УСТРОЙСТВО ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ

Цель работы : изучить конструкции обмоток трансформаторов

 

Требования к обмоткам. Обмотки трансформаторов изготавливают из медного или алюминиевого провода. Для трансформаторов небольшой мощности обмотки выполняют из изолированного провода круглого поперечного сечения. При больших мощностях и токах обмотки изготавливают из провода прямоугольного поперечного сечения.

Параллельное соединение витков дает возможность применить провод круглого поперечного сечения при относительно больших токах в обмотках и облегчает процесс изготовления последних.

Конструкция обмоток должна выдерживать механические воздействия, которым они подвергаются при сборке трансформатора и во время коротких замыканий, возникающих в процессе эксплуатации, а также обеспечивать их охлаждение.

Для изоляции обмоток и других токоведущих частей трансформатора применяют изоляционные материалы, обеспечивающие надежную работу трансформатора в условиях его эксплуатации при значительных колебаниях температуры нагрева.

Изоляция обмоток должна выдерживать без повреждений длительное воздействие переменного электрического поля при нормальной работе и кратковременные перенапряжения, возникающие в условиях эксплуатации трансформаторов.

Конструкции обмоток. По способу размещения на магнитопроводе обмотки трансформаторов могут быть концентрическими (в каждом поперечном сечении представляют собой окружности, имеющие общий центр) и чередующимися (в которых части обмоток высшего и низшего напряжений попеременно следуют друг за другом по высоте стержня).

У концентрических обмоток внутри (ближе к сердечнику) обычно размещают обмотку низшего напряжения (НН). требующую меньшей изоляции относительно магнитопровода. а снаружи - обмотку высшего напряжения (ВН) (смотрите рисунок 1,а).

 

а) б)

Рисунок 21.1- Схема концентрических обмотав

 

В некоторых случаях для уменьшения индуктивного сопротивления обмоток, т о есть для уменьшения магнитного рассеяния, находят применение двойные концентрические обмотки (рисунок 1,б), в которых обмотку НН делят на две части с одинаковым числом витков. Между половинами обмотки НН помещают обмотку ВН. Подобным образом может быть выполнена тройная концентрическая обмотка, в которой обмотка НН состоит из трех частей, а обмотка ВН - из двух.

В СССР применяют главным образом концентрические обмотки.

В чередующихся обмотках катушки НН и ВН, изготовленные в виде отдельных дисков, размещены на магнитопроводе в чередующемся порядке (рисунок 21.2). Вся обмотка подразделяется на симметричные группы, состоящие

 

Рисунок 21.2 - Схема чередующихся обмоток

 

из одной или нескольких катушек ВН и расположенных по обе стороны от них двух или нескольких катушек НН. Чередующиеся обмотки на практике применяют только для специальных трансформаторов. При высоких напряжениях эти обмотки не применяют из-за сложности изоляции и большого количества промежутков между катушками НН и ВН.

Во всех типах обмоток принято различать осевое и радиальное направления (рисунок 21.3).

 

Рисунок 21.3 - Осевое и радиальное направления в обмотке

 

Осевым считается направление, параллельное оси стержня трансформатора, на котором устанавливается данная обмотка.

 

Радиальным считается направление любого радиуса окружности обмотки.

В нормальных силовых масляных трансформаторах, с вертикальным расположением стержней, осевое направление совпадает с вертикальным направлением, а радиальное - с горизонтальным. В этом смысле принято говорить также об осевых и радиальных каналах. На рис. 3 изображена обмотка, состоящая из семи катушек, намотанных на изоляционном цилиндре. Между обмоткой и цилиндром сделан осевой изоляционный охлаждающий канал. Между всеми катушками - радиальные каналы

Концентрические обмотки выполняют цилиндрическими, катушечными, непрерывными, винтовыми и др.

