2.2. Устройство силового трансформатора

Трансформатор состоит из активной части, в которой происходит преобразование энергии, и конструктивных частей, обеспечивающих прочность, неизменность и работоспособность конструкции.

Активная часть трансформатора состоит из магнитной системы (магнитопровода) с установленными на ней обмотками.

Магнитопроводы силовых трансформаторов делают из рулонных холоднокатаных сталей 3404, 3405, 3406, 3407, 3408 толщиной 0,35; 0,3; 0,27 мм. Пластины магнитопровода изолируют плёнкой окисла (при S_Н ≤ 10 МВ·А) или одним-двумя слоями лака (при S_Н ≥ 10 МВ·А) для уменьшения вихревых токов и потерь мощности от них.

По конструкции магнитопровода различают стержневые, броневые и бронестержневые трансформаторы (рис. 2.1, 4.2 и 4.3).

Магнитопроводы (рис. 2.1) выполняют замкнутыми для лучшей магнитной связи обмоток. Часть магнитопровода 1, на которой установлены обмотки, называется стержень; свободная от обмоток часть 2 служит для замыкания магнитопровода и называется ярмо.

Рис. 2.1. Схемы магнитопроводов однофазных стержневых (а), броневых (б),

бронестержневых (в) трансформаторов: 1 – стержень; 2 – ярмо; 3 – обмотка НН; 4 – обмотка ВН; 5 – угол магнитной системы

В стержневом трансформаторе стержни 1 охвачены обмотками 3 и 4; в броневом и бронестержневом – обмотки 3 и 4 закрыты ярмом 2 (рис. 2.1 и 4.3, б). В стержневой конструкции (рис. 2.1, а) в ярмо пере-ходит весь магнитный поток стержня, поэтому их сечение одинаково. В однофазных трансформаторах с броневым и бронестержневым маг-нитопроводом (рис. 2.1, б, в) по ярмам проходит только половина потока стержня, за счёт чего сечение и высота ярем в два раза меньше по сравнению со стержневым магнитопроводом. Поэтому стержневые и бронестержневые конструкции применяют, если нужно уменьшить высоту магнитопровода и всего трансформатора.

По способу соединения стержней и ярем различают стыковые, шихтованные и навитые магнитопроводы (рис. 2.2, 4.2 и 4.3).

горячекатаных сталей, магнитны­е свойства которых мало зависят от направления проката. Поэтому магнитопроводы из горячекатаных сталей шихтовали с прямыми стыками пластин (рис. 2.3, а).

В магнитопроводах из анизотропных холоднокатаных сталей не-совпадение направлений потока и проката сильно увеличивает потери и ток холостого хода трансформатора. Во избежание этого пластины стали режут так, чтобы направления потока и проката совпадали. Сты-ки делают косыми с углом 45° (рис. 2.3, б). Это уменьшает заштрихованный участок с различием направлений потока и проката стали, маг-нитные потери в углах магнитопровода и ток холостого хода трансформатора, но увеличивает трудоёмкость сборки магнитопровода.

Навитые магнитопроводы (рис. 2.2, в) намотаны непрерывной лентой из холоднокатаной рулонной стали. Из-за отсутствия стыков между ярмами и стержнями ток и потери холостого хода у трансформаторов с навитыми магнитопроводами меньше, чем при других видах магнитных систем. Недостаток навитых магнитопроводов заключается в сложности изготовления, что ограничивает их применение.

Стержни и ярма собирают из пакетов пластин стали разной ширины. Поперечное сечение стержня и ярма имеет вид ступенчатой фигуры, вписанной в окружность (рис. 2.4, а), что упрощает насадку обмоток, намотанных в виде концентрических цилиндров. Кроме того, с увеличением числа ступеней форма сечения стремится к кругу. При постоянной площади сечения уменьшается диаметр стержня d, а также диаметры обмоток, габариты и стоимость трансформатора.

Для придания механической прочности и жёсткости стержни и ярма стягивают (прессуют) усилием, нормальным к плоскости плас-тин. Стержни диаметром d ≤ 0,22 м расклинивают относительно твёр-дого изоляционного цилиндра (рис. 2.4, б) или обмотки НН забивая между цилиндром 2 и крайними пакетами пластин 1 буковые планки 4, а в углах, образованных уступами пакетов, – буковые рейки 3. При d ≥ 0,22 м (рис. 2.4, в) на стержень накладывают подбандажную изоляцию 5 из полос электрокартона толщиной 1–1,5 мм. Поверх изоля- ции наматывают 10–20 слоёв стеклоленты, пропитанной связующим, после полимеризации которого образуется прочный бандаж (пояс) 6.

Верхнее и нижнее ярма прессуют с двух сторон ярмовыми балками 1 и 6 (рис. 2.7) из отрезков стального швеллера или сваренных из толстолистовой стали. Балки стягивают проходящими вне ярма горизонтальными шпильками, или стальными полубандажами [15–17].

Верхние и нижние ярма соединяют вертикальными шпильками 5 (рис. 2.7) или замковыми пластинами. Более подробно устройство магнитопроводов рассмотрено в [15–17].

Обмотки трансформаторов мощностью S_Н ≤ 25 МВ∙А наматывают изолированным кабельной бумагой, хлопчатобумажной нитью, эмалью, стекловолокном алюминиевым проводом, при больших мощностях – медным. В силовых трансформаторах обмотки выполняют в виде концентрических цилиндров. Обмотку НН 3 (рис. 2.1) легче изо-лировать от стержня 1 и её обычно размещают внутри обмотки ВН 4.

Различают направление намотки обмоток: правое, если от обра-щенного вверх конца обмотки обход витка идет по часовой стрелке, и левое, если обход витка идет против часовой стрелки.

Наиболее просты цилиндрические обмотки, витки которых состоят из одного или нескольких параллельных проводов, плотно намотанных по высоте обмотки (рис. 2.5, а). Витки, намотанные на цилиндрической поверхности одного диаметра, образуют слой обмотки.

В качестве обмоток НН напряжением до 1 кВ трансформаторов мощностью S_Н ≤ 630 кВ∙А обычно применяют одно- или двухслойные обмотки из провода прямоугольного сечения (рис. 2.5, а). Поверхность крайних витков слоя выравнивают кольцами 1, 4 из отрезка бумажно-бакелитового цилиндра. Один торец кольца обрезан по винтовой линии. В кольце есть разрез для вывода концов а или х обмотки.

Слои двухслойной обмотки разделены рейками (планками) 5 из бука или электрокартона, образующими вертикальный (осевой) канал для изоляции слоев и движения охлаждающего масла или воздуха.