Вольдек А.И. Электрические машины

Подождите немного. Документ загружается.

Обмотки изготовляются из медного, а в последнее время часто

также из алюминиевого провода. Плотность тока в медных обмот-

ках масляных трансформаторов находится в пределах 2—4,5 а/мм

а в сухих трансформаторах 1,2—3,0 а/мм

. Верхние пределы отно-

сятся к более мощным трансформаторам. В алюминиевых обмотках

плотность тока на 40—45% меньше. Для изготовления обмоток

применяются круглые провода сечением 0,02—10 мм

и прямо-

угольные сечением 6—60 мм

. Во многих случаях витки и катушки

обмоток наматываются из определенного количества параллельных

проводников.

Обмотки масляных трансформаторов изготовляются из прово-

дов с эмалевой и хлопчатобумажной изоляцией (круглые сечения)

и из проводов, изолированных двумя

слоями кабельной бумаги и хлопчато-

бумажной пряжей (прямоугольные

сечения). В сухих силовых транс-

форматорах применяются провода

с нагревостойкой изоляцией из стек-

ловолокна.

По способу расположения на

стержнях и по взаимному располо-

жению обмоток высшего напряжения

ВН и низшего напряжения ЯЯ об-

мотки разделяются на концен-

трические (рис. 12-15, а) и че-

редующиеся (рис. 12-15, б).

В первом случае обмотки ВН и ЯЯ

расположены относительно друг друга н вокруг стержня концен-

трически, причем ближе к стержню обычно находится обмотка ЯЯ,

так как изоляция обмотки от стержня при этом облегчается.

В чередующихся обмотках катушки ВН и НН чередуются вдоль

стержня по высоте. Чередующиеся обмотки имеют более полную

электромагнитную связь, однако они сложнее в изготовлении и

в случае высоких напряжений изоляция обмоток друг от друг

усложняется. Поэтому в силовых трансформаторах обычно при-

меняются концейтрические обмотки, разновидности которых крат-

ко рассматриваются ниже.

Многослойные цилиндрические обмотки (рис. 12-16) изготовляются

из круглых или прямоугольных проводников, которые размещаются

вдоль стержня в несколько слоев, причем между слоями прокла-

дывается изоляция из кабельной бумаги. При большом количестве

слоев обмотка подразделяется на две концентрические катушки,

между которыми оставляется канал для охлаждения. Эти обмотки

применяются при мощностях на стержень 5

СТ

200 кв-а, при токе

на обмотку стержня /

ст

< 135 а и напряжения U„

< 35 кв.

НН

IIIIII

ВН

ж+н

IIIIII

НИ

н+ш

гита

ВН

дня

НН

IIIIII

ni jм

ВН

и 1 и 1

НН

ЯП

gga

Шд

он

НН

щё

Рис. 12-15. Концентрические (а)

и чередующнеся-(б) обмотки

Многослойные цилиндрические катушечные обмотки (рис. 12-17)

наматываются нз круглого провода и состоят из многослойных

дисковых катушек, расположенных вдоль стержня. Между катуш-

ками (через каждую катушку или через две-три кадушки) могут

быть оставлены радиальные каналы для охлаждения. Такие обмотки

применяются на стороне высшего напряжения при S

sc 335 кв -а,

/„ с 45 а и и

л в

^35 кв.

Однослойные и двухслойные цилиндрические обмотки (рис. 12-18)

наматываются из одного или нескольких (до четырех) параллельных

прямоугольных проводников и применяются при

==£

200 кв а,

/„ < 800 а и U

н =s£

6 кв.

Винтовые обмотки (рис. 12-19) наматываются из ряда парал-

лельных прямоугольных проводников (от 4 до 20), прилегающих

друг к другу в радиальном направлении. При большом количестве

параллельные проводники могут располагаться также в каждом

витке в несколько слоев в аксиальном направлении или же обмотка

выполняется многоходовой, т. е. параллельные проводники раз-

биваются на 2—4 группы и каждая группа образует самостоятель-

ный винтовой ход обмотки.

