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.

3. Катушечные многослойные (рис. 2.5, б). Состоят из ряда последовательно-соединённых катушек, намотанных из круглого провода. Используются в качестве обмотки ВН при напряжении до 35 кВ, при мощности на 1 стержень до 350 кВА.

4. Винтовые (рис. 2.5, г). Выполняются из нескольких прямоугольных проводников, которые укладываются по винтовой линии. Для равномерного распределения тока между параллельными проводниками применяется транспозиция проводников, т.е. перекладка проводников относительно стержня. Используются в качестве обмотки НН при токах свыше 300 А, при напряжении от 230 В до 15 кВ, мощность на 1 стержень – от 45 до до 350 кВА. Обладают достаточной механической прочностью.

5. Непрерывные катушечные. Широко используются в качестве обмоток ВН и НН ввиду большой механической прочности и надёжности. Выполняется из нескольких десятков дисковых катушек, намотанных по спираль и соединённых без пайки.

2.4. Режим холостого хода 1–фазного трансформатора

Изучение работы трансформатора под нагрузкой основывается на изучении двух предельных режимов: холостого хода (х.х.) и короткого замыкания (к.з.).

Под режимом холостого хода понимают такой режим работы трансформатора, когда его первичная обмотка подключена на сеть переменного напряжения, а вторичная обмотка разомкнута.

Если подвести к первичной обмотке напряжение , то по обмотке потечёт ток i₀, который создаёт МДС . Эта МДС создаёт магнитный поток. Часть потока замыкается по сердечнику, образуя основной поток Ф. Другая часть потока замыкается в основном по воздуху и сцепляется с витками первичной обмотки – Ф_s₁ – поток рассеяния. Основной поток наводит в первичной и вторичной обмотке ЭДС