Магнитопроводы трансформаторов

Виды магнитопроводов – подразделяются на стержневые и броневые. Магнитопровод однофазного стержневого трансформатора имеет два стержня С для размещения обмоток и два ярма Я.

рис 12.2. а) стержневой трансформатор.

б) броневой трансформатор

 

Каждая из двух обмоток 1 и 2 состоит из двух частей, расположенных на двух стержнях, соединенных последовательно либо параллельно. Это приводит к увеличению коэффициента электромагнитной связи.

Броневой трансформатор имеет один стержень с двумя обмотками и развитое ярмо, которое частично закрывает обмотки подобно броне.

При трансформации трехфазного тока можно использовать три однофазных трансформатора – трансформаторную группу или групповой трансформатор. Однако чаще применяются трехфазные трансформаторы с общим для всех фаз магнитопроводом они компактнее и дешевле.

Если для трехфазных синусоидальных токов соблюдается условие:

i_a + i_b + i_c =0,

то для синусоидальных токов трех трансформаторов также соблюдается условие:

Ф_а + Ф_b + Ф_с =0.

Поэтому если объединить три стержня 1, 2, 3 в общий стержень, то поток в нем будет равен нулю, и его можно удалить. Тогда получим трехфазный трехстержневой трансформатор. Конструкцию этого трансформатора можно упростить, расположив все три стержня в одной плоскости, что было предложено Доливо-Добровольским в 1889г. Эта конструкция получила всеобщее распространение. Влияние несимметрии магнитных линий (для средней фазы их длина несколько короче) весьма незначительно.

Броневые трансформаторы из-за сложности конструкции в нашей стране распространения не получили.

 

Рис.12.3 трансформаторная группа.

Рис. 12.4 идея образования трехфазного трехстержневого трансформатора.

 

 

По способу сочленения стержней с ярмами различаются трансформаторы со стыковыми и шихтованными магнитопроводами. Стыковые применяются редко из-за наличия немагнитных зазоров в местах стыков, вызывающих заметное увеличение магнитного сопротивления и вследствие этого намагничивающего тока.

Стержневые магнитопроводы имеют в сечении вид многоугольника, вписанного в окружность.

Рис.12.7 а) шихтованный; б) стыковой

Рис. 12.9.

 

Число стержней увеличивается с увеличением мощности (рис.12.9,б)

Конструкция обмоток трансформаторов должна удовлетворять требованиям высокой электрической и механической прочности, а также нагревостойкости.

В зависимости от номинального тока и напряжения, конструкции обмоток весьма разнообразны.

Обмотки изготавливаются из медных и алюминиевых проводов. Плотность тока в медных обмотках масляных трансформаторов 2 ¸ 4,5 А/мм², в сухих 1,2 ¸ 1,3 А/мм². В алюминиевых – на 40¸45% меньше. Во многих случаях витки и катушки обмоток наматываются из нескольких параллельных проводников.

В большинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяются либо в звезду(U), либо в треугольник(D).Выбор схемы соединения обмоток зависит от ряда причин. Например, для сетей с напряжением 35кВ и более, выгодно соединять обмотку в звезду и заземлять нулевую точку, так как при этом напряжении выводов трансформатора и проводов линии передачи относительно земли в раз меньше линейного, что снижает расход дорогостоящей электрической изоляции. Осветительные лампы накаливания более низкого напряжения имеют большую световую отдачу, а осветительные сети выгодно строить на более высокое напряжение. Поэтому вторичные обмотки трансформаторов, питающих осветительные сети, соединяются обычно в звезду и осветительные лампы включаются на фазное напряжение – между линейными и нулевыми проводниками.

В ряде случаев, когда ток обмотки невелик, при соединении в звезду обмотки получаются более дешевыми, так как число витков при этом уменьшается в раза, а сечение проводов увеличивается также в раза, вследствие чего трудоемкость изготовления обмотки и стоимость обмоточного провода уменьшается.

С другой стороны, с точки зрения влияния высших гармоник, и поведения трансформатора при несимметричных нагрузках, целесообразно соединять одну из обмоток трансформатора в треугольник.

В некоторых случаях выполняют соединение обмоток по схеме зигзага, когда фаза обмотки разделяется на две части, которые располагаются на разных стержнях и соединяются последовательно. При этом вторая половина обмотки подключается встречно первой, потому что при встречном соединении (см. рис. 12-22,б) э.д.с. фазы в раз больше, чем при согласном.

Рис. 12.22. соединение трехфазной обмотки зигзагом встречно.

.

