Что представляют собой обмотки трансформаторов?

Трансформатор представляет собой статический электромагнит­ный преобразователь с двумя или больше обмотками, предназначен­ный (наиболее часто) 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.

Трансформаторы

Обмотку для трансформаторов в основном изготавливают либо из алюминия, либо из меди.

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. Параллельное соединение витков дает возможность применить провод круглого поперечного сечения при относительно больших токах в обмотках и облегчает процесс изготовления последних. При больших мощностях и токах обмотки изготавливают из проводников прямоугольного поперечного сечения.

Рисунок 1 и 2. Схема обмоток трансформатора.

Рисунок 1 и 2. Схема обмоток трансформатора.

Для изоляции обмоток и других токоведущих частей трансфор­матора применяют изоляционные материалы, которые должны обеспечивать надежную работу трансформатора в условиях его экс­плуатации при значительных колебаниях температуры нагрева.

Конструкция обмоток должна обеспечивать хорошее их охлаждение, так чтобы температура нагрева обмоток не превышала пределов, установленных для соответствующих классов изоляции. Изоляция обмоток должна выдерживать без повреждений длительное воздействие на нее переменного электрического поля, имеющегося в транс­форматоре при нормальной работе, и кратковременные перенапряжения, возникающие в условиях эксплуатации трансформаторов. Обмотки трансформаторов должны выдерживать механические воз­действия, которым они подвергаются в процессе сборки трансфор­матора и в условиях эксплуатации при КЗ.

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. 1а).

В некоторых случаях для уменьшения индуктивного сопротивления обмоток, т. е. для уменьшения магнитного рассея­ния, находят применение двойные концентрические обмотки (рис. 1б), в которых обмотку НН делят на две части с одинаковым числом витков. Между половинами обмотки НН помещают обмотку ВН. Подобным образом может быть выполнена тройная концентрическая обмотка, в которой обмотка НН состоит из трех частей, а обмотка ВН - из двух.

В дисковых чередующихся обмотках катушки НН и ВН, изготов­ленные в виде отдельных дисков, размещены на магнитопроводе в чередующемся порядке (рис. 2). Вся обмотка подразделяется нa симметричные группы, состоящие из одной или нескольких катушек ВН и расположенных по обе стороны от них двух или нес­кольких катушек НН. 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.

Варианты цилиндрической обмотки

Варианты цилиндрической обмотки.

Цилиндрические обмотки  - одно- 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 двухслойной обмотки выводят из верхней ее части и располагают у верх­него ярма. Такие обмотки используются в качестве обмоток НН трансформаторов мощностью до 630 кВА.

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 кВА 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.

Катушечная многослойная обмотка - отличается от многослойной цилиндрической тем, что разделена по высоте на отдельные катушки и поэтому сложнее в производстве.

Кабельная бумага

Кабельная бумага используется для прокладки между слоями катушки.

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 кВА и напряжением до 35 кВ.

Непрерывная обмотка  - ее наматывают по спирали из провода прямоугольного поперечного сечения. Она состоит из нескольких десятков дисковых катушек, соединенных между собой без пайки. 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 кВА.

Винтовые обмотки  - их наматывают из нескольких парал­лельных проводников прямоугольного поперечного сечения. Параллельные провода располагают друг над другом (перпендикулярно оси обмотки), в отличие от цилиндрических обмоток, у которых параллельные провода укладываются рядом по линии, параллель­ной оси обмотки. Витки обмотки укладывают винтовой линией, имеющей один или несколько ходов. В винтовых обмотках необхо­дима перекладка (транспозиция) проводников, образующих один виток, для равномерного распределения тока между параллельны­ми проводами.

Перекладка проводов создает такие условия, при которых каждый провод в пределах одного витка попеременно занимает все возможные положения. Винтовые обмотки могут иметь до 20, а иногда и более параллельных проводов. Они, так же как и непрерывные обмотки, обладают высокой механической прочностью, их применяют в качестве обмоток НН при больших токах.

