Почему допустимая плотность тока в обмотках трансформатора с масляным охлаждением составляющая 2 4

Обновлено: 15.06.2024

Силовой трансформатор: формулы для определения мощности, тока, uk%

Силовой трансформатор представляет собой сложную систему, которая состоит из большого числа других сложных систем. И для описания трансформатора придумали определенные параметры, которые разнятся от машины к машине и служат для классификации и упорядочивания.

Разберем основные параметры, которые могут пригодиться при расчетах, связанных с силовыми трансформаторами. Данные параметры должны быть указаны в технических условиях или стандартах на тип или группу трансформаторов (требование ГОСТ 11677-85). Сами определения этих параметров приведены в ГОСТ 16110.

Номинальная мощность трансформатора - указанное на паспортной табличке трансформатора значение полной мощности на основном ответвлении, которое гарантируется производителем при установке в номинальном месте, охлаждающей среды и при работе при номинальной частоте и напряжении обмотки.

Числовое значение мощности в кВА изначально выбирается из ряда по ГОСТ 9680-77. На изображении ниже приведен этот ряд.

ряд мощностей трансформаторов по ГОСТ 9680

Значения в скобках принимаются для экспортных или специальных трансформаторов.

Если по своим характеристикам оборудование может работать при разных значениях мощностей (например, при различных системах охлаждения), то за номинальное значение мощности принимается наибольшее из них.

К силовым трансформаторам относятся:

  • трехфазные и многофазные мощностью более 6,3 кВА
  • однофазные - более 5 кВА

Номинальное напряжение обмотки - напряжение между зажимами трансформатора, указанное на паспортной табличке, на холостом ходу.

Номинальный ток обмотки - ток, определяемый мощностью, напряжением обмотки и множителем, учитывающим число фаз. То есть если трансформатор двухобмоточный, то мы будем иметь ток с низкой стороны и ток с высокой стороны. Или же ток, приведенный к низкой или высокой стороне.

Напряжение короткого замыкания - дадим два определения.

Приведенное к расчетной температуре линейное напряжение, которое нужно подвести при номинальной частоте к линейным зажимам одной из обмоток пары, чтобы в этой обмотке установился ток, соответствующий меньшей из номинальных мощностей обмоток пары при замкнутой накоротко второй обмотке пары и остальных основных обмотках, не замкнутых на внешние цепи

Взято из ГОСТ 16110

Напряжение короткого замыкания uk - это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному

Источник - Электрооборудование станций и подстанций

Определились с основными терминами, далее разберем как определить мощность, ток и сопротивление трансформатора на примере:

ТМ-750/10 с номинальными напряжениями 6 кВ и 0,4 кВ. Ток с высокой стороны будет 72,2 А, напряжение короткого замыкания - 5,4%. Определим ток из формулы определения полной мощности:

формула мощности силового трансформатора и определение тока

Так что, если недобрали данных для расчетов, всегда можно досчитать. Но это рассмотрен случай двухобмоточного Т.

Чтобы определить сопротивление двухобмоточного трансформатора в именованных единицах (Ом), например, для расчета тока короткого замыкания, воспользуемся следующими выражениями:

формула определения сопротивления трансформатора в именованных единицах

  • x - искомое сопротивление в именованных единицах, Ом
  • xT% - относительное сопротивление, определяемое через uk% (в случае двухобмоточных эти числа равны), отн.ед.
  • Uб - базисное напряжение, относительно которого мы ведем наш расчет (более подробно будет рассмотрено в статье про расчет токов КЗ), кВ
  • Sном - номинальная мощность, МВА

В формуле выше важно следить за единицами измерения, не спутать вольты и киловольты, мегавольтамперы с киловольтамперами. Будьте начеку.

Формулы для расчета относительных сопротивлений обмоток (xT%)

В двухобмоточном трансформаторе все просто и uk=xt.

определение xt% двухобмоточного трансформатора

Трехобмоточный и автотрансформаторы

В данном случае схема эквивалентируется в три сопротивления (по секрету, одно из них частенько бывает равно нулю, что упрощает дальнейшее сворачивание).

определение xt% трехобмоточного и автотрансформатора

Трехфазный у которого НН расщепленная

Частенько в схемах ТЭЦ встречаются данные трансформаторы с двумя ногами.

определение xt% трехфазного Т с разветвленной низкой стороной

В данном случае всё зависит от исходных данных. Если Uk дано только для в-н, то считаем по верхней формуле, если для в-н и н1-н2, то нижней. Схема замещения представляет собой звезду.

