Zagryadtskiy_elektr_mashiny_1

Отдельные обмотки независимы друг от друга, не связаны электрически и имеют только магнитную связь. Такой трансформатор

С достаточной для практики точностью, трансформатор можно рассматривать как два независимых трансформатора, питающихся от общей сети.

Достоинством такого трансформатора является то, что при коротком замыкании на низкой стороне, ток короткого замыкания будет значительно меньше, чем в трансформаторе при нерасщепленной вторичной обмотке. Это позволяет во многих случаях обойтись без токоограничивающих реакторов.

Одной из основных характеристик трансформатора с расщепленными обмотками является так называемый коэффициент расщепления, определяемый как отношение сопротивлений короткого замыкания между расщепленными обмотками к сопротивлению короткого замыкания между обмоткой ВН и параллельно соединенными расщепленными обмотками. Коэффициент расщепления для однофазных трансформаторов равен 4.

Внастоящее время трехфазные двухобмоточные трансформаторы

срасщепленными обмотками НН являются основным типом транс-

форматоров мощных приемных подстанций напряжением

110 – 220 кВ.

3.11. Трансформаторы герметичные

Для комплектных трансформаторных подстанций применяются герметичные силовые трехфазные трансформаторы. Их достоинством является то, что они не требуют обслуживания на протяжении всего срока службы, отличаются устойчивостью к атмосферным воздействиям.

140

Трансформаторы бывают сухими и с заполнением бака маслом или негорючим жидким диэлектриком.

Большое количество производственных и социальных объектов нуждается в сухих трансформаторах: промышленные предприятия различного назначения, больницы, торговые центры, разноплановые культурные центры и др.

Сухие трансформаторы (фирма АВВ) с обмотками, пропитанными под вакуумом эпоксидным компаундом (литые обмотки), выпускаются мощностью от 50 – 30000 кВА при рабочем напряжении до 52 кВ. Их конструкция предусматривает защиту от проникновения влаги. Трансформаторы пригодны для работы не только в нормальной среде, но и в загрязненной средах.

Обмотки трансформатора, как высоковольтные, так и низковольтные, выполняются дискового типа с использованием алюминиевой полосы с двойной межслоевой изоляцией. Наиболее важной операцией является капсулирование обмоток. Предварительно нагретые обмотки в формах помещают в вакуумную камеру. После достижения необходимого вакуума, эпоксидный компаунд поступает в форму. Компаунд обладает очень низкой вязкостью, благодаря чему обеспечивается высококачественная пропитка обмотки без пузырьков воздуха. После окончания заливки, формы с обмотками помещаются в термокамеру до затвердевания эпоксидного компаунда и достижения им заданных свойств. Сухие трансформаторы с обмотками, пропитанными под вакуумом эпоксидным компаундом, имеют более долгий срок службы ввиду пониженного старения.

Сухие трансформаторы обладают рядом существенных достоинств. В них нет необходимости менять масло, они является безопасными для окружающей среды. Трансформаторы могут быть установлены в непосредственной близости к потребителю, и как следствие, способствовать снижению потерь в кабелях.

Другой конструкцией силового трехфазного герметичного трансформатора является трансформатор с масляным или негорючим жидким диэлектриком, выпускаемый ООО «Электрощит», г. Самара. Трансформатор имеет плоскую магнитную систему, которая собрана с косыми стыками. В обмотке низкого напряжения используется алюминиевая или медная лента. Это приводит к экономии проводникового материала и электротехнической стали. Обмотка высокого напряжения выполнена в виде цилиндрической обмотки из медного провода круглого или прямоугольного сечения. Межслоевой изоля-

141

цией служит электротехническая бумага, армированная участками с термоклеем. При нагреве он склеивает между собой соседние слои обмоток, в результате чего образуется монолитная конструкция.

Бак трансформатора выполняется с наружными ребрами и должен выдерживать избыточное давление трансформаторного масла, не превышающего 20 кПа. Это достигается путем изменения объема гофров стенок бака за счет пластической деформации.

