Учебная работа. Проектирование трансформатора силового ТМ-400/10-66У1

трансформатор расчет обмотка

Трансформатором именуется статическое электромагнитное устройство, имеющее две либо наиболее индуктивно связанных обмоток и созданное для преобразования средством электромагнитной индукции одной либо нескольких систем переменного тока в одну либо несколько остальных систем переменного тока.

Трансформаторы получили обширное распространение в связи с необходимостью передачи электронной энергии на огромные расстояния.

По предназначению различают последующие трансформаторы:

а) силовые — для преобразования электронной энергии для питания силовой и осветительной перегрузки;

б) особые — для питания токоприемников специального предназначения;

в) измерительные — для подключения измерительных устройств;

г) автотрансформаторы — для преобразования напряжения в маленьких границах в лабораториях, при пуске в ход движков переменного тока, для бытовых нужд и остальных целей.

Также трансформаторы делятся, зависимо от:

— числа фаз преобразуемого напряжения, на однофазные и многофазные (обычно трехфазные);

— числа обмоток, приходящихся на одну фазу трансформируемого напряжения, на двухобмоточные и многообмоточные;

— метода остывания — на сухие, масляные.

Конструктивной и механической основой трансформатора является его магнитная система (магнитопровод), которая служит для локализации в ней основного магнитного поля трансформатора. Магнитная система представляет собой набор пластинок либо остальных частей из электротехнической стали либо другого ферромагнитного материала, собранных в определенной геометрической форме.

Большая часть типов магнитных систем можно верно подразделить на отдельные части. В согласовании с сиим делением в магнитной системе различают стержни — те ее части, на которых размещаются главные обмотки трансформатора, служащие конкретно для преобразования электронной энергии, и ярма — части, не несущие главных обмоток и служащие для замыкания магнитной цепи, а в неких типах трансформаторов также для расположения обмоток, имеющих вспомогательное предназначение.

Зависимо от метода производства магнитопроводы трансформаторов бывают:

1) Пластинчатые магнитопроводы (рис. 1, а — е) собирают из отдельных пластинок, приобретенных методом штамповки либо резки листовой электротехнической стали. Для уменьшения вихревых токов пластинки изолируют друг от друга слоем изоляционного лака либо оксидной пленкой. Стержневые пластинчатые магнитопроводы (рис. 1, а) собирают из пластинок (полос) прямоугольной формы. Пластинки магнитопровода скрепляют в пакет или средством шпилек, электрически изолированных от пластинок особыми втулками и шайбами, или средством бандажа из стеклянной нетканой ленты либо нитей. Броневые пластинчатые магнитопроводы (рис. 1, б) собирают из пластинок Ш-образной формы. Они имеют только один стержень, на котором располагают все обмотки трансформатора. Тороидальные пластинчатые магнитопроводы (рис. 1, в) собирают из отдельных штампованных колец.

2) Ленточные разрезные магнитопроводы стержневого (рис. 1, г) и броневого (рис. 1, д) типов состоят из отдельных частей подковообразной формы. Опосля установки заблаговременно сделанных обмоток эти подковообразные части соединяют встык и скрепляют стяжками. Тороидальные ленточные магнитопроводы (рис. 1, ё) изготавливают методом навивки ленты. Достоинства таковых магнитопроводов — отсутствие соединений, т. е. мест с завышенным магнитным сопротивлением.

Магнитопроводы броневого типа обеспечивают трансформаторам последующие плюсы: наилучшее наполнение окна магнитопровода обмоточным проводом; частичную защиту обмотки ярмами от механических повреждений. Но при броневом магнитопроводе ухудшаются условия остывания обмоток.

Рис.1 Магнитопроводы трансформаторов

Магнитная система со всеми узлами и деталями, которые служат для соединения ее отдельных частей в единую систему, именуется остовом трансформатора. На остове в процессе предстоящей сборки устанавливают обмотки и укрепляют отводы, т.е. проводники, созданные для соединения обмоток трансформатора с переключателями, вводами и иными токоведущими частями.

Система остова обязана обеспечивать надежное скрепление и механическую твердость магнитной системы, собранной из тонких пластинок стали шириной 0,35 — 0,27мм, масса которой добивается 10-ов тонн. При всем этом в процессе использования остов трансформатора должен выдерживать механические силы, возникающие меж обмотками при маленьком замыкании.