Группа двухобмоточных однофазных трансформаторов с обмоткой низшего напряжения, разделенной на две или на три ветви

определение xt% однофазных Т с низкой стороной на 2 или 3 ветви

Хоть внешне и похоже на описанные выше, и схемы замещения подобны, однако, формулы будут немного разные.

Методическая разработка: "Устройство и основные параметры трансформатора."

Воспитывать у обучающихся уважения к труду, высокие нравственные качества.

Тип урока: комбинированный

Вид урока: традиционный.

Время: 90 минут

Методы: словесный — Лекция, беседа; наглядный — презентация, видеофильм;

Комплексно-методическое обеспечение урока:

Мультимедийное оборудование (Презентация),

Плакат устройство трансформатора.

Меж предметные связи: Физика – тема «Электрический ток и напряжение».

Шипачева О.Г. Электротехника и электроника: Электронный конспект лекций Тайгинский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта/ Тайга 2014

Данилов И.А. Общая электротехника: учебное пособие/Данилов И.А. – М.: Издательство Юрайт, 2014

Попов В. С., Николаев С. А.П 58 Общая электротехника с основами электроники, М., «Энергия» 1975

1. Организационный момент:

Преподаватель: Здравствуйте!

Откройте тетради и запишите дату и тему урока.

5 минут на повторение, а я в это время отмечу присутствующих.

Устройство трансформатора.

При работе трансформатора за счет токов в обмотках, а также вследствие перемагничивания магнитопровода и вихревых токов выделяется теплота.

Трансформаторы небольшой мощности (до 10 кВ-А), для которых достаточно воздушного охлаждения, называют сухими

Масляный трансформатор.

В мощных трансформаторах применяют масляное охлаждение (рис.). Магнитопровод с обмотками , размещается в баке , заполненном минеральным (трансформаторным) маслом. Масло не только отводит теплоту за счет конвекции или принудительной циркуляции, но и является хорошим диэлектриком (изолятором).

Масляные трансформаторы надежны в работе и имеют меньшие размеры и массу по сравнению с сухими трансформаторами той же мощности. При изменении температуры объем масла меняется. При повышении температуры излишек масла поглощается расширителем, а при понижений температуры масло из расширителя возвращается в основной бак.

Плотность Тока При Расчете Трансформаторов И Дросселей.

Подписчики 0

kotenok

Ты гражданин РФ? Докажи.

J_Ohm

Кто же вас заставит понимать, если не хотите? Кристаллы в корпусах не соединяют с выводами крест-накрест. А в даташите есть картинка кристалла с нумерацией выводов. Вот так выглядит одна и та же модель AD744 из Мультисима, Микрокапа и ЛТСпайса: Ну и? Карты привязки номеров выводов хранятся в программах независимо (в LT SPiCE нумерация изначально отсутствует). С однополярным питанием модель работать не будет. Проверил работу AD744AH в Мультисиме: вывод 8 в обрыве, а его цепь 15 явно идет на вывод 1. Прелесть.

sanya110

Starichok

Олег, всё будет прекрасно. я себе именно так и делал, когда выходное напряжение было слишком большим для лм358. и оптрон подключить так, как сказал Фалангер.

Ну что, господа симулянты, гении - теоретики, маски сброшены? Спасибо Алексей_К. А я то по простоте душевной думал и чего он (finn32) пасётся в моей теме и днём и ночью.Заботится что ли, как отец родной, о судьбе моего усилителя? Ага, ..щас. Себя, любимого выставить суперзнатоком. Теперь ещё один вернулся, почуял что тут свара затевается. Не прикидывайся дурачком. Или ты действительно не понимаешь? Ты не видишь, что в названии видео указан ток.? И что там указана линия "0" ? Или ты кроме симулятора больше ни в чём не варишь? Вообще, осциллограммы анализировать умеешь? Профессионал д. й. Я мог бы давно ответить, какой там ток течёт, но не тебе. Ты не стоишь даже ручки от этой "кучи металлолома". Я тестировал режим Super A ещё осенью 2003 года. Где ты тогда был со своим симулятором? Помог бы решить все проблемы,без этой кучи. Рабочее место - это доказательство РЕАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ , после того, как каждый день тычут в лицо своим новым сгенерированным графиком. ВЫ ЗАДОЛБАЛИ УЖЕ !! Чего же вы крутитесь в теме этой "поделки" ? Чую, цепляет. Это хорошо, побеситесь. Если меня ругают мои враги, значит я всё делаю правильно. Я теперь на каждой странице и в аватарке выставлю это рабочее место. Как доказательство того, что можно дома со старым осликом сделать больше, чем вы. А ваши "поделки " когда заработают РЕАЛЬНО ? Или некогда, каждый день генерите новую схему? Короче так. Учить будете жену щи варить. Ей же и выскажете свои возмущения. Борцы за правду. И под этим соусом не стесняетесь пропулять и рекламировать свои схемы. Что Гладкый, что теперь finn32. Молодцы. Далеко пойдёте. Свободны оба. А усилитель, какой бы он не был, будет таким, как я решу. Не правда ли? P.S. Идея и схема - это НЕ ОДНО И ТО ЖЕ . Собирайте БРАГИНА, а то у меня скоро крыша поедет ! Удачи!