Когда в радиальном направлении рядом располагается несколь-

ко параллельных проводников, то ток распределяется между

ними Неравномерно, что вызывает увеличение потерь. Причиной

неравномерного распределения тока является то, что такие эле-

ментарные витки, состоящие из одного параллельного проводника,

сцепляются с разными по величине магнитными потоками и в них

индуктируются разные э. д. с. Такая разница в потокосцеплениях

Рис 12-16. Многослойная

цилиндрическая обмотка

Рис. 1247. Многослойная

цилиндрическая катушеч-

ная обмотка

обусловлена магнитными потоками рассеяния (см. § 14-1 и 14-4),

которые проходят в пространстве,

Иными словами, можно сказать,

что причиной увеличения потерь

являются вихревые токи, индукти-

руемые магнитным полем в про-

занимаемом обмотками.

Рис 12-18 Двухслой-

ная цилиндрическая

обмотка

Рис 12-19 Винто-

вая обмотка

водниках обмотки и вызывающие явление поверхностного эф-

фекта. Вследствие этого активное сопротивление обмотки увели-

чивается.

Для обеспечения достаточно равно-

мерного распределения тока между про-

водниками необходимо произвести транс-

позицию (перекладку) параллельных про-

водников, образующих виток (рис. 12-20).

При полной транспозиции каждый про-

водник. занимает в радиальном напра-

влении поочередно все положения, воз-

можные в пределах одного витка. Часто

производится только частичная транс-

позиция проводников. Транспозиция

осуществляется в нескольких местах по высоте стержня.

Винтовыми выполняются обмотки низшего напряжения при

СТ

3s 45

кв -а

и /

ст

За 300 а.

iSS!Z3 6S4321

Рис 12-20. Схемы частич-

ной транспозиции парал-

лельных проводников

Непрерывная спиральная катушечная обмотка (рис. 12-21)

выполняется нз прямоугольного провода и состоит из нескольких

десятков дискообразных катушек, причем катушки наматываются

по спирали и соединяются друг с другом без пайки. Если виток

состоит из нескольких параллельных проводников, то производится

их транспозиция. Такие обмотки применяются

при S

Зз 60 к»

•а,

ст

5:- 20 a,

£/

. н

2 кв.

Последние два типа обмоток являются в

механическом отношении наиболее устойчи-

выми и способны выдерживать значительные

осевые усилия, так как состоят из диско-

образных элементов, имеющих в радиальном

направлении достаточные размеры.

Радиальные и аксиальные каналы между

катушками и слоями обмотки образовы-

ваются путем установки прокладок и реек,

склеенных н спрессованных из электротех-

нического картона. При небольших мощно-

стях и невысоких напряжениях цилиндриче-,

ские обмотки надеваются на стержень сердеч-

ника и крепятся относительно его деревян-

ными клиньями и планками, которые играют

также роль изоляции. В остальных случаях

применяются мягкие изоляционные цилиндр»

из листов электротехнического картона или

жесткие цилиндры из рулонного электро-

технического картона на бакелитовом лаке.

Наружная и внутренняя обмотки также крепятся относительно

друг друга с помощью реек. Изоляция между обмоткой и ярмом

выполняется из колец, шайб и прокладок, изготовляемых из элект-

ротехнического картона. При высоких напряжениях в случае

надобности между обмотками и баком трансформатора ставятся

изоляционные барьеры из электротехнического картона.

В весьма мощных трансформаторах применяются также более

сложные виды обмоток.

§ 12-4. Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов

Обозначения начал и концов обмоток трансформаторов приво-

дятся в табл. 12-1.

Зажимы нулевой точки при соединении в звезду обозначаются

О, О

, о.

Схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов. В боль-

шинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяются

либо в звезду (У), либо в треугольник (Д),

Рис. 12-21. Непрерыв-

ная спиральная кату-

шечная обмотка

Таблица 12-1

Обозначения начал и концов обмоток трансформатора

Нанмеиование обиоток

Однофазные Трехфазные

Нанмеиование обиоток трансформа- трансформа-

торы торы

Обмотки высшего напряжения:

начала

А А, В, С

концы

X X, Y, Z

Обмотка низшего напряжения:

начала

а, Ь, с

концы

х, у, г

Обмотки среднего напряжения:

х, у, г

начала

А-т

Вт' Cm

концы

Хт

Xrn> Z

Выбор схемы соединения обмоток зависит от ряда причин.

Например, для сетей с напряжением 35 /се и болёе выгодно соеди-

нить обмотку трансформатора в звезду и заземлить нулевую точку,

так как при этом напряжение выводов трансформатора и прододов

линии передачи относительно земли будет всегда в ]/"3 papa меньше

линейного, что приводит к снижению стоимости изоляции. Осве-

тительные лампы накаливания более низкого напряжения имеют

большую световую отдачу, а осветительные сети выгодно строить

на более высокое напряжение. Поэтому вторичные обмотки тран-

сформаторов, питающих осветительные сети, соединяются обычно

в звезду и осветительные лампы включаются на фазное напряже-

ние — между линейными и нулевыми проводниками. В ряде слу-

чаев, когда ток обмотки невелик, при соединении в звезду обмотки

получаются более дешевыми, так как количество витков при этом

уменьшается в У3 раза, а сечение проводов увеличивается также

в У

раза, вследствие чеГо трудоемкость изготовления обмотки,

и стоимость обмоточного провода уменьшаются. С другой стороны,

с точки зрения влияния высших гармоник (см. § 13-1) и поведения

трансформатора при несимметричных нагрузках (см. § 16-2) целе-

сообразно соединять одну из обмоток трансформатора в треугольник.

В некоторых случаях применяется также соединение обмоток

по схеме зигзага (рис. 12-22), когда фаза обмотки разделяется

на две части, которые располагаются на разных стержнях и соеди-

няются последовательно. При этом вторая половина обмотки под-

ключается по отношению к первой встречно (рис. 12-22, а), так

как в этом случае э. д. с. фазы будет в раза больше (рис. 12-22,6),

чем при согласном включении (рис. 12-22, в). Однако при встречном

включении половин обмотки ее э. д. с. (]/3 £j будет все же

в 2/]/з = 1,15 раза меньше, чем при расположении обеих половин

236

Трансформаторы

[Paid. И

на одном стержне (2Е

). Поэтому расход обмоточного провода при

соединении зигзагом увеличивается на 15%. Вследствие этого

соединение зигзагом используется только в специальных случаях,

когда возможна неравномерная нагрузка фаз с наличием токов

нулевой последовательности (см. § 16-2).

Группы соединений обмОток.

Для включения трансформатора на параллельную работу

с другими трансформаторами имеет значение сдвиг фаз между

э. д. с первичной и вторичной обмоток. Для характеристики

этого сдвига вводится понятие о группе соединений обмоток.

а)

га

'IX

га

fir/a

1»

^ it

'Ум

Рис 12-22 Соединение трехфазной

обмотки зигзагом

ljt-12 Jfi-в

Рис 12-23 Группы сое-

динений однофазного

трансформатора

На рис. 12-23, а показаны обмотки однофазного трансформатора,

намотанные по левой винтовой линии и называемые поэтому «ле-

выми», причем у обеих обмоток начала А, А находятся сверху,

а концы X, х — снизу. Будем считать э. д. с. положительной,

если она действует от конца обмотки к ее началу. Обмотки на

рис. 12-23, а сцепляются с одним и тем же потоком. Вследствие

этого э. д. с. этих обмоток в каждый момент времени действуют

в одинаковых направлениях — от концов к началам или наоборот,

т. е. они одновременно положительны или отрицательны. Поэтому

э. д. с. Е

И Е

совпадают по фазе, как показано на рис. 1^23, а.

Если же у одной из обмоток переменить начало и конец

(рис. 12-23, б), то направление ее э. д. е., действующей от конца

к началу, изменится на обратное и э. д. с. Еа и Е

будут иметь

сдвиг 180°. Такой же результат получится, если на рис. 12-23, а

одну из обмоток, выполнить «правой».