Главным элементом обмотки трансформатора является виток — электронный проводник либо несколько параллельно соединяемых проводников, однократно обхватывающих часть магнитной системы. Ток витка вместе с токами остальных витков и остальных частей трансформатора, в каких возникает электронный ток, делает магнитное поле трансформатора. Под действием этого поля в любом витке наводится ЭДС.

Обмоткой именуется совокупа витков, образующих электронную цепь, в какой суммируются ЭДС, наведенные в витках, с целью получения высшего, среднего либо низшего напряжения трансформатора либо с иной целью.

Обмотки высшего и низшего напряжения предназначаются для преобразования электронной энергии и являются главными обмотками. Не считая их, в силовом трансформаторе могут быть и вспомогательные обмотки, созданные для компенсации отдельных частей магнитного поля, доп подмагничивания отдельных частей магнитной системы и остальных целей.

Обмотки трансформаторов различают по предназначению, способу обоюдного расположения и форме.

В двухобмоточном трансформаторе, имеющем две электрически не связанные меж собой обмотки, различают обмотку высшего напряжения (ВН), присоединяемую к сети наиболее высочайшего напряжения, и обмотку низшего напряжения (НН), присоединяемую к сети наиболее низкого напряжения.

По способу расположения их на стержне обмотки трансформаторов разделяются на концентрические и чередующиеся. Концентрическими обмотки именуются в том случае, когда обмотки НН и ВН производятся любая в виде цилиндра и размещаются на стержне концентрически одна относительно иной.

При концентрическом расположении обмотка НН обычно размещается снутри, а обмотка ВН — снаружи. При расположении обмотки ВН снаружи упрощается вывод от нее ответвлений для регулирования напряжения, также уменьшаются размеры внутренних изоляционных каналов меж внутренней обмоткой и стержнем.

Концентрические обмотки бывают:

а) цилиндрическая, выполняемая в виде катушки из прямоугольной либо круглой меди по винтообразной полосы. Любой виток слоя укладывают впритирку один к другому. Для обмоток низкого напряжения трансформаторов мощностью до 560 кВА делают цилиндрическую двухслойную обмотку с вертикальным каналом меж слоями (рис.2, а). Для нашего варианта, для обмоток высочайшего напряжения трансформаторов мощностью до 560 кВА напряжением 6, 10 и 35 кВ используют цилиндрическую многослойную обмотку, которую делают из круглого провода на твердом бумажно-бакелитовом цилиндре.

Рис. 2. Обмотки трансформаторов:

а — цилиндрическая двухслойная; б — цилиндрическая мультислойная;

в — катушечная однослойная.

Слои обмотки делятся на две части вертикальным масляным каналом (рис. 2, б). Обмотки делают из медного провода с хлопчатобумажной изоляцией, круглого сечением до 10 мм и прямоугольного сечением от 6 до 60 мм. Обмотки пропитывают глифталевым лаком и запекают.

Для обмоток высочайшего напряжения используют также катушечную однослойную обмотку (рис. 2, в).

б) винтообразные;

в) непрерывные.

Обмотки трансформатора должны быть накрепко изолированы одна от иной и от всех заземленных частей конструкции трансформатора — магнитной системы и деталей крепления остова, стен бака, в каком установлен трансформатор, либо защитного кожуха и др. Эта изоляция создается методом сочетания изоляционных деталей, сделанных из жестких диэлектриков — электроизоляционного картона, бумажно-бакелитовых изделий, дерева и т. д. с промежутками, заполненными главный изолирующей средой — водянистым либо газообразным диэлектриком либо жестким диэлектрическим компаундом.

Во время работы трансформатора в его обмотках, магнитной системе и неких остальных частях происходят утраты энергии, выделяющиеся в виде тепла. При длительном режиме работы все выделяющееся тепло обязано стопроцентно отводиться в окружающую среду. В большинстве современных силовых трансформаторов отвод тепла от обмоток и магнитной системы осуществляется через теплоноситель — водянистый либо газообразный диэлектрик, заполняющий бак, в каком установлен трансформатор.