Юный пионер

Постоянное напряжение на выходе не имеет значения для расчёта ёмкости. Ещё там должно быть написано, что конденсаторы должны быть Low ESR. Кстати, поэтому там и два параллельно стоят, а не один удвоенной ёмкости. ESR с увеличением ёмкости уменьшается не сильно. Два параллельно половинной ёмкости имеют ESR меньше, чем один. Важны именно потери в конденсаторе на высоких частотах, которые его разогревают, а это зависит от ESR. Ищите дальше. Конденсатор должен быть на напряжение хотя бы в 1,4 раза больше, чем максимальное в данном устройстве. 16 В в данном случае - на пределе. Если вам продать и забыть, и вы уверены, что вас не найдут вам не вернут обратно, то можно и на 16. А для себя, любимого, лучше поставить как положено, на 20 - 25 В. Если вы с этого БП будете брать ток не более 2 А, то можете поставить ТРИ параллельно SMD конденсатора 47 мкФ 20 В Low ESR типоразмера "D", а лучше "Е". Конденсаторы такой ёмкости найти будет проще. Меньшего типоразмера имеют более высокий ESR и в данном применении не годятся. В общем, суммарный ESR, измеренный на 100 кГц, должен быть примерно не больше 70-80 мОм. Чем меньше, - тем лучше. А ёмкость в данном случае вторична, влияет только на постоянную времени регулирования.

РАСЧЕТ СЕТЕВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Если у Вас есть некий трансформаторный сердечник, из которого нужно сделать трансформатор, то необходимо замерить сердечник (как показано на рисунке), а так же замерить толщину пластины или ленты.

Первым делом необходимо рассчитать площадь сечения сердечника — Sc (см²) и площадь поперечного сечения окна — Sо (см²).

Для тороидального трансформатора:

Для Ш и П — образного сердечника:

Определим габаритную мощность нашего сердечника на частоте 50 Гц:

  • η — КПД трансформатора,
  • Sc — площадь поперечного сечения сердечника, см2 ,
  • So — площадь поперечного сечения окна, см2 ,
  • f — рабочая частота трансформатора, Гц ,
  • B — магнитная индукция, T ,
  • j — плотность тока в проводе обмоток, A/мм2 ,
  • Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью,
  • Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью.

При расчете трансформатора необходимо учитывать, что габаритная мощность трансформатора должна быть больше расчетной электрической мощности вторичных обмоток.

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

  • напряжение первичной обмотки U1
  • напряжение вторичной обмотки U2
  • ток вторичной обмотки l2
  • мощность вторичной обмотки Р2 =I2 * U2 = Рвых
  • площадь поперечного сечения сердечника Sc
  • площадь поперечного сечения окна So
  • рабочая частота трансформатора f = 50 Гц

КПД (η) трансформатора можно взять из таблицы, при условии что Рвых = I2 * U2 (где I2 ток во вторичной обмотке, U2 напряжение вторичной обмотки), если в трансформаторе несколько вторичных обмоток, что считают Pвых каждой и затем их складывают.

B — магнитная индукция выбирается из таблицы, в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых .

j — плотность тока в проводе обмоток , так же выбирается в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.

Как определить характеристики трансформатора без маркировки.

Чтобы использовать имеющийся в запасах силовой трансформатор, необходимо как можно точнее узнать его ключевые характеристики. С решением этой задачи практически никогда не возникает затруднений, если на изделии сохранилась маркировка. Требуемые параметры легко можно найти в интернете, просто введя в строку поиска выбитые на трансформаторе буквы и цифры.
Однако довольно часто маркировки нет – надписи затираются, уничтожаются коррозией и так далее. На многих современных изделиях (особенно на дешевых) маркировка не предусмотрена вообще. Выбрасывать в таких случаях трансформатор, конечно же, не стоит. Ведь его цена на рынке может быть вполне приличной.

