Магнитопровод, являясь магнитной системой трансформатора, служит также основанием для установки и крепления обмоток, отводов, узлов и деталей. Поэтому кроме заданных электромагнитных характеристик магнитопровод должен обладать жесткостью, достаточной для восприятия механических усилий, возникающих в процессе производства, транспортировки и эксплуатации, трансформатора. Этими обстоятельствами и определяется конструкция магнитопровода, состоящая из активной части — пластин магнитопровода, иепосредствеиио проводящих магнитный поток, и конструктивной части — ярмовых балок, деталей и узлов осевой прессовки и других, предающей магнитопроводу механическую жесткость и являющуюся основанием для крепления узлов трансформатора.
В свою очередь, в активной части различают стержни, на которые монтируются обмотки, и ярма, замыкающие стержни и тем самым образующие замкнутый магнитный контур. Вследствие непрерывного изменения значения и направления намагничивающего тока, протекающего в первичной обмотке трансформатора, в магнитопроводе создается переменный магнитный поток, изменение которого приводит к перемагиичиваиию электротехнической стали. Потери в активной части магнитопровода обусловливаются природой процессов намагничивания ферромагнитных материалов и состоят из потерь на гистерезис Рт и потерь на вихревые токи Рв. Потери на гистерезис в электротехнической стали зависят от ее микроструктуры и параметров внешнего магнитного поля. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату толщины и обратно пропорциональны удельному электрическому сопротивлению активного материала. Поэтому для уменьшения потерь Рп магнитопровод собирают из тонких (толщиной 0,5—0,28 мм) изолированных друг от друга пластин или лент электротехнической стали. В целях получения наименьшей массы магнитопровода стремятся повысить в нем индукцию, для чего пластины или ленты изготавливают из холоднокатаной текстурироваииой электротехнической стали. Применение этой стали позволило повысить магнитную индукцию в магнитопроводах силовых трансформаторов до 1,7—1,8 Тл при одновременном уменьшении массы, потерь и тока холостого хода трансформатора.
При большом разнообразии конструкций магнитопроводов различают два основных типа: стержневой и броневой.
Стержневой тип магнитопровода обычно имеет вертикальное расположение стержней, ярма соединяют разные стержни и нет боковых ярм.
Броневой тип магнитопровода характеризуется тем, что оба конца каждого стержня соединяются не менее чем двумя боковыми ярмами; стержни и ярма могут располагаться как вертикально, так и горизонтально. В течение последних десятилетий броневой тип магнитопроводов применяется только отдельными зарубежными фирмами.
Промежуточным типом является бронестержневой магнитопровод, широко применяемый для трансформаторов больших мощностей, когда вопросы транспортабельности трансформатора приобретают решающее значение. Он имеет вертикально расположенные стержни для установки обмоток, горизонтальные и вертикальные боковые ярма.
Рис. 1. Схема шихтовки магнитопровода.
а — с прямым стыком; б — с косым стыком в шести углах; в — с косым стыком в четырех углах; г — навивкой из ленты; д — стыковкой из плоских пластин.
Рис. 2. Способы прессовки ярма.
а — шпильки; б — полубандажами.
По взаимному расположению стержней и ярм магнитопроводы могут иметь плоское и пространственное положения и применяться как для однофазных, так и для трехфазных трансформаторов.
По способу соединения стержней с ярмами магнитопроводы разделяются на стыковые, когда магнитопровод собирают из отдельных частей и соединяют (стыкуют) после насадки обмоток на стержни, и шихтованные, когда стержни и ярма не являются отдельными элементами, а их пластины переплетаются (шихтуются) (рис. 26.2, а—в).
По форме стыка стержневых и ярмовых пластин шихтованные магнитопроводы могут выполняться с прямым и косым стыком — для уменьшения длины» участков магнитной цепи, на которых направление магнитного потока не совпадает с направлением прокатки электротехнической стали. Уменьшение зоны повышенных потерь в углах магнитопровода с косым стыком позволяет существенно снизить потери холостого хода трансформатора.
Наиболее полно используются анизотропные свойства холоднокатаной стали в ленточных магнитопроводах, у которых возможно осуществить переход от стержня к ярму по кривой, практически совпадающей с направлением магнитного потока. Однако применение таких магнитопроводов ограничено из-за сложности установки обмоток.
В последние годы в трансформаторах небольшой мощности расширяется применение непрерывных ленточных магнитопроводов, выполненных из непрерывной ленты с «вмотанными» непосредственно на стержне магннтопоовода обмотками. Конструкция пространственного непрерывного ленточного магнитопровода обеспечивает полную механизацию и частичную автоматизацию его изготовления и высокие эксплуатационные показатели. Начато также изготовление трансформаторов 250 кВ-А с пространственным пластинчато-ленточным магнитопроводом.
В отечественных силовых трансформаторах плоская стержневая конструкция магнитопроводов получила наиболее широкое применение. Магнитопровод собирают из отдельных слоев, каждый из которых состоит из одной или двух пластин, уложенных в слое встык. В смежных слоях стыки обязательно перекрываются. Так как форма поперечного сечения стержней определяется в основном формой обмотки, поперечное сечение стержня стремятся приблизить к кругу.
Рис. 3. Способы прессовки стержней.
а — стеклобандажами; б — вертикальными пластинами; 1 — активная сталь, стержня; 2 — стеклобандаж; 3 — пластины прессующие.
Из-за трудностей набора круглого сечения его выполняют ступенчатой формы, набирая каждую ступень (пакет) из пластин одинаковой ширины.
Диаметры описанных окружностей стержней, их сечение и ширина пластин каждого пакета нормализованы и должны выполняться в строгом соответствии с отраслевой нормалью. Форма поперечного сечения ярма не связана с формой обмотки и поэтому нет необходимости приближать сечение ярма к кругу. Сечение ярма трансформаторов I, II габаритов выполняют прямоугольной, Т-образной и крестообразной формы. Для лучшего распределения магнитного потока у трансформаторов III—VIII габаритов сечение ярма, как правило, выполняется повторяющим сечение стержня. Для обеспечения достаточной жесткости магнитопровода пластины стержней и ярм должны быть опрессованы и скреплены как бы в одно целое. На рис. 2, а, б показаны наиболее применяемые способы прессовки ярма, а на рис. 3, а, б — стержня.
Сердечник магнитопровода и его крепление должны быть надежно заземлены. В противном случае эти элементы, находясь в электрическом поле обмоток, приобретут некоторый потенциал. Поэтому в магнитопроводе активную часть и ярмовые балки заземляют с таким расчетом, чтобы они имели один общий потенциал — потенциал бака (земли).
