3. Конструктивное устройство 1-фазного трансформатора

Основные элементы конструкции трансформатора – это магнитопровод и обмотки.

Конструкции магнитопроводов

Основными типами магнитных систем 1-фазных трансформаторов являются стержневая и броневая (рис. 2.2). В стержневых трансформаторах однофазные обмотки располагаются на двух стержнях и соединяются последовательно или параллельно. Стержнем называется та часть магнитопровода, на которой размещаются обмотки. Часть магнитопровода, на которой обмотки отсутствуют, называют ярмом. Трансформаторы броневой конструкции имеют разветвлённую магнитную систему, которая частично закрывает обмотки, бронируя их. Магнитный поток в стержне вдвое больше, чем в ярмах, которые поэтому могут иметь вдвое меньше сечение.

Рис. 2.2.

Основные типы 1-фазных трансформаторов: а) стержневого типа; б) броневого типа

1 – стержень; 2 – ярмо; 3 – обмотка НН; 4 – обмотка ВН

Распространены однофазные броневые трансформаторы малой мощности: радиотехнические, звонковые и т.д. Силовых трансформаторов броневого типа отечественная промышленность не выпускает.

Основное преимущество трансформаторов стержневого типа – цилиндрическая форма обмоток, более простых и технологичных, чем дисковые чередующиеся обмотки броневых трансформаторов.

Магнитопровод силового трансформатора выполняется из холоднокатанной электротехнической стали марок 3413, 3414. Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопровод набирается из изолированных листов, толщина листа 0,35…0,5 мм. По технологии изготовления различают стыковые и шихтованные впереплёт магнитопроводы (рис. 2.3, а, б). В стыковых сердечниках стержни и ярма собираются отдельно из листов стали, а затем они соединятся при помощи системы вертикальных шпилек. В шихтованных в переплёт сердечниках слои чередуются, место стыка одного слоя перекрывается сплошным листом другого. После сборки сердечника листы верхнего ярма вынимаются, на стержнях размещаются обмотки и листы снова зашихтовываются. При стыковой конструкции насадка обмоток осуществляется более просто. В стыковом магнитопроводе между стержнем и ярмом необходимо помещать изоляционную прокладку, чтобы избежать замыкания пластин. При наличии изоляционной прокладки значительно увеличивается магнитное сопротивление и возрастает намагничивающий ток трансформатора. Крепления в стыковом магнитопроводе более сложные и массивные, ярма необходимо плотно скреплять со стержнями. Шихтованный впереплёт сердечник имеет более жёсткую конструкцию.

В настоящее время магнитопроводы стыковой конструкции применяются достаточно редко. Для мощных силовых трансформаторов принята шихтованная в переплёт конструкция.

Поперечное сечение стержней магнитопровода у мощных силовых трансформаторов ступенчатое, по форме приближающееся к кругу (рис. 2.4, а). Такая форма обеспечивает получение требуемого поперечного сечения стержня при минимальном диаметре. Чем больше ступеней, тем ближе поперечное сечение к окружности, тем больше активное сечение стержня при данном диаметре.

Рис. 2.3. Стыковой (а) и шихтованный (б) в переплёт магнитопровод

Ярма, соединяющие стержни, выполняют обычно прямоугольного или ступенчатого сечения. В трансформаторах современных серий форма сечения ярма обычно повторяет форму сечения стержней. Формы сечения ярма приведены на рис. 2.4, б. Ярмо выполняют обычно на 2 … 5 % больше, чем

Рис. 2.4. Поперечное сечение стержня (а) и ярма (б)

сечение стержней. Это уменьшает индукцию в стали ярма и потери мощности в ней.

Обмотки трансформаторов

Обмотки трансформаторов должны обладать:

1. Механической прочностью;

2. Электрической прочностью;

3. Технологичностью;

4. Нагревостойкостью;

5. Экономичностью.

Основными величинами, определяющими конструкцию обмоток трансформатора, являются номинальные значения тока и напряжения. Обмотки выполняются из медного или алюминиевого провода круглого сечения (s = 0,02…10 мм²) или прямоугольного (s = 6…60 мм²).

Плотность тока в медных обмотках должна находиться в пределах:

• в трансформаторах с масляным охлаждением – j = 2,5…4,5 А/мм²;

• в сухих трансформаторах – j = 1,8…2,5 А/мм².

В обмотках, выполненных из алюминиевого провода, плотность тока на 40% меньше. В связи с этим, поперечное сечение обмотки из алюминия будет больше, чем из меди, при одной величине тока, а, следовательно, габариты и масса трансформатора с алюминиевыми обмотками больше, чем с медными.

В современных трансформаторах первичную и вторичную обмотки не размещают на различных стержнях магнитопровода, а стремятся расположить для лучшей магнитной связи ближе друг к другу. При этом на каждом стержне размещают обе обмотки: либо концентрически одну поверх другой (рис. 2.5, а) – концентрические обмотки, либо в виде нескольких дисковых катушек, чередующихся по высоте стержня (рис. 2.5, б) – дисковые чередующиеся обмотки. Эти обмотки имеют меньшее магнитное рассеяние, однако изоляции их сложнее. В силовых трансформаторах применят в основном концентрические обмотки, причём ближе к стержням располагают обмотку НН, требующую меньшей изоляции относительно стержня, а снаружи – обмотку ВН.

Обмотки трансформаторов делятся на:

1. Цилиндрические 1, 2-х слойные, выполненные из провода прямоугольного сечения (рис. 2.5, а).

2. Цилиндрические многослойные, выполненные из провода круглого или прямоугольного сечения (рис. 2.5, б). Применяются в качестве обмотки ВН или НН, просты в производстве, но механическая прочность невелика. Применяют при мощности на 1 стержень до 200 кВА.