Для обозначения сдвига фаз обмоток трансформатора векторы

их линейных э. д. с. уподобляют стрелкам часового циферблата,

причем вектор обмотки ВН принимают за минутную стрелку н счи-

тают, что на циферблате часов она направлена на цифру 12, а век-

тор обмотки НН принимают за часовую стрелку. Тогда на

рис. 12-23, а часы будут показывать 0 или 12 ч, и такое соединение

обмоток поэтому называется группой 0 (ранее в этом случае при-

менялось название «группа 12»). На рис. 12-23, б часы будут пока-

зывать 6 ч, и такое соединение называется группой 6. Соответст-

венно соединение обмоток однофазных трансформаторов согласно

рис 12-23, а обозначается 1/1-0, а согласно рис. 12-23, б — I/I-6.

В СССР стандартизованы и изготовляются однофазные трансфор-

маторы только с соединением 1/1-0.

Рис 12-24 Трехфазный трансфер- Рис 12-25 Трехфазный трансформатор

матор со схемой и группой соеди- со схемой и группой соединений Y/A-11

нений Y/Y-0

Рассмотрим теперь трехфазный трансформатор с соединением

обмоток ВН и НН в звезду, причем предположим, что 1) обмотки

ВН и НН имеют одинаковую намотку (например, «правую»); 2) на-

чала и концы обмоток расположены одинаково (например, концы

снизу, а начала сверху и 3) одноименные обмотки (например Л и а,

а также В и Ь, С и с) находятся на общих стержнях (рис. 12-24, о).

Тогда звезды фазных э. д. с. и треугольники линейных э. д. с.

будут иметь вид, показанный на рис. 12-24, б. При этом одноимен-

ные векторы линейных э. д. с. (например, Еав и

ЕАЬ)

направлены

одинаково, т. е. совпадают по фазе, и при расположении их на

Циферблате часов, согласно изложенному правилу, часы будут

показывать 0 ч (рис. 12-24, в). Поэтому схема и группа соединений

такого трансформатора обозначается Y/Y-0.

Если на рис. 12-24, а произвести круговую перемаркировку

(или перестановку) фаз обмотки НН и разместить фазу а на среднем

стержне, фазу b — на правом и с — на левом, то на векторной

Диаграмме НН (рис. 12-24, б) произойдет круговая перестановка

букв а, 6, с по часоврй стрелке. При этом получится группа соеди-

нений 4, а при обратной круговой перестановке будет группа

соединений 8. Если переменить местами начала и концы обмоток,

то получатся еще группы соединений 6, 10 и 2. Значит, при соеди-

нении по схеме Y/Y возможно шесть групп соединений, причем

все они четные. Такие же группы соединений можно получить при

схеме соединений Д/Д.

Допустим теперь, что обмотки соединены по схеме Y/Д, как

показано на рис. 12-25, а, и соблюдены те же условия, которые

были оговорены для рис. 12-24, а. Тогда векторные диаграммы

э. д. с. обмоток ВН и НН будут иметь вид, показанный на

рис. 12-25, б. При этом одноименные линейные э. д. с. (например,

В И Е

аЬ

) будут сдвинуты на 30° и расположатся на циферблате

часов, как показано на рис. 12-25, в. Соединение обмоток такого

трансформатора обозначается Y/Д-П. При круговых перестановках

фаз и при перемаркировке начал и концов одной из обмоток (или

при установке вместо перемычек ay, bz, сх в треугольнике на

рис. 12-25, а перемычек аг, Ьх, су) можно получить также другие

нечетные группы: 1, 3, 5, 7 и 9.

Большой разнобой в схемах и группах соединений изготовляе-

мых трансформаторов нежелателен. Поэтому ГОСТ 11677—65

предусматривает изготовление трехфазных силовых трансформа-

торов со следующими группами соединений обмоток; Y/Y

-0,

Д/у

-11, Y/Д-П и Yo/Д-П, а также звезда-знгзаг-11. При этом

первым обозначено соединение обмотки ВН, вторым — соединение

обмотки НН, а индекс «0» указывает на то, что наружу выводится

нулевая точка обмотки.