A transformer is a static electromagnetic transducer with two or more windings designed (most often) for converting an AC voltage of an alternating current of another voltage. The conversion of energy in the transformer is performed by an alternating magnetic field. Transformers are widely used in electric power transmission over long distances, in the distribution of it among the receivers, as well as in various rectifier, amplifier, and other signaling devices.

transformers

Winding for transformers generally manufactured either from aluminum or copper.

The windings of the transformers are made of copper or aluminum. For low-power transformers, ie. E. At low currents (25 A and air to 45 A for oil transformers), coil made of insulated wire of circular cross-section. Parallel connection of coils enables the use of circular cross section carried at relatively high currents in the windings and facilitates the manufacturing process of the latter. At high power, high current windings made of conductors of rectangular cross-section.

Figure 1 and 2. The circuit of the transformer windings.

Figure 1 and 2. The circuit of the transformer windings.

For insulation windings and other conductive parts of the transformer insulating materials are used, which should ensure reliable transformer operation in operating conditions with significant fluctuations of temperature of heating.

winding design must provide their good cooling, so that the heating coil temperature does not exceed the limits set for the relevant insulation class. The insulation of the windings must withstand without damage a lasting impact on her alternating electric field present in the transformer during normal operation, and short-term surge arising in operation of transformers. The transformer must withstand the mechanical stress to which they are exposed in the process of assembling the transformer and short-circuit conditions.

By way of posting on the magnetic core of the transformer can be concentric and alternating disc. Concentric windings operate as a cylinder, concentrically placed on the yoke. Inside (closer to the core) is usually placed winding LV, require less insulation with respect to the magnetic circuit, outside - HV coil (Figure 1a.).

In some cases, to reduce inductive windings resistance, ie. E. To reduce the magnetic scattering are used double concentric winding (Fig. 1b), HH where winding is divided into two parts with the same number of turns. Between the halves of the LV windings are placed winding HV. Likewise can be done triple concentric winding, which winding LV composed of three parts, and HV winding - of the two.

The circular coil windings interleaved HH and HV, manufactured in the form of separate discs arranged on the magnetic core alternately (Fig. 2). The entire winding is subdivided nA symmetric group consisting of one or more coils HV and located on either side of them two or more coils NN. Alternating winding in practice used only for special transformers. At high voltages, the coil is not used because of the difficulty of isolation and a large number of gaps between the coils LV and HV.

Structurally concentric winding cylindrical perform, reel, continuous, screw etc.

Options cylindrical coil

Embodiments of the cylindrical winding.

The cylindrical coil ?- single- and double-layer cylinder coil is wound from wire of rectangular cross-section in one or more parallel wires. The three-layer (and a larger number of layers) between the layers of windings are left vertical channel. Layer winding constitute windings are wound close together. The beginning and end of a two-layer coil is removed from the upper part and a yoke at the top. These windings are used as windings of LV power transformers up to 630 kVA.

Multilayer cylindrical coil is wound from wire of circular section, placed along the rod in several layers, between which the lay of the cable insulation paper. Usually such a winding is made of two coils, between which left vertical cooling channel. Multilayer cylindrical windings are used as windings for HV power transformers up to 630 kVA with voltages up to 35 kV. Helical windings easy to manufacture, but their mechanical strength in relation to the axial forces is small (when it is wound flat wire), since the relatively small radial dimensions of the windings.

Coil multilayer winding - different from the multi-layer cylinder that is divided by height into separate coils and, therefore, more difficult to manufacture.

Cable paper

Cable paper is used for routing between coil layers.

Between the layers of the coil lay cable or telephone paper, and between the individual coils - washers of insulation. Between the individual coils (usually two) make cooling channels. Spool multilayer windings are used as windings HV transformers up to 100 kVA and voltage up to 35 kV.

Continuous winding ?- it is spirally wound from wire of rectangular cross-section. It consists of several tens of disc coils joined together without soldering. In the manufacture of wire windings in each coil is laid flat and spirally wound on the steel cylinder or insulating pattern. Insulation between the coils and the winding cylinder and has cooling channels between the individual coils.