 

Однако, при соединении обмоток зигзагом расход обмоточного провода на 15 % больше, поэтому это соединение применяется только при неравномерной нагрузке фаз с наличием токов нулевой последовательности.

Для включения трансформатора на параллельную работу с другими трансформаторами имеет значение сдвиг фаз между э.д.с. первичной и вторичной обмоток. Поэтому введено понятие о группах соединения обмоток.

На рис. 12-23 а, показаны обмотки однофазного трансформатора, намотанные по левой винтовой линии и называемые поэтому левыми, причем у обоих обмоток начала А, а находятся сверху, а концы Х, х – снизу. Будем считать э.д.с. положительной, если она действует от конца обмотки к ее началу, а обмотки сцепляются с одним и тем же потоком. Вследствие этого э.д.с. этих обмоток в каждый момент времени действует в одинаковых направлениях. Поэтому э.д.с. Е_А и Е_а совпадают по фазе.

Рис. 12.23. Группы соединения обмоток однофазного трансформатора.

 

 

Если же у одной из обмоток переменить начало и конец (рис. 12.23, б), то направление э.д.с., изменится на обратное, и э.д.с. Е_А и Е_а будут иметь сдвиг на 180°. Такой же результат получится, если 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, направленную на цифру 12, а вектор э.д.с., обмотки НН принимают за часовую стрелку. Тогда на рис. 12.23,а часы будут показывать 0 или 12 часов, и такое соединение обмоток называют группой 0. На рис. 12.23, б часы будут показывать 6 ч, и такое соединение обмоток называют группой 6. В этих случаях соединения обозначаются I/I-0 и I/I-6. В России (СССР) стандартизованы и изготавливаются однофазные трансформаторы только с соединением I/I-0.

В трехфазном трансформаторе при соединениях обмоток и э.д.с. как показано на рис. 12.24, а звезды фазных э.д.с. и треугольники линейных э.д.с., будут иметь вид на рис. 12.24 б. При этом одноименные векторы линейных э.д.с. (Е_АВ, Е_аb) направлены одинаково, т.е. совпадают по фазе. Поэтому схема соединений обозначается Y/Y-0.

Если на рис. 12.24 а, произвести перестановку фаз обмотки НН и разместить фазу «а» на среднем стержне, фазу «b» - на правом, а фазу «с» - на левом, то на векторной диаграмме НН (рис. 12-24, б) произойдет круговая перестановка фаз a, b, c по часовой стрелке. При этом получится группа соединений 4, а при обратной перестановке будет группа 8.

Рис. 12-24. Группа соединений Y/Y-0.

Рис. 12-24,г. Группа Y/Y – 4

Если переменить местами начала и концы обмоток, то получатся еще группы соединений 6, 10, 2. Таким образом, при соединении по схеме Y/Y возможно шесть групп соединений (0, 2, 4, 6, 8, 10), причем все они четные. Такие же группы соединений можно получить по схеме D/D.

При соединении обмоток по схеме Y/D(рис. 12-25,а) векторные диаграммы э.д.с. обмоток ВН и НН будут иметь вид на рис. 12-25,б. При этом одноименные линейные э.д.с., например, `Е<sub>АВ</sub> и `Е_ab будут сдвинуты на 30° и расположатся на циферблате по рис. 12-25, b, это соединение обмоток обозначается Y/D-11.

При круговых перестановках фаз и при перемаркировке начал и концов одной из обмоток можно получить также другие нечетные группы 1, 3, 5, 7, 9.

Большой разнобой в схемах и группах соединений трансформаторов нежелателен.

 

Рис. 12-25. трехфазный трансформатор со схемой и группой соединений Y/D-11

.

Поэтому ГОСТ 11677-75 предусматривает изготовление трехфазных силовых трансформаторов со следующими группами: Y/Y₀ – 0; D/Y₀ – 11; Y/D - 11; Y₀/D - 11, а также Y – зигзаг – 11.

При этом первым обозначено соединение обмотки ВН, вторым – НН, а индекс «0» указывает на то, что наружу выводится нулевая точка обмотки. Обозначения начал и концов обмоток трансформаторов приводится в таблице 12-1.

Зажимы нулевой точки при соединении в звезду обозначаются 0, 0_m, ₀

 

 

Таблица 12 – 1

 

Обозначение начал и концов обмоток	Наименование обмоток трансформатора
Трехфазные	Однофазные
A, B, C X, Y, Z   a, b, c x, y, z   Am, Bm, Cm Xm, Ym, Zm	А Х   а х   Аm Xm	Обмотки высшего напряжения: Начала Концы   Обмотки низшего напряжения: Начала Концы   Обмотки среднего напряжения: Начала Концы