Файл: Лекции для курсов Электрические машины и аппараты.docx

23.4. Устройство обмоток трансформаторов
Обмотки трансформаторов изготавливают из меди или алюми­ния. Для трансформаторов небольшой мощности, т. е. при неболь­ших токах до 25 А для воздушных и до 45 А для масляных трансформаторов), обмотки выполняют из изолированного провода круглого поперечного сечения.

При больших мощностях и токах обмотки изготавливают из проводников прямоугольного поперечного сечения.

По способу размещения на магнитопроводе обмотки трансфор­маторов могут быть концентрическими и дисковыми чередующими­ся.

Концентрические обмотки выполняют в виде цилиндров, разме­щаемых на магнитопроводе концентрически. Внутри (ближе к сер­дечнику) обычно размещают обмотку НН, требующую меньшей изоляции относительно магнитопровода, снаружи — обмотку ВН (рис. 23.7)



Рис.23.7. Размещение концентрических обмоток трансформатора.
В дисковых чередующихся обмотках катушки НИ и ВН, изготов­ленные в виде отдельных дисков, размещены на магнитопроводе в чередующемся порядке (рис. 23.8.)Вся обмотка подразделяется на симметричные группы, состоящие из одной или нескольких катушек ВН и расположенных по обе стороны от них двух или нескольких катушек НН.


Рис.23.8. Размещение дисковых чередующихся обмоток трансформатора
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.
Конструктивно концентрические обмотки выполняют цилиндри­ческими, катушечными, непрерывными, винтовыми и др.
а) Цилиндрические обмотки.
Однослойные и двухслойные цилиндрические обмотки наматывают из провода 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 двух-•слойнсн обмотки выводят из верхней ее части и располагают у верх­него ярма. Такие обмотки используются в качестве обмоток НН трансформаторов мощностью до 630 кВ-А.

---

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 плашмя), так как сравнительно малы радиальные размеры обмоток.
б) 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.
в) Непрерывная обмотка.
Ее наматывают по спирали из провода прямоугольного поперечного сечения. Она состоит из нескольких десятков дисковых катушек, соединенных между. При изготовлении обмотки провод в каждой катушке укладывают плашмя по спирали и наматывают на изоляци­онный цилиндр или стальной шаблон. Между изоляционными ци­линдром и катушками обмотки, а также между отдельными катуш­ками имеются охлаждающие каналы. Каждая катушка состоит из нескольких витков, а каждый виток—из одного или нескольких параллельных проводов. При нескольких параллельных проводах намотку их производят с перекладкой (транспозицией). Непрерыв­ные обмотки, несмотря на сложность их изготовления, в настоящее время широко используют в трансформаторостроении благодаря их высокой механической прочности. Такие обмотки применяют в качестве обмоток высшего и низшего напряжения трансформато­ров мощностью более 1000 кВ-Л.

---

Принцип действия трансформаторов

22.1. Общие определения

Трансформатор представляет собой статический электромагнит­ный преобразователь с двумя или больше обмотками, предназначен­ный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Преобразова­ние энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем.

Трансформаторы широко применяют при передаче электрической энергии на большие расстояния, при распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, уси­лительных, сигнализационных и других устройствах.
22.2. Использование трансформатора при передаче электроэнергии.

При передаче электрической энергии от электростанции к потребителям необходимо передавать как можно больше мощности, которая определяется выражением



Из формулы видно, что для повышения передаваемой мощности необходимо повышать величину тока и напряжения.

Однако повышение силы тока в линии обусловливает потери энергии в этой линии и расход цвет­ных металлов на ее устройство.

Если при одной и той же переда­ваемой мощности увеличить напряжение, то сила тока в такой же мере уменьшится, а следовательно, можно будет применить про­вода с меньшим поперечным сечением. Это сократит расход цвет­ных металлов при устройстве линии электропередачи и снизит потери энергии в ней.

Однако высокое напряжение нельзя подавать потребителю, так как при этом возникает опасность пробоя изоляции электрических аппаратов и поражения электротоком обслуживающего персонала. Поэтому на передающей подстанции с помощью повышающих трансформаторов напряжение в линии электропередач повышают.на приемной подстанции напряжение с помощью понижающих трансформаторов понижают до 380/220 Вольт.
22.3. Конструктивная схема трансформатора.

Конструктивная схема трансформатора (см.рис.22.1) имеет магнитопровод 3из электротехнической стали и две обмотки на магнитопроводе: первичную 1с числом витков ω

---

₁и вторичную 2 с числом витков ω₂. Обмотки выполняют из медного провода.

Первичная обмотка трансформатора включается в сеть переменного напряжения U₁ , и в ней возникает ток I₁. Ко вторичной обмотке ω₂ подключается приемник электрической энергии.


Рис.22.1. Конструктивная схема трансформатора.

На рисунке:

1. 
   Первичная обмотка
   
2. 
   Вторичная обмотка
   
3. 
   Магнитопровод
   

Действие трансформатора основано на явлении взаимной индукции. Если первичную обмоткутрансформатора включить в сеть источника переменного тока, то по ней будет протекать перемен­ный ток, который создает в магнитопроводетрансформатора переменный магнитный поток.

Этот магнитный поток, пронизывая вит­ки вторичной обмотки, будет индуктировать в ней э. д. с. Если вторичную обмотку замкнуть на какой-либо приемник энергии, то под действием индуктируемой э. д. с. по этой обмотке и через приемник энергии начнет протекать ток.

Таким образом, электрическая энергия, трансформируясь, будет передаваться из первичной сети во вторичную при напряже­нии, на которое рассчитан приемник энергии, включенный во вто­ричную сеть.

В целях улучшения магнитной связи между первичной и вто­ричной обмотками их помешают на стальной магнитопроводе. Обмотки изолируют как друг от друга, так и от магнитопровода.

Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а обмотку более низкого напряжения — обмот­кой низшего напряжения (НН).

Обмотку, включенную в сеть источника электрической энергии, называют первичной;обмотку, от кото­рой энергия подается к приемнику-вторичной.

Обычно напряже­ния первичной и вторичной обмоток неодинаковы. Если первичное напряжение меньше вторичного, трансформатор называют повыша­ющим, если же первичное напряжение больше вторичного — пони­жающим.

Любой трансформатор может быть использован и как по­вышающий и как понижающий. Повышающие трансформаторы применяют для передачи электроэнергии на большие расстояния, а понижающие — для распределения электроэнергии между потре­бителями.
22.4. Коэффициент трансформации

Рассмотрим трансформатор с разомкнутой цепью вторичной обмотки, т. е. в режиме холостого хода.

---

При переменном токе в первичной обмотке создается переменный магнитный поток Ф , который замыкается по стальному сердечнику образует потокосцепление с обеими обмотками. Таким образом, втрансформаторе обмотки электрически между собой не связаны, а связаны переменным магнитным потоком.

В обеих обмотках наводится ЭДС:



Отношение ЭДС:



Отношение чисел витков обмоток трансформатора k называется к о э ф ф и ц и е н т о м, трансформации.

Отношение ЭДС при холостом ходе можно заменить отношением напряжений на зажимах обмоток, учитывая, что u_{1 ≈}e_{1 ,} u_{2 ≈} e₂

---