pdf.php@id=6159.pdf

случае применяются трансформаторы без ферромагнитного сер­ дечника (так называемые воздушные трансформаторы). Высоко­ качественные трансформаторы весьма малой мощности для радио­ технических, счетно-решающих и других устройств изготовляются также с сердечниками из ферритов, которые представляют собой особый вид магнитодиэлектриков с малыми магнитными поте­ рями.

При подключении первичной обмотки трансформатора (рис. 12-1) к сети с синусоидальным напряжением в обмотке возникает ток Д, который создает синусоидально изменяющийся магнитный поток Ф, замыкающийся по сердечнику. Поток Ф индуктирует э. д. с. как в первичной, так и во вторичной обмотке. При подклю­ чении к вторичной обмотке нагрузки в этой обмотке возникает вторичный ток / 2 и на ее зажимах устанавливается некоторое напряжение {/2. Результирующий магнитный поток сердечника Фс создается током обеих обмоток.

Электрические соотношения в идеальном трансформаторе.

Назовем идеальным такой трансформатор, в котором* 1) отсутствуют потери энергии (сопротивления обмоток и потери в стали сердеч­ ника равны нулю), 2) магнитная проницаемость стали сердечника |ас = оо и в листах стали сердечника нет разъемов и стыков; 3) все линии магнитной индукции проходят целиком по сердечнику и каждая линия сцепляется со всеми витками первичной (юх) и вторичной (щ) обмоток. Отметим, что при соблюдении последнего условия электромагнитная связь между первичной и вторичной

аМ — взаимная индуктивность обмоток.

Э.д с. первичной и вторичной обмоток такого трансфор­ матора при синусоидальных переменных токах соответственно равны

Действующие значения этих э. д. с.

Поскольку в идеальном трансформаторе потери активной и

Таким образом, в идеальном трансформаторе первичное и вторичное напряжения прямо пропорциональны, а первичный и вторичный токи обратно пропорциональны числам витков соответствующих обмоток. В реальном трансформаторе полу­ ченные соотношения несколько нарушаются, однако в трансфор­ маторах с ферромагнитными сердечниками эти отклонения при нагрузках, близких к Номинальным, относительно малы.

н ым . Во многих случаях применяются трансформаторы с несколь­ кими первичными или вторичными обмотками.Такие трансформаторы

вспециальных устройствах.

Взависимости от назначения трансформаторы имеют некоторые

особенности в конструкции и режимах работы.

Трансформаторы, служащие для преобразования энергии пере­ менного тока в электрических сетях энергетических систем (на электростанциях и Подстанциях, промышленных предприятиях» в городских сетях, в сельском хозяйстве и т. д.), называются с и ­ л о в ы м и . Частота Тока силовых трансформаторов в СССР равна 50 гц, а в США и в некоторых других странах @0гц. Силовые Транс­ форматоры представляют собой наиболее распространенный и наи­ более важный класс трансформаторов. Кроме этого, имеется целый ряд Трансформаторов специального назначения: выпрямительные, сварочные, измерительные и др.

Силовые трансформаторы бывают масляные и сухие. В масля­ ных трансформаторах сердечник с обмотками помещают в бак с трансформаторным маслом, которое выполняет одновременно роль электрической изоляции и охлаждающего агента. Однако трансформаторное масло является горючим, в связи с чем при аварии таких трансформаторов существует определенная опас­ ность возникновения пожара. Поэтому в общественных н жилых зданиях, а также в ряде других случаев применяются сухие Тран­ сформаторы, охлаждение которых осуществляется воздухом. В пас­ портных табличках силового трансформатора указываются сле­ дующие данные: 1) номинальная полная мощность З н (да-а); 2) но­ минальные линейные напряжения обмоток (/л н (в,да); 3) номиналь­ ные линейные токи 1Д„ (а); 4} номинальная частота / (гц); 5) число фаз щ 6) схема и группа соединения обмоток (см. § 12-4); 7) напря-. жение короткого замыкания аж(см. § 14-5); 8) режим работы (длительный, кратковременный); 9) способ охлаждения (см, § 12-5).

К настоящему времени построены силовые трансформаторы единичной мощностью до 1300 Мв-а и напряжением до 750 кв.

Основные вопросы теории являются общими для всех видов трансформаторов. Однако в последующих главах вопросы кон­ струкции, теории и эксплуатации трансформаторов рассматри­ ваются прежде всего применительно к силовым трансформаторам. Об особенностях других трансформаторов говорится вкратце от­ дельно.

§ 12-2. Магнитопроводы трансформаторов Виды магнитопроводов.

По конструкции магнитопровода трансформаторы подраз­ деляются на с т е р ж н е в ы е и б р о н е в ы е .

Магнитопровод, или сердечник, однофазного стержневого тран­ сформатора (рис. 12-2, а) имеет два стержня С, на которых разме­ щаются обмотки, и два ярма Я, которые служат для создания замк­

Однофазный трансформатор броневой конструкции (рис. 12-2, б) имеет один стержень с обмотками и развитое ярмо, которое частично закрывает обмотки подобно «броне».