Наиболее важные параметры силовых трансформаторов.

Что же нужно знать о трансформаторе, чтобы корректно и, самое главное, безопасно использовать его в своих целях? Чаще всего это ремонт какой-либо бытовой техники или изготовление собственных поделок, питающихся невысоким напряжением. А знать о лежащем перед нами трансформаторе нужно следующее:

  1. На какие выводы подавать сетевое питание (230 вольт)?
  2. С каких выводов снимать пониженное напряжение?
  3. Каким оно будет (12 вольт, 24 или другим)?
  4. Какую мощность сможет выдать трансформатор?
  5. Как не запутаться, если обмоток, а соответственно, и попарных выводов – несколько?

Все эти характеристики вполне реально вычислить даже тогда, когда нет абсолютно никакой информации о марке и модели силового трансформатора. Для выполнения работы понадобятся простейшие инструменты и расходные материалы:

  • мультиметр с функциями омметра и вольтметра;
  • паяльник;
  • изолента или термоусадочная трубка;
  • сетевая вилка с проводом;
  • пара обычных проводов;
  • лампа накаливания;
  • штангенциркуль;
  • калькулятор.

Еще понадобится какой-либо инструмент для зачистки проводов и минимальный набор для пайки – припой и канифоль.

Определение первичной и вторичной обмоток.

Первичная обмотка понижающего трансформатора предназначена для подачи сетевого питания. То есть именно к ней необходимо подключать 230 вольт, которые есть в обычной бытовой розетке. В самых простых вариантах первичная обмотка может иметь всего два вывода. Однако бывают и такие, в которых выводов, например, четыре. Это значит, что изделие рассчитано на работу и от 230 В, и от 110 В. Рассматривать будем вариант попроще.

Итак, как определить выводы первичной обмотки трансформатора? Для решения этой задачи понадобится мультиметр с функцией омметра. С его помощью нужно измерить сопротивление между всеми имеющимися выводами. Где оно будет больше всего, там и есть первичная обмотка. Найденные выводы желательно сразу же пометить, например, маркером.

Определить первичную обмотку можно и другим способом. Для этого намотанную проволоку внутри трансформатора должно быть хорошо видно. В современных вариантах чаще всего так и бывает. В старых изделиях внутренности могут оказаться залитыми краской, что исключает применение описываемого метода. Визуально выделяется та обмотка, диаметр проволоки которой меньше. Она является первичной. На нее и нужно подавать сетевое питание.

Осталось вычислить вторичную обмотку, с которой снимается пониженное напряжение. Многие уже догадались, как это сделать. Во-первых, сопротивление у вторичной обмотки будет намного меньше, чем у первичной. Во-вторых, диаметр проволоки, которой она намотана – будет больше.

Задача немного усложняется, если обмоток у трансформатора несколько. Особенно такой вариант пугает новичков. Однако методика их идентификации тоже очень проста, и аналогична вышеописанному. В первую очередь, нужно найти первичную обмотку. Ее сопротивление будет в разы больше, чем у оставшихся.

В завершение темы по обмоткам трансформатора стоит сказать несколько слов о том, почему сопротивление первичной обмотки больше, чем у вторичной, а с диаметром проволоки все с точностью до наоборот. Это поможет начинающим детальнее разобраться в вопросе, что очень важно при работе с высоким напряжением.

На первичную обмотку трансформатора подается сетевое напряжение 220 В. Это значит, что при мощности, например, 50 Вт через нее потечет ток силой около 0,2 А (мощность делим на напряжение). Соответственно, большое сечение проволоки здесь не нужно. Это, конечно же, очень упрощенное объяснение, но для начинающих (и решения поставленной выше задачи) этого будет достаточно.

Во вторичной обмотке токи протекают более значительные. Возьмем самый распространенный трансформатор, который выдает 12 В. При той же мощности в 50 Вт ток, протекающий через вторичную обмотку, составит порядка 4 А. Это уже довольно большое значение, потому проводник, через который будет проходить такой ток, должен быть потолще. Соответственно, чем больше сечение проволоки, тем сопротивление ее будет меньше.

Пользуясь этой теорией и простейшим омметром можно легко вычислять, где какая обмотка у понижающего трансформатора без маркировки.