Простейшей формой концентрической обмотки является цилиндрическая обмотка (рисунок 21.4, 21.5). Однослойные и двухслойные цилиндрические обмотки

 

 

Обмотки выполнены двумя параллельными проводами левой намоткой На обмотку наложены бандажи из киперной ленты

Рисунок 21.4 - Двухслойные цилиндрические обмотки

 

 

 

Рисунок 21.5 - Многослойная цилиндрическая обмотка

 

наматывают из провода круглого или чаще прямоугольного поперечного сечения в один или несколько параллельных проводов. В трехслойных (и при большем числе слоев) обмотках между слоями оставляют вертикальный канал. Слой обмотки составляют витки, наматываемые вплотную друг к другу. Начало и конец двухслойной обмотки выводят из верхней ее части и располагают у верхнего ярма. Такие обмотки преимущественно используются в качестве обмоток НН трансформаторов мощностью до 630 кВ А (напряжение до 525 В и токи до 800А).

Многослойные цилиндрические обмотки наматывают из проводов круглого сечения, размещаемых вдоль всего стержня в несколько слоев, между которыми прокладывают изоляцию из кабельной бумаги. Обычно такую обмотку выполняют из двух катушек, между которыми оставляют вертикальный охлаждающий канал. Многослойные цилиндрические обмотки применяют в качестве обмоток ВН для трансформаторов мощностью до 630 кВ А при напряжениях до 35 кВ. Цилиндрические обмотки просты в производстве, но их механическая прочность по отношению к осевым силам невелика (при намотке провода.

Катушечная многослойная обмотка. Она отличается от многослойной цилиндрической тем, что разделена по высоте на отдельные катушки и поэтому сложнее в производстве. Между слоями катушки прокладывают кабельную или телефонную бумагу, а между отдельными катушками — шайбы из электрокартона. Между отдельными катушками (обычно через две) делают охлаждающие каналы. Катушечные многослойные обмотки применяют в качестве обмоток ВН трансформаторов мощностью до 100 кВ А и напряжением до 35 кВ.

Непрерывная обмотка. Ее наматывают по спирали из провода прямоугольного поперечного сечения (рисунок 21.6).

Рисунок 21.6 - Непрерывная обмотка

 

Такие обмотки применяют в качестве обмоток высшего и низшего напряжения трансформаторов мощностью более 1000 кВ А.

Винтовые обмотки. Их наматывают из нескольких параллельных проводников прямоугольного сечения (рисунок 21.7).

 

Рисунок 21.7 - Витковая обмотка

 

Параллельные провода располагают друг над другом (перпендикулярно оси обмотки) в отличие от цилиндрических обмоток, у которых параллельные провода укладываются рядом по линии, параллельной осп обмотки. Витки обмотки укладывают винтовой линией, имеющей один или несколько ходов. В винтовых обмотках необходима перекладка (транспозиция) проводников, образующих один виток, для равномерного распределения тока между параллельными проводами. Перекладка проводов создает такие условия, при которых каждый провод в пределах одного витка попеременно занимает все возможные положения. Винтовые обмотки могут иметь до 20, а иногда и более параллельных проводов. Они, так же как и непрерывные обмотки, обладают высокой механической прочностью, их применяют в качестве обмоток НН при больших токах (более 300 А).

Винтовая одноходовая обмотка может быть намотана и без радиальных каналов с плотным прилеганием витка к витку.

Обмотка называется двухходовой (многоходовой) винтовой, если она состоит из двух (или более) одноходовых обмоток, взаимно расположенных подобно ходам резьбы двухходового (многоходового) винта. Сечение витка при этом образуется общим поперечным сечением проводов всех ходов.

Расположение обмоток на сердечнике трансформатора и конструкцию изоляционных элементов показано на рисунке 21.8.

 

 

 

Рисунок 21.8 - Расположение обмоток на сердечнике трехфазного трансформатора

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Чем концентрическая обмотка отличается от чередующейся?

2. Какое направление катушки считается осевым?

3. Какое направление катушки считается радиальным?

4. Чем катушечная многослойная обмотка отличается от многослойной цилиндрической?

5. Чем непрерывная обмотка отличается от винтовой?

6. Как выглядит транспонированная обмотка и для чего используется этот прием?