Для преобразования, или трансформации, трехфазного тока можно Использовать три Однофазных трансформатора (рис. 12-3), обмотки которых соединяются по схеме звезды или треугольника и присоединяются к трехфазной сети. Такое устройство назы­

однако, применяются трехфазные трансформаторы с общим для всех фаз сердечником, так как такие трансформаторы компактнее и дешевле.

Идея образования трехфазного трансформатора стержневого типа показана на рис. 12-4. Если для трехфазных синусоидальных токов соблюдается условие

*оН- Н- *’с — О,

то для синусоидальных потоков трех трансформаторов (рис. 12-4, а) также соблюдается условие

Фо + Ф* + Фс= 0.

Поэтому, если объединить три стержня 1,2 и 3 (рис. 12-4, а) в общий стержень, то поток в этом стержне будет равен нулю и этот стер-

жень можно удалить. Тогда получим трехфазный трехстержневой трансформатор, показанный на рис. 12-4, б. Конструкцию этого трайсформатора можно упростить, расположив все три стержня в одной плоскости (рйс. 12-4, в). Эта последняя конструкция была предложена М. О. Доливо-Добровольским в 1889 г. и получила всеобщее распространение. Такой сердечник не вполне симметри­ чен, так как длина магнитопровода для средней фазы несколько короче, чем для крайних, однако влияние этой несимметрии весьма незначительно.

Трехфазный броневой трансформатор (рис. 12-5) можно рас­ сматривать как три однофазных броневых трансформатора, постав­ ленные рядом или друг над другом. При этом средняя фаза имеет

обратное включение относительно крайних, чтобы в соприкасаю­ щихся частях магнитной системы потоки фаз складывались, а не

средней фазы поток в соприкасающихся частях магнитной системы

сложнее но конструкции, в СССР

силовых трансформаторов броневой конструкции не строят. С увеличением мощности трансформаторов возрастают их раз­ меры и трудности транспортировки по железным дорогам. Поэтому

Рис. 12-6. Устройство бронестержневых трансформаторов

с рис. 12-2, а и 12-4, б. Во столько же раз можно уменьшить сечение этих ярем, в результате чего высота сердечников уменьшается.

Преимущественно применяются трехфазные трансформаторы с общей магнитной системой. Трехфазные группы однофазных Трансформаторов используются, во-первых, при весьма больших мощностях ( 5 „ > 300 тыс. кв-а), когда транспорт трехфазного трансформатора становится весьма затруднительным или невоз­ можным, и, во-вторых, иногда при 5„ > 30 тыс. кв •а, когда при­ менение однофазных трансформаторов позволяет уменьшить резерв­

ную мощность на случай аварии и

чие изоляционных прокладок не дает полной гарантии от возможности замыкания листов стали. Поэтому стыковые сердечники применяются редко.

У броневых сердечников сечения стержней прямоугольные, а стержневые и бронестержневые сердечники имеют в сечении вид многоугольника, вписанного в окружность (12-9, о, б). В по­ следнем случае обмотки имеют вид круговых цилиндров и вслед­ ствие ступенчатого сечения сердечника коэффициент заполнения сталью полости обмотки получается большим. Такая конструкция с точки зрения расхода материалов, уменьшения габаритов н стои­ мости изготовления трансформатора, а также механической нрбчйоети обмоток является наиболее рациональной. Число ступеней сердечника увеличивается с увеличением мощности. В мощных трансформаторах в сечении сердечника предусматриваются каналы

для его охлаждения циркулирующим трансформаторным маслом (рис. 12-9, б).

Для упрощения технологии изготовления ярем их селение берется прямоугольным или с небольшим числом ступеней

(рис. 12-10). Форма сечения ярма и его сочленение со стержнем выбираются с учетом обеспечения равномерного распределения магнитного потока в сечении сердечника. Площади сечения ярем

выбираются так, чтобы индукция в них была на 10—15% меньше, чем в стержнях. Стяжка стержней трансформаторов средней (до 800—1 000 кв-а) и большой мощности показана на рис. 12-11 и 12-12. Ярма трансформаторов стягиваются с помощью деревянных или стальных балок. Для весьма мощных трансформаторов приме­ няются и более сложные конструкции сердечников.

В однофазных трансформаторах весьма малой мощности (до 150—200 в-а) применяется броневая конструкция сердечников. При этом стремятся к наибольшему упрощению их изготовления и сборки, а также к уменьшению отходов листовой стали. Обычно штамповка листов сердечника произ­ водится по одному из вариантов, изображенных на рис. 12-13 и 12-14. В первом случае лист вы­ рубается одним ударом штампа и имеет прорезь п; при сборке средний лепесток временно отгибается

пи вводится внутрь катушки обмотки, лепесток по­ следующего листа вводится внутрь катушки с про­ тивоположного, торцового, ее конца и т. д. Во вто­

йностью 5 кет и выше находятся в пределах 1,2—

1,45 та для горячекатаных сталей и 1,5— 1,7 тл для холоднокатаных сталей у масляных трансфор­ маторов и соответственно 1,0—1,2 тл и 1,1—1,5 т л у сухих трансформаторов.

дорогой, а электрические потери в обмотках должны находиться в установленных пределах. Конструкции обмоток в зависимости от номинального тока и номинального напряжения обмотки весьма разнообразны.