Определение напряжения вторичной обмотки.

Следующим этапом идентификации «безымянного» трансформатора будет определение напряжения на его вторичной обмотке. Это позволит установить, подходит ли изделие для наших целей. Например, вы собираете блок питания на 24 В, а трансформатор выдает только 12 В. Соответственно, придется искать другой вариант.

Для определения напряжения, которое возможно снять со вторичной обмотки, на трансформатор придется подавать сетевое питание. Это уже довольно опасная операция. По неосторожности или незнанию можно получить сильный удар током, обжечься, повредить проводку в доме или сжечь сам трансформатор. Потому не лишним будет запастись несколькими рекомендациями относительно техники безопасности.

Во-первых, при тестировании подсоединять трансформатор к сети следует через лампу накаливания. Она подключается последовательно, в разрыв одного из проводов, идущих к вилке. Лампочка будет служить в роли предохранителя на случай, если вы что-то сделаете неправильно, или же исследуемый трансформатор неисправен (закорочен, сгоревший, намокший и так далее). Если она светится, значит что-то пошло не так. На лицо короткое замыкание в трансформаторе, потому вилку из розетки лучше сразу же вытянуть. Если лампа не светится, ничего не воняет и не дымит – работу можно продолжать.

Во-вторых, все соединения между выходами и вилкой должны быть тщательно заизолированы. Не стоит пренебрегать этой рекомендацией. Вы даже не заметите, как рассматривая показания мультиметра, например, возьметесь поправлять скручивающиеся провода, получите хорошенький удар током. Это опасно не только для здоровья, но и для жизни. Для изолирования используйте изоленту или термоусадочную трубку соответствующего диаметра.

Теперь сам процесс. К выводам первичной обмотки припаивается обычная вилка с проводами. Как указано выше, в цепь добавляется лампа накаливания. Все соединения изолируются. К выводам вторичной обмотки подсоединяется мультиметр в режиме вольтметра. Обратите внимание на то, чтобы он был включен на измерение переменного напряжения. Начинающие часто допускают тут ошибку. Установив ручку мультиметра на измерение постоянного напряжения, вы ничего не сожжете, однако, на дисплее не получите никаких вменяемых и полезных показаний.

Теперь можно вставлять вилку в розетку. Если все в рабочем состоянии, то прибор покажет вам выдаваемое трансформатором пониженное напряжение. Аналогично можно измерить напряжение на других обмотках, если их несколько.

Что за "зверь" такой силовой трансформатор

Для транспортировки электрической энергии на значительное расстояние и уменьшения при этом технических потерь используются высоковольтные силовые трансформаторы (СТ). Они работают на принципе трансформации, преобразуя электрическую энергию одного параметра в другую размерность путем электромагнитной индукции. С этой целью электрическая энергия, полученная со щеточного устройства генераторов по шинам подается в трансформаторы для повышения и дальнейшей передачи.

Конструкция силового трансформатора

Силовой трансформатор состоит из двух или более обмоток, которые находятся на сердечнике (магнитопроводе) из специальной (для улучшения магнитопроницаемости) холоднокатаной электротехнической стали. Обмотки, чаще всего, делаются из алюминия и отличаются друг от друга количеством витков (на «высокой» стороне больше, на «низкой» - меньше) и площадью сечения (тут наоборот: обмотки высокой стороны имеют меньшее сечение проводника). Для лучшего использования пространства в окнах сердечника, проводники имеют квадратную форму. Называемые также жилами, они могут подразделяться на два или больше параллельных проводника с целью уменьшить вихревые токи и, соответственно, потери электроэнергии в трансформаторе.

Первичная и вторичная обмотки трансформатора имеют по три фазовые составляющие. Между собой они могут соединяться тремя разными способами:

  • Соединение «звездой» или Y-соединение. В нем все три обмотки соединяются своими окончаниями в одной точке нейтрали.
  • Соединение «треугольником» или Δ-соединение (дельта-соединение). Все три фазные обмотки соединяются последовательно, образуя кольцо или треугольник.
  • Соединение «зигзаг» или Z-соединение.

Выбор способа соединения обусловлен требуемыми параметрами силового трансформатора. Так, соединение звездой применяется чаще всего на высокой стороне, тогда нейтральная точка служит для заземления. В этом случае низкая сторона трансформатора должна быть соединена треугольником, так как при низком напряжении сила тока очень велика. Огромные токи сопровождаются выделением тепла, поэтому трансформатор помещают в сварной бак, заполненный специальным маслом, и радиаторами, которые и охлаждают обмотки. Силовые трансформаторы с сухими обмотками изготавливают только не очень большой мощности.