Для недопущения избыточного давления в баке трансформаторов мощностью от 16 до 63 кВА установлены предохранительные клапаны. Предусмотрен контроль внутреннего давления в трансформаторах мощностью 100 кВА и выше при помощи электроконтактного мановакуумметра.

В качестве прокладок, обеспечивающих герметичность бака, используется материал, например, на основе коры пробкового дуба с каучуком, который, в отличие от резины, не теряет эластичности и защищает внутреннюю часть трансформатора от воздействия окружающей среды на протяжении всего срока службы.

Заправка герметичного трансформатора трансформаторным маслом осуществляется при условии глубокой дегазации масла и его заливки под вакуумом. Трансформатор заливается полностью без воздушной или газовой подушки.

Герметичные трансформаторы типа ТМГ могут выпускаться с симметрирующим устройством (параграф 3.9). Трансформаторы типа ТМЭГ служат для питания экскаваторов и работают в условиях тряски, вибраций, воздействия инерционных сил при разгоне и торможении поворотной платформы и допускают работу в условиях крена и дифферента до 12º. Герметичные трансформаторы ТМБГ применяются на буровых установках.

Мощность герметичных трансформаторов, выпускаемых предприятием «Электрощит», составляет от 25 до 2500 кВА.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие конструкции герметичных трансформаторов Вы знаете?

2.Чем герметичные трансформаторы отличаются от силовых общепромышленных трансформаторов? Перечислите их преимущества.

142

3.12. Трансформаторы малой мощности

Трансформаторы малой мощности нашли широкое применение для питания электронной аппаратуры; передачи и преобразования сигналов, в том числе импульсных; для согласования различных параметров электрических цепей; в бытовых электроприборах.

К ним относятся однофазные трансформаторы с выходной мощностью 4 кВА и ниже вплоть до 0,001 Вт, а также трехфазные трансформаторы мощностью 5 кВА и ниже.

Исходя из условий нагрузки, трансформаторы изготовляются для использования в одном или нескольких режимах работы: продолжительном, перемежающемся, кратковременном, повторнократковременном. Они должны допускать установку в пространстве в любом рабочем положении.

Диапазон частот тока, на которых работают трансформаторы, составляет от частот ниже 50 Гц до 150000 Гц и выше. Напряжение высоковольтной обмотки – свыше 1000 – 1500 В, а в некоторых типах трансформаторов 21 кВ и выше.

Конструкции трансформаторов малой мощности отличаются большим разнообразием. Это, в первую очередь, касается сердечников трансформаторов.

Материал магнитопроводов трансформаторов на частоту 50 Гц – горячекатаная и холоднокатаная электротехническая сталь. При час тотах 1000 Гц и выше применяются железоникелевые сплавы (пермаллои), а также прессованные сердечники.

Наряду с шихтованными сердечниками, получили распространение сердечники, навитые из ленты, рис. 3.27, а,б,в, а также в форме

143

определяются только свойствами стали, сохраняя ее магнитную проницаемость. Кольцевые магнитопроводы выполняются наборными из штампованных колец или витыми из ленты электротехнической стали. Напряженность магнитного поля такого магнитопровода не зависит от длины магнитной силовой линии и соответствует исходным свойствам магнитного материала.

Кабельные трансформаторы позволяют лучше вписаться в конструкцию интегральной схемы. Магнитопровод такого трансформатора, в простейшем варианте, выполняется в виде полого витого ленточного сердечника, либо может изготовляться прессованием, напылением или любым другим способом. Внутри сердечника помещены обмотки, каждая из которых представляет собой провод или несколько соединенных проводов, вытянутых вдоль продольной оси магнитопровода. Минимальная высота такого трансформатора 4-5 мм.

Трансформатор с сердечником шпулечного типа имеет магнитопровод в виде шпули, рис. 3.27, ж. Шпуля состоит из среднего цилиндрического элемента, на который надевается катушка, и двух фланцев. Снаружи шпули находится цилиндрическая обечайка из магнитного материала. Для устранения потерь на вихревые токи при частоте 400 Гц и выше делают разрез в радиальном направлении шпули и разрез в обечайке. Наружная обечайка плотно прикреплена к фланцам посредством пластмассового корпуса, который надевается на целиком собранную конструкцию.