Масляный бак с гладкими стенами имеет относительно малую омываемую воздухом внешнюю поверхность, которой оказывается довольно для отвода тепла утрат при допустимых превышениях температуры обмоток, магнитной системы и масла в верхней части бака над температурой охлаждающей среды.

Для наполнения бака трансформатора маслом до самой крышки при всех вероятных в эксплуатации колебаниях температуры и размера масла над крышкой устанавливается расширитель — металлической бачок, сообщающийся с главным баком трубопроводом. Размер расширителя (обычно 8-10% размера масла в баке) выбирается таковым, чтоб при всех колебаниях температуры и размера масла его верхний уровень оставался в границах расширителя.

Если внутренний размер расширителя сообщается с окружающим воздухом, то на пути движения воздуха устанавливается фильтр, заполненный сорбентом — веществом, всасывающим воду из воздуха, поступающего в расширитель. Для наиболее надежного предохранения масла от окисления его поверхность в расширителе нередко изолируют от окружающего трансформатор воздуха подушечкой из инертного газа (азота) и расширитель герметизируют наглухо либо с помощью гибкой растягивающейся мембраны (пленки).

На крышке бака инсталлируются вводы, служащие для присоединения наружной сети к обмоткам трансформатора; на крышке и отчасти на стенах бака инсталлируются также разные устройства и приспособления, служащие для защиты трансформатора и измерения температуры масла, для наблюдения и ухода за маслом и подъема трансформатора.

Трансформаторное масло сразу является неплохим изоляционным материалом, позволяющим получить высшую электронную крепкость трансформатора при малых изоляционных промежутках, малогабаритной конструкции обмоток и магнитной системы.

Главный недочет масляных трансформаторов состоит в том, что масло является горючим материалом, и установка таковых трансформаторов в почти всех вариантах просит особых мер пожарной сохранности.

На рис.3 показан трехфазный трансформатор, в разрезе бака которого видна активная часть 1 и элементы ее конструкции. На верхних ярмовых опорах 4 закреплены древесные планки 6, поддерживающие линейные отводы 7 и регулировочные ответвления 2. Линейные отводы ВН соединены с вводами BH, а регулировочные ответвления — с переключателем 8. Активная часть трансформатора помещена в баке 17 с охладительными трубами 16, расположенными по всему периметру бака.

Ко дну бака прикреплена телега с катками 18, на крышке бака размещены вводы ВН и НН, выхлопная труба 11 и расширитель 14. В маслопровод 12, соединяющий бак с расширителем, вставлено газовое реле 13, а на торце расширителя помещен указатель 15 уровня масла.

Рис. 3. Трехфазный трансформатор:

1 — активная часть,

2 — регулировочные ответвления,

3 — обмотки ВН,

4 — верхняя ярмовая опора,

5 — магнитопровод,

6 — древесная планка,

7 — линейный отвод ВН,

8 — переключатель,

9 — ввод ВН,

10 — ввод НН,

11 — выхлопная труба,

12 — маслопровод,

13 — газовое реле,

14 — расширитель,

15 — указатель уровня масла,

16 — охладительные трубы, 17 — бак, 18 — каток телеги

Принцип деяния однофазного двухобмоточного трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если на замкнутом железном сердечнике расположить две электрически не связанные меж собой обмотки (рис.4) и одну из их присоединить к сети переменного тока, то при прохождении тока по первичной обмотке трансформатора возникает переменный магнитный поток Ф.

Рис. 4 Принципная схема обмотке в железном сердечнике

Магнитный поток Ф, пронизывая первичную и вторичную обмотки, согласно закону электромагнитной индукции, индуктирует в любом витке первичной и вторичной обмотки схожую э.д.с., потому что обе обмотки пронизываются одним и этим же магнитным потоком Ф. Если число витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной, то и суммарная э.д.с., индуктируемая во вторичной обмотке, во столько же раз меньше э.д.с. первичной обмотки, во сколько раз меньше число витков в ней.

Таковым образом, отношение э.д.с., индуктируемых в обмотках, равно отношению чисел их витков

где и — э.д.с. первичной и вторичной обмоток;

и — число витков первичной и вторичной обмоток;

— коэффициент трансформации трансформатора — отношение напряжения на зажимах первичной обмотки трансформатора к напряжению на зажимах его вторичной обмотки при холостом ходе.

Выбор марки стали и вида изоляции пластинок