Кроме того, что бак является резервуаром для трансформаторного масла, он еще служит конструкцией, на которой крепятся аппаратура управления и вспомогательные устройства. Перед закачкой масла из бака удаляют весь воздух, который может уменьшить сопротивление изоляции обмоток, снизив тем самым диэлектрическую прочность трансформатора. Конструкция бака предусматривает возможное расширение масла от увеличения его температуры. Обычно для этого монтируют расширительный бачок, в который переходит излишек нагретого масла.

Помимо масляных силовых трансформаторов, бывают сухие трансформаторы, основным отличием которых как понятно из названия, является отсутствие масла в магнитной системе и обмотках.

Принцип работы

Работа силового трансформатора (СТ) осуществляется на законах электротехники. СТ ничем не отличаются от обыкновенного трансформатора. Проходящий в первичной обмотке ток изменяется во временном диапазоне гармониками. Он создает в магнитопроводах мощный поток магнитных полей. Индукция проникает сквозь витки вторичной обмотки, создается электродвижущая сила.

Общие сведения о трансформаторах - Обмотки трансформаторов

Обмотки должны удовлетворять следующим требованиям: обладать надлежащими механической и электрической прочностью, нагревостойкостью, экономичностью (в отношении потерь), технологичностью, быть простыми в изготовлении, удобными и недорогими.
Медь долгое время была основным материалом, из которого изготовляли обмотки трансформатора. Мировая добыча меди ограничена, и темпы ее прироста меньше темпов роста мировой электротехнической промышленности.

В связи с этим медь стали заменять алюминием. Наиболее экономически выгодно оказалось использовать алюминий в трансформаторах, где он находит все большее применение. Но использование алюминия для обмоток трансформаторов связано с некоторыми трудностями. Так как электрическая проводимость алюминия составляет лишь 61 % проводимости меди, то сечение алюминиевых обмоток должно быть соответственно больше. При конструировании этих обмоток необходимо учитывать, что прочность алюминия на разрыв равна-—700 кГ/см2, а меди —2250 кГ/см2. Увеличенные размеры обмоток обусловливают повышение напряжения короткого замыкания трансформатора (см. § 1 главы III). Для его снижения приходится увеличивать диаметр стержней сердечника и уменьшать число витков, что ведет к увеличению размеров бака и объема масла. При этом возрастает средняя длина витка, что требует дальнейшего увеличения сечения для сохранения нужной величины активного сопротивления обмотки.
Провода, применяемые при изготовлении обмоток, бывают круглого сечения с площадью до 10 мм2 и прямоугольного от 6 до 60 мм2. Плотность тока в трансформаторах с масляным охлаждением лежит в пределах от 2,0 до 4,5 а\мм2, с воздушным — от 1,2 до 3 а/мм2.
Изоляция проводов должна удовлетворять требованиям в отношении нагревостойкости, теплопроводности, влаго- и химостойкости, механической прочности.
Для проводов обмоток масляных трансформаторов широко применяют хлопчатобумажную изоляцию, в трансформаторах небольшой и средней мощности используют эмалевую изоляцию (нагревостойкие эмалевые лаки), провода прямоугольного сечения изолируют также двумя слоями кабельной бумаги и хлопчатобумажной пряжей. Бумажная изоляция в комбинации с трансформаторным маслом при аккуратной сушке и высокой степени дегазации обеспечивает достаточную электрическую прочность.
Для пропитки обмоток трансформаторов в настоящее время применяют синтетические лаки и смолы. К последним относятся фенольные смолы. Применяемые в последние годы полиэфирные смолы отличаются хорошей пропиточной способностью, не образуют пустот.
Старение изоляции заключается в том, что в процессе эксплуатации ей сообщается некоторое количество энергии, которая, превращаясь в другие виды энергии, вызывает ухудшение качества изоляции. Энергия электрического поля, сообщаемая изоляции, превращается в тепловую, вызывая ее нагрев, химическую, вызывая разложение материала, механическую, образуя трещины, разрывы, расслоения.