§ 12-5. Элементы конструкции и способы охлаждения

масляных трансформаторов

Конструкция бака масляного трансформатора зависит от его

мощности.

Трансформаторы модностью до S„ = 20 кв •а имеют гладкие

баки. Внутри бака возникает естественная конвекция масла: масло

возле обмоток и сердечника нагревается и поднимается вверх,

а у стенок бака охлаждается и опускается вниз. Стенка бака отдает

тепло в окружающую среду путем лучеиспускания и конвекции

воздуха. Наибольшая допустимая температура масла в верхних

слоях 95 °С.

При S„ >• 20 кв -а поверхность гладкого бака недостаточна

для отвода тепла с необходимой интенсивностью. Поэтому у транс-

форматоров мощностью S

— 20 -s- 1800 кв-а к баку привариваются

трубы (рис. 12-26), по которым вследствие естественной конвек-

ции сверху вниз циркулирует масло. Вместо трубчатых баков

в некоторых странах применяются волнистые баки, однако они

менее прочны и более трудоемки в изготовлении.

Рис 12 26 Трансформатор с трубчатый баком

I — обмотка ВН, 2 — обмотка НН, 3 — переключатель регулировочных отводов об

Мотки ВН, 4 — банка, прессующая ярмо, 5 — шихтованный магнитопровод, 6 — отводы

ВН 7 — отводы НН, 8 — патрубок для присоединения вакуумного насоса, 9 — кольцо

Дчя подъема выемной части, 10 — кран для заливки масла И — ввод (изолятор) ВН,

— ввод (изолятор НН), — привод переключателя, 14 — выхлониая труба, А5 —

гчзовое реле, 16 — расширитель, 17 — трубчатый бак, 18 — кран для спуска мадоа,

" — транспортный ролик, 10 — вертикальная шпилька для стярнвания прессующих

балок ярем, 21 — ynqpHtdfi угольник на дне (5зка

В трансформаторах мощностью выше 1800 кв-а используются

гладкие баки с подвешенными к ним трубчатыми охладителями

(рис. 12-27), которые сообщаются с внутренней полостью бака

в его верхней и нижней частях.

Циркуляция масла в охладителе

также совершается в результате есте-

ственной конвекции. При S

—

= 10

ООО

-г- 60

ООО

ке -а для более ин-

тенсивного отвода тепла от охладите-

Рис 12-27. Трубчатый охладитель

•с вентилятором

Рас 12-28 Маслонаполненный ввод

трансформатора для напряжения

110

я»

I — алюминиевый экран, 2 — чугунный

стакан, 3 — медная токоведудая труба.

4 — опоряый изоляционный бумажно ба-

келитовый цилнидр, 5 — геткнаксовая

швйба; -6 — нижняя фарфоровая покрыш-

ка, 7 — уйлотняющая шайба,

— соеди-

нительная чугунная втулка, 9 — устрой-

ство взятия пробы масла, 10 — зажйм

с изолятором для измерения тангенса угл*

потерь изоляция ввода, 11 — нзоляцион-

I ный сердечник нз пропитанное маслом бу-

маги, 12 — верхняя фарфоровая покрыш

ка, 13 — поддон, 14 — пружина 15 — по

плавок, 16 — маслорасширитель с масля-

ным затвором, IT — стеклянный масло-

указатель, 18 — уплотняющая втулка,

19 — латунный нэкоиечинк для кабеля,

20 — контактный зажим, it — рым для

подъема ввода (4 штуки)

лей применяется их обдувание с помощью вентиляторов. При этом

теплоотдача увеличивается на 50—60%.

Еще более интенсивным является водяное охлаждение. При

этом масло откачивается из верхней части бака насосом, проходит

через водяные охладители (теплообменники) и поступает в нижнюю