УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА
Трансформатор представляет собой электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока с одними параметрами в электрическую энергию переменного тока, имеющую другие параметры.
Любое выпрямительное устройство имеет трансформатор (силовой и вспомогательные), основное назначение которого — преобразование переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины. Вспомогательные трансформаторы выпрямительных устройств предназначены для питания цепей зашиты, автоматики и сигнализации.
Трансформаторы делятся на две основные группы: однофазные, питающиеся от сети однофазного переменного тока, н трехфазные, питающиеся от сети трехфазного переменного тока. Устройство однофазного трансформатора показано на рис. 1.8а, а трехфазного — на рис. 1.8б.
Рис. 1.8. Устройство трансформатора: а — однофазного; б— трехфазного.
Трансформаторы очень различны по своей конструкции. Основными элементами трансформатора являются: замкнутый стальной сердечник (магнитопровод); обмотки и детали, служащие для крепления магнитопровода и катушек с обмотками и установки трансформатора в выпрямительное устройство. Магнитопровод предназначен для создания замкнутого пути для магнитного потока. Части магнитопровода, на которых размещены обмотки, называются стержнями, а части, на которых отсутствуют обмотки и которые служат для замыкания магнитного потока в магнитопроводе — ярмом (см. рис. 1.8). Материалом для магнитопровода трансформатора служит листовая электротехническая сталь, (трансформаторная сталь). Эта сталь бывает различных марок, толщины, горячей и холодной прокатки. Холоднокатаная сталь отличается от горячекатаной меньшими потерями и более высокой магнитной проницаемостью.
У холоднокатаной стали в зависимости от направления проката магнитная проницаемость различна. По направлению проката (вдоль) холоднокатаная сталь имеет значительно большую магнитную проницаемость, чем горячекатаная сталь. В направлении, перпендикулярном направлению проката, магнитная проницаемость холоднокатаной стали низкая. В связи с этим магнитопроводы из холоднокатаной трансформаторной стали выполняют так, чтобы магнитный поток замыкался вдоль проката.
Магнитопроводы трансформаторов в зависимости от технологии изготовления бывают пластинчатыми и ленточными. Пластинчатые магнитопроводы собирают из отдельных штампованных пластин. Каждая пластина изолирована с одной стороны лаком или оксидной пленкой для уменьшения потерь на вихревые токи. Ленточные магнитопроводы изготовляют из ленты, выполненной из холоднокатаной стали, предварительно покрытой специальными изолирующими и склеивающими составами. Они имеют более высокую магнитную проницаемость, т. е. работают на более высокой индукции, что уменьшает массу трансформатора и снижает его стоимость. В зависимости от типа исполнения магнитопровода трансформаторы бывают стержневые, броневые и кольцевые (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Конструкция трансформаторов: а — стержневого пластинчатого; б — броневого пластинчатого; в — кольцевого пластинчатого; г — стержневого ленточного; д — броневого ленточного; е — кольцевого ленточного
Стержневые пластинчатые магнитопроводы, называемые еще и П-образными (рис. 1.9а), собирают из прямоугольных пластин. Пластины магнитопровода собирают в перекрышку, т. е. чередуют так, чтобы места стыков перекрывались пластинами следующего ряда. При такой сборке получаются меньшие зазоры между стержнями и ярмами, уменьшаются магнитное сопротивление магнитопровода и ток холостого хода трансформатора. Такая сборка трудоемка, при такой сборке затрудняется демонтаж трансформатора.
Броневые пластинчатые магнитопроводы (рис. 1.9б), называемые еще и Ш-образными, собирают также в перекрышку, при этом в каждом ряду помещают пластины двух типов — одну Ш-образную и одну прямоугольную.
Кольцевые пластинчатые магнитопроводы (рис. 1.9в), называемые еще и О-образными, собирают из отдельных штампованных колец.
Стержневые и броневые ленточные магнитопроводы (рис. 1.9г, д) собирают встык нз отдельных сердечников подковообразной формы. Для получения возможно меньшего магнитного сопротивления в местах стыка сердечников их торцевые поверхности шлифуют. При сборке встык легко осуществить монтаж и демонтаж трансформатора. Кольцевые ленточные магнитопроводы (рис. 1.9е) изготавливают путем навивки ленты определенной ширины на отправку. Эти магнитопроводы не разрезают, для намотки обмотки применяют специальные намоточные станки челночного типа.
Каждый трансформатор имеет не менее двух обмоток — первичную и вторичную. Первичной называется обмотка, к которой подводится электрическая энергия, вторичной — к которой подключается потребитель. Конструктивно обмотки трансформатора выполняют так, чтобы на каждом стержне в зависимости от типа трансформатора размешалась вся или половина первичной и вторичной обмоток.
Рис. 1.10. Формы сечений стержней:
а — прямоугольная; б — двухступенчатая; в — трехступенчатая
В качестве обмоток трансформаторов используют провода круглого или прямоугольного сечении из меди или алюминия, покрытые изоляцией. У трансформаторов малой мощности провода наматывают на каркас, у трансформаторов большой мощности катушку выполняют без каркаса, намотку производят . на гильзе из электрокартона. Каркасы трансформаторов выполняют из изоляционного материала путем штамповки, склеивания и прессования.
Трансформаторы большой мощности обычно выполняются стержневыми. Форма поперечного сечения стержней бывает прямоугольной либо ступенчатой (рис. 1.10). На каждом стержне помещается половина витков первичной и половина витков вторичной обмоток, соединенных между собой последовательно так, чтобы намагничивающие силы этих половин совпадали по направлениям, а напряжения на этих полуобмотках складывались.
К достоинствам стержневого трансформатора относятся: большая поверхность охлаждения обмоток, небольшая индуктивность рассеяния, так как на каждой катушке размещена половина витков и тем самым уменьшена толщина намотки, меньший расход обмоточной меди, так как с уменьшением толщины намотки уменьшена и средняя длина витка.
Трансформаторы малой мощности обычно выполняют броневыми. В трансформаторе такого типа первичная и вторичная обмотки помещаются на среднем стержне, т. е. в этом трансформаторе обмотки охватываются (бронируются) ярмом. Магнитный поток при этом разветвляется на правую и левую части. Магнитный поток любой из фаз замыкается через стержни, на которых расположены обмотки двух других фаз.
В трансформаторе со связанной магнитной системой всегда имеется асимметрия токов холостого хода, так как длина магнитного потока через крайние стержни больше длины магнитного потока через средние стержни, т. е. намагничивающие токи, необходимые для создания магнитных потоков в крайних стержнях, будут больше намагничивающего тока среднего стержня. Магнитопровод трехфазного трансформатора имеет меньшую массу н меньшие габаритные размеры, чем имели бы магнитопроводы трех однофазных трансформаторов.
Первичные и вторичные обмотки трехфазного трансформатора могут быть соединены в звезду или треугольник (рис. 1.11). Схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов в звезду или треугольник соответственно обозначаются знаками λ и Δ.