Рис. 19. Обмотка трансформатора:
а — концентрическая; 6 — чередующаяся.
По взаимному расположению обмотки высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения подразделяются следующим образом:
а) концентрические, расположенные друг относительно друга и вокруг стержня концентрически. Ближе к стержню обычно находится обмотка низшего напряжения но очевидным соображениям упрощения в таком случае изоляции обмотки от стержня;
б) чередующиеся, в которых части обмоток ВН и НН по высоте стержня следуют поочередно (рис. 19).
При современной технике выполнения непрерывных обмоток концентрическое расположение проще, чем чередующееся с вынужденными пайками, и более
экономично как по затрате труда, так и по месту, занимаемому обмоткой в окне трансформатора. Чередующиеся обмотки трансформатора не только сложны в изготовлении, но при высоких напряжениях изолировать их друг от друга сложно и дорого. Но эти обмотки благодаря более тесному переплетению их отдельных частей имеют более полную электромагнитную связь, что уменьшает их индуктивное сопротивление рассеяния (§ 3 главы II). Для трансформаторов радиоустановок это имеет определенное значение. При чередующихся обмотках в высокоамперных и броневых трансформаторах отводы выполнять удобнее.

Рис. 20. Цилиндрическая двухслойная обмотка, намотанная двумя параллельными прямоугольными проводами.

Но в общем случае в силовых трансформаторах обычно применяют концентрические обмотки, и трансформатор со стержневым сердечником и концентрической обмоткой следует считать основным типом в СССР.
Концентрические обмотки конструктивно могут быть цилиндрическими, винтовыми и непрерывными спиральными.
Цилиндрические обмотки бывают однослойные, двухслойные и многослойные. Однослойные и двухслойные обмотки наматывают по высоте соответственно в один или два слоя из прямоугольного провода. В последнем случае между слоями оставляют канал а для охлаждения (рис. 20).
Цилиндрические обмотки просты, но так как их радиальные размеры невелики, они не обладают достаточной прочностью при воздействии на них осевых сил. Применяют их в основном в качестве обмоток низшего напряжения, наматывая из одного или нескольких (до четырех) параллельных проводов, при номинальных токах до 800 а и мощности на стержень до 200 кВА.


Рис. 21. Цилиндрическая многослойная обмотка.

Рис. 22. Многослойная катушечная цилиндрическая обмотка.

спиральная и винтовая обмотка

Многослойную цилиндрическую обмотку обычно выполняют из круглого провода, наматываемого по высоте всего стержня в несколько слоев. При большом числе слоев обмотку делят на две катушки, между которыми оставляют охлаждающий канал а (рис. 21). Эта обмотка применяется главным образом для высшего напряжения до 35 кв в трансформаторах мощностью па стержень до 200 кВА. Она достаточно проста в производстве, но механическая прочность ее по отношению к осевым силам также невелика.

Рис. 23. Одноходовая винтовая обмотка.
Рис. 24. Непрерывная спиральная обмотка.

Многослойная катушечная цилиндрическая обмотка отличается от предыдущей разбивкой по высоте стержня на отдельные катушки, между которыми проложена изоляция а и могут быть охлаждающие каналы (обычно после каждых двух катушек). Будучи достаточно простой в производстве, она используется в качестве обмотки высшего напряжения до 35 кв при мощности на стержень до 335 кВА (рис. 22).
Винтовую обмотку (рис. 23) выполняют параллельно включенными, прилегающими друг к другу в радиальном направлении проводами (от 4 до 20) прямоугольного сечения. Витки, как и в цилиндрической обмотке, наматывают по винтовой линии, по между двумя соседними по высоте витками оставляют горизонтальный канал а шириной 4,5—6 мм. При большем количестве параллельных проводников их располагают в каждом витке в несколько слоев в аксиальном направлении или параллельные провода разбивают на 2—4 группы, каждая из которых образует самостоятельный винтовой ход обмотки. Обмотка в таком случае называется многоходовой.
Расположенные рядом в радиальном направлении несколько параллельных проводов неодинаково сцепляются с силовыми линиями магнитных потоков рассеяния, проходящих в пространстве, занимаемом обмотками. Это служит причиной возникновения разности потенциалов между отдельными точками проводов витка по радиальному направлению и как следствие этого вихревых токов, вызывающих явление поверхностного эффекта. Вследствие этого увеличивается активное сопротивление обмотки, что влечет за собой увеличение потерь. Для возможно более равномерного распределения тока между параллельными проводами витка прибегают к полному и частичному перекрещиванию (транспозиции) проводов.
Винтовую обмотку применяют для низших ступеней напряжения при токах более 300 а в трансформаторах средней и особенно большой мощности. Она обладает достаточной механической прочностью, так как имеет относительно большие радиальные размеры.
Непрерывная спиральная обмотка в отличие от винтовой состоит из ряда плоских катушек — дисков, отделенных друг от друга каналами а для охлаждения (рис. 24). Выполненные из прямоугольного провода дисковые катушки наматывают по спирали и соединяют друг с другом без пайки. Если виток обмотки состоит из нескольких параллельных проводов, то делают их транспозицию.
Несмотря на сложность изготовления, непрерывную спиральную обмотку широко используют как для высшего, так и для низшего напряжения из-за ее большой механической прочности и надежности.
Конструкционными элементами этих обмоток являются разного рода распорки, клинья, прокладки и т. п., а также изоляционные пленки и цилиндры, помещаемые между слоями, катушками и обмотками. При небольших мощностях и низких напряжениях цилиндрические обмотки надевают непосредственно на стержень; деревянные клинья и планки, прессующие стержень, выполняют одновременно роль изоляции. В других случаях обмотку отделяют от стержня одним или двумя изоляционными цилиндрами, в зависимости от ее напряжения (рис. 17,6). Широко применяются жесткие цилиндры, изготовленные из намоточной бумаги или рулонного электротехнического картона на бакелитовом лаке, допускающие непосредственную укладку обмоток на них.
Рейками и прокладками, склеенными и спрессованными из электрокартона, крепят наружную и внутреннюю обмотки относительно друг друга, их используют также для образования каналов между обмоткой и изоляционным цилиндром, катушками и слоями обмотки.