Each coil consists of a few turns and each coil - of one or more parallel wires. When several parallel winding wires produce them with relocation (transposition). Continuous winding, despite the complexity of their manufacture, are now widely used in transformer building due to their high mechanical strength. These windings are used as windings of the higher and lower voltage power transformers up to 1000 kVA.

Screw winding ?- their wound multiple parallel conductors of rectangular cross-section. A parallel wires over each other (perpendicular to the winding axis direction), unlike the cylindrical coil in which wires are placed parallel beside a line parallel winding axis. Helical windings are laid line having one or more turns. The helical windings require relining (transposition) conductors forming one turn, for uniform current distribution between the parallel wires.

Rerun wires creates conditions under which each wire within a coil alternatively takes all possible positions. Helical windings may have up to 20, and sometimes more parallel wires. They, as well as continuous windings have high mechanical strength, they are used as winding LV at high currents.

Трансформатор являє собою статичний електромагнітний перетворювач з двома або більше обмотками, призначений (найбільш часто) для перетворення змінного струму однієї напруги в змінний струм іншої напруги. Перетворення енергії в трансформаторі здійснюється змінним магнітним полем. Трансформатори широко застосовують при передачі електричної енергії на великі відстані, при розподілі її між приймачами, а також в різних випрямних, підсилювальних, сигналізаційних та інших пристроях.

Трансформатори

Обмотку для трансформаторів в основному виготовляють або з алюмінію, або з міді.

Обмотки трансформаторів виготовляють з міді або алюмінію. Для трансформаторів невеликої потужності, т. Е. При невеликих токах (до 25 А для повітряних і до 45 А для масляних трансформаторів), обмотки виконують з ізольованого проводу круглого поперечного перерізу. Паралельне з'єднання витків дає можливість застосувати провід круглого поперечного перерізу при відносно великих токах в обмотках і полегшує процес виготовлення останніх. При великих потужностях і токах обмотки виготовляють із провідників прямокутного поперечного перерізу.

Малюнок 1 і 2. Схема обмоток трансформатора.

Малюнок 1 і 2. Схема обмоток трансформатора.

Для ізоляції обмоток і інших струмоведучих частин трансформатора застосовують ізоляційні матеріали, які повинні забезпечувати надійну роботу трансформатора в умовах його експлуатації при значних коливаннях температури нагріву.

Конструкція обмоток повинна забезпечувати гарне їх охолодження, так щоб температура нагріву обмоток не перевищувала меж, встановлених для відповідних класів ізоляції. Ізоляція обмоток повинна витримувати без пошкоджень тривалий вплив на неї змінного електричного поля, наявного в трансформаторі при нормальній роботі, і короткочасні перенапруги, що виникають в умовах експлуатації трансформаторів. Обмотки трансформаторів повинні витримувати механічні дії, на які вони наражаються в процесі складання трансформатора і в умовах експлуатації при КЗ.

За способом розміщення на муздрамтеатрі обмотки трансформаторів можуть бути концентричними і дисковими чергуються. Концентричні обмотки виконують у вигляді циліндрів, що розміщуються на муздрамтеатрі концентрично. Всередині (ближче до сердечника) зазвичай розміщують обмотку НН, що вимагає меншої ізоляції щодо муздрамтеатру, зовні - обмотку ВН (рис. 1а).

У деяких випадках для зменшення індуктивного опору обмоток, т. Е. Для зменшення магнітного розсіювання, знаходять застосування подвійні концентричні обмотки (рис. 1б), в яких обмотку НН ділять на дві частини з однаковим числом витків. Між половинами обмотки НН поміщають обмотку ВН. Подібним чином може бути виконана потрійна концентрическая обмотка, в якій обмотка НН складається з трьох частин, а обмотка ВН - з двох.

В дискових чергуються обмотках котушки НН і ВН, виготовлені у вигляді окремих дисків, розміщені на муздрамтеатрі в порядку, що чергується (рис. 2). Вся обмотка підрозділяється нa симетричні групи, що складаються з однієї або декількох котушок ВН і розташованих по обидві сторони від них двох або декількох котушок НН. Чергуються обмотки на практиці застосовують тільки для спеціальних трансформаторів. При високій напрузі ці обмотки не застосовують через складність ізоляції і великої кількості проміжків між котушками НН і ВН.

Конструктивно концентричні обмотки виконують циліндричними, котушковими, безперервними, гвинтовими і ін.

Варіанти циліндричної обмотки

Варіанти циліндричної обмотки.

циліндричні обмотки  - одно- і двошарові циліндричні обмотки намотують з проводу прямокутного поперечного перерізу в один або кілька паралельних проводів. У тришарових (і при більшій кількості шарів) обмотках між шарами залишають вертикальний канал. Шар обмотки складають витки, намотують впритул один до одного. Початок і кінець двошарової обмотки виводять з верхньої її частини і мають у своєму розпорядженні у верхнього ярма. Такі обмотки використовуються в якості обмоток НН трансформаторів потужністю до 630 кВА.

Багатошарові циліндричні обмотки намотують з проводів круглого перетину, що розміщуються вздовж усього стержня в кілька шарів, між якими прокладають ізоляцію з кабельного паперу. Зазвичай таку обмотку виконують з двох котушок, між якими залишають вертикальний охолоджувальний канал. Багатошарові циліндричні обмотки застосовують в якості обмоток ВН для трансформаторів потужністю до 630 кВА при напрузі до 35 кВ. Циліндричні обмотки прості у виробництві, але їх механічна міцність по відношенню до осьових силам невелика (при намотуванні дроту плазом), так як порівняно малі радіальні розміри обмоток.

Котушкова багатошарова обмотка - відрізняється від багатошарової циліндричної тим, що розділена по висоті на окремі котушки і тому складніше у виробництві.

Кабельна папір

Кабельна папір використовується для прокладки між шарами котушки.

Між шарами котушки прокладають кабельну або телефонну папір, а між окремими котушками - шайби з електрокартону. Між окремими котушками (зазвичай через дві) роблять охолоджуючі канали. Котушкові багатошарові обмотки застосовують в якості обмоток ВН трансформаторів потужністю до 100 кВА і напругою до 35 кВ.

безперервна обмотка  - її намотують по спіралі з дроту прямокутного поперечного перерізу. Вона складається з декількох десятків дискових котушок, з'єднаних між собою без пайки. При виготовленні обмотки провід в кожній котушці укладають плазом по спіралі і намотують на ізоляційний циліндр або сталевий шаблон. Між ізоляційними циліндром і котушками обмотки, а також між окремими котушками є охолоджуючі канали.

Кожна котушка складається з декількох витків, а кожен виток - з одного або декількох паралельних проводів. При декількох паралельних проводах намотування їх виробляють з перекладанням (транспозицией). Безперервні обмотки, незважаючи на складність їх виготовлення, в даний час широко використовують в трансформаторобудуванні завдяки їх високої механічної міцності. Такі обмотки застосовують в якості обмоток вищої і нижчої напруги трансформаторів потужністю понад 1000 кВА.

гвинтові обмотки  - їх намотують з декількох паралельних провідників прямокутного поперечного перерізу. Паралельні дроти розташовують один над одним (перпендикулярно осі обмотки), на відміну від циліндричних обмоток, у яких паралельні дроти укладаються поруч з лінії, паралельної осі обмотки. Витки обмотки укладають гвинтовою лінією, що має один або кілька ходів. У гвинтових обмотках необхідна перекладка (транспозиція) провідників, що утворюють один виток, для рівномірного розподілу струму між паралельними проводами.

Перекладання проводів створює такі умови, при яких кожен провід в межах одного витка поперемінно займає всі можливі положення. Гвинтові обмотки можуть мати до 20, а іноді і більше паралельних проводів. Вони, так само як і безперервні обмотки, мають високу механічну міцність, їх застосовують в якості обмоток НН при великих токах.


» » » Что представляют собой обмотки трансформаторов?