Обмотки трансформаторов малой мощности принципиально не отличаются от обмоток трансформаторов небольшой мощности. Исключение составляют так называемые галетные обмотки. Галетная обмотка выполнена в виде отдельных элементов – галет. Они нанизываются на стержень трансформатора одна за другой и соединяются электрически тем или иным образом.

Промышленностью выпускаются так называемые унифицированные конструкции трансформаторов. Унифицированные трансформаторы охватывают диапазон напряжений от 1 до 400 В, диапазон мощности от 10 до 350 ВА. Они имеют идентичную конструкцию и отличаются только геометрическими размерами в зависимости от схемы трансформаторов и выходных напряжений. Унифицированные трансформаторы нашли широкое распространение в радиоэлектронной аппаратуре и позволили упорядочить номенклатуру, конструкцию и технологию при массовом производстве.

144

Анализ работы входных и выходных трансформаторов, согласующих, промежуточных и других трансформаторов в радиоэлектронных схемах отличается большей сложностью по сравнению с работой трансформаторов на частоте 50 Гц. В этом случае необходимо учитывать такие факторы, как собственную емкость трансформатора, емкость монтажа, характер внутреннего комплексного сопротивления источника, в сочетании с комплексным сопротивлением нагрузки. На рис. 3.28 приведена полная схема замещения такого двухобмоточного трансформатора, основными параметрами которого являются:

rm и xm – активное и индуктивное сопротивления намагничивающего контура;

rH и xH – приведенные активное и индуктивное сопротивления нагрузки;

C0 и CH – приведенная собственная емкость и емкость монтажа и внешней цепи трансформатора.

Работа трансформатора характеризуется следующими электрическими параметрами:

-полосой частот, ограниченной нижней частотой fн и верхней частотой fв ;

-коэффициентом передачи, равным отношению напряжения на нагрузке к ЭДС источника;

-коэффициентом частотных искажений, вносимых трансформатором в этой полосе, он равен отношению напряжения на нагрузке

при средних частотах к напряжению на нагрузке при частотах fн и fв при неизменном уровне сигнала на первичной обмотке.

- коэффициентом фазовых искажений, определяемым тангенсом угла сдвига между ЭДС источника и напряжением на нагрузке и др.

Расчеты по схеме замещения часто выполняются не для всего рассматриваемого диапазона частот, а для отдельных его участков –

145

нижних, средних и высоких частот. Для каждой области частотного диапазона могут быть получены выражения в общем виде для приведенных выше коэффициентов [26].

В однотактных схемах первичная обмотка трансформатора питается от транзистора. Поэтому в ней протекает постоянная составляющая тока, которая создает в магнитопроводе трансформатора постоянное магнитное поле (поле постоянного подмагничивания). Оно снижает магнитную проницаемость сердечника магнитопровода, вследствие чего индуктивность первичной обмотки уменьшается и передача нижних частот ухудшается. В этом случае необходимо выполнить магнитопровод разрезным и поставить прокладку, либо сделать щель.

Трансформаторы малой мощности – пик-трансформаторы –

преобразуют первичное синусоидальное напряжение во вторичное напряжение с крутым фронтом в виде пика. Они применяются в схемах регулирования напряжения, в некоторых индикаторных устройствах.

Принцип получения пикообразного напряжения основан на искажении кривой магнитного потока и придания ей уплощенного характера. На рис. 3.29, а приведена принципиальная схема простейшего пик-трансформатора. По конструкции он представляет П-образный магнитопровод 1. На первом стержне располагается первичная обмотка 4. Второй стержень расщеплен на два стержня 2 и 3. Стержень 3 выполнен относительно небольшого сечения, он сильно насыщен. На этом стержне располагается вторичная обмотка 5. Принцип действия трансформатора заключается в следующем. При подведении к первичной обмотке синусоидального напряжения образуется синусоидальный магнитный поток Ф1 , часть из которого Ф2 замыкается

через стержень 2, а другая часть – через стержень 3. Оба потока Ф2 и Ф3 являются несинусоидальными: поток Ф2 обостренный, рис. 3.29, б, поток в стержне 3 уплощенный.

ЭДС вторичной обмотки равна

e2 W2dФ3 / dt,

146

удлинением фронта tф , амплитудой максимального выброса U2 , снижением напряжения на вершине U2 за время действия импульса, удлинением среза tc и амплитудой максимального выброса на

срезе U c .

Для лучшей передачи фронта и среза импульса необходимо, чтобы межвитковые емкости обмоток, паразитные емкости монтажа, индуктивность рассеяния были минимальными.

Малая длительность импульсов приводит к большой скорости протекания электромагнитных процессов. При длительности импульса в 1 мкс скорость протекания электромагнитных процессов примерно на четыре порядка выше, чем в силовом трансформаторе, работающем на частоте 50 Гц. В результате этого в магнитопроводе и обмотках импульсного трансформатора возникают значительные вихревые токи, сильнее проявляется поверхностный эффект, снижается эффективная магнитная проницаемость, увеличиваются потери. Большая скважность импульсов приводит к асимметрии в протекании процессов намагничивания и размагничивания магнитопровода и неполному использованию его магнитных свойств.

Необходимостью трансформации весьма коротких импульсов и малыми искажениями фронта и вершины определяются и конструктивные особенности. Как правило, в обмотках импульсных трансформаторов число витков невелико – единицы, десятки. В некоторых специальных конструкциях повышающих трансформаторов первичная обмотка имеет лишь один виток. Поэтому трансформатор имеет малые значения сопротивлений, индуктивности рассеяния и емкости обмоток.

Изменение индукции в магнитопроводе при передаче импульса напряжения характеризуется выражением

1 t

B(t) B(t) B(0) W1 S 0 U1dt

При передаче однополярных импульсов напряжения перемагничивание сердечника импульсного трансформатора происходит по частичному гистерезисному циклу и динамическая магнитная проницаемость получается значительно меньше по сравнению с магнитной проницаемостью при синусоидальном изменении потока при частоте 50 Гц.

148

Кроме этого, если перемагничивание осуществляется по частичному гистерезисному циклу, то в сердечнике существует остаточная магнитная индукция. Для ее уменьшения используются различные методы: применение сердечников с воздушным зазором; введение в

магнитную систему размагничивающего поля, создаваемого специальным размагничивающим током и др.

В импульсных трансформаторах применяются магнитные материалы с высокой проницаемостью: электротехническая сталь, пермаллои, ферриты. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечники трансформаторов навивают из ферромагнитной ленты толщиной до 10 мкм и меньше.

Импульсные трансформаторы изготовляются на мощности от нескольких мВт до десятков мВт в импульсе. С их помощью можно передавать без существенных искажений импульсы длительностью от

1,1 до 0,3 мкс.

Наряду с силовыми импульсными трансформаторами в радиотехнике, радиолокации, радиосвязи и других областях используются подобные маломощные устройства. С их помощью повышают или понижают амплитуды напряжений, изменяют полярность импульсов, размножают импульсы и т.д.

Вопросы для самоконтроля

1.В чем состоят особенности работы импульсных трансформато-

ров?

2.Как происходит перемагничивание в импульсных трансформаторах?

3.По каким причинам возникают искажения прямоугольных импульсов, подаваемых на первичную обмотку импульсного трансформатора?

3.14. Трансформаторы взрывозащищенные

Взрывозащищенное оборудование, в частности трансформато-

ры, могут использоваться для электроснабжения приемников взрывоопасных производств химической, газовой, нефтяной и других отраслей промышленности на поверхности земли; а также для оборудования, которое нужно использовать в подземных выработках (рудничное электрооборудование), опасных по газу (метану) или пыли.

149