Выбор типа обмотки трансформатора

Таблица 5.1
Значение Кд для трехфазных трансформаторов

Мощность трансформа-тора, кВА

Примечание. Для сухих трансформаторов мощностью 10–160 кВА принимать
Кд =0,99–0,96 и мощностью 250–1600 кВА Кд =0,92–0,96.

Расчетные значения Dср следует сверить с данными табл. 2, где приведены ориентировочные значения практически применяемых плотностей токов. Сверка рассчитанного Dср имеет целью избежать грубых ошибок в расчете Dср.
Таблица 2

а) масляные трансформаторы

Мощность транс-форматора, кВА

б) сухие трансформаторы

Мощность транс-форматора, кВА

  • определяется число витков в фазе соответствующей обмотки, . После округления числа витков до целого числа уточняется напряжение одного витка и значение магнитной индукции в стержне, Bc;
  • определяется ориентировочное сечение, мм2, витка соответствующей обмотки по выражению:
  • по ориентировочному сечению обмотки сортаменту обмоточных проводов принимаются соответствующие провода. Проводов может быть один или несколько. Примеры витков для различных обмоток приведены ниже.

В масляных трансформаторах применяется провод марки ПБ (с бумажной изоляцией).
В сухих трансформаторах применяется обычно более качественная изоляция марок ПСД и ПСДК.

  • По основным параметрам трансформатора – номинальной мощности; – номинальным напряжениям обмоток НН и ВН; – номинальному фазному току обмоток выбирается тип обмоток.
  • По выбираемому типу соответствующих обмоток производится расчет обмоток по методикам, приведенным ниже.

После расчета основных размеров обмотки НН – и , и следует рассчитать реактивную составляющую напряжения короткого замыкания Uкр и сравнить его со значением.
Расчет Uкр, %, проводится по формуле:
,
где , здесь и – действительные расчетные значения радиальных размеров обмоток НН и ВН;
,
где d12 = d + 201 + 2a1 + a12, здесь – действительный радиальный размер обмотки НН.
Для трансформаторов мощностью более 10000 кВА размер а, см, определяется выражением:
.
Расчетное напряжение должно быть равно определенному в разд. 4 по заданному значению и . Отличие допускается всего на ± 5 %.

Если расчетное выходит из допустимых пределов, следует изменить высоту обмоток и пересчитать и .
Иногда допускается увеличить канал (в случае если расчетное менее заданного), так как принимается в расчете как минимально–допустимое поэтому увеличивать его можно.
Пересчитывая несколько раз обмотки НН и ВН достигают оптимальных значений размеров , и и
Только после этого приступают к расчету всех необходимых для дальнейших расчетов размеров обмотки: и , и ; поверхностей охлаждения обмоток НН и ВН.
Затем приступают к расчету потерь короткого замыкания, полного напряжения короткого замыкания и механических сил в обмотках.

Читайте также: