книги / Электротехнические устройства радиосистем

В трансформаторах большой мощности для изготов­ ления обмоток применяется провод большого попереч­ ного сечения, который не допускает изгибов под углом, приводящих к снижению динамической устойчивости и разрушению изоляции и самого провода.

Поэтому обмотки мощных трансформаторов выпол­ няются в виде концентрических катушек.

При таких обмотках поперечному сечению сердеч-

стальных листов различной ширины, а это потребовало бы изготовления множества штампов.

Поэтому в трансформаторах большой мощности сердеч­ ник имеет ступенчатое поперечное сечение с числом сту­ пеней не более 9— 10. Число ступеней сечения сердечни­ ка определяется числом углов в одной четверти круга.

Для лучшего охлаждения в сердечниках и обмотках мощных трансформаторов устраиваются вентиляцион­ ные каналы.

В трансформаторах малой мощности площадь по­ перечного сечения провода мала и выполнение обмоток упрощается. Сердечники таких трансформаторов имеют прямоугольное поперечное сечение.

Трехфазные трансформаторы выполняются главным образам стержневыми (рис. 1-13).

На каждом стержне трехфазного трансформатора размещаются обмотки высшего и низшего напряжений одной фазы. Стержни соединяются между собой ярмом сверху и снизу. Легко видеть, что длина магнитных ли­ ний потока среднего стержня меньше, чем крайних стержней, так что магнитный поток среднего стержня встречает на своем пути меньшее магнитное сопротив­ ление, чем магнитные потоки крайних стержней. Поэто-

зь

Му в фазе, обмотка которой помещена на среднем стержне, протекает меньший намагничивающий ток, чем

вфазах, обмоток крайних стержней.

Втрехфазных трансформаторах, также как и в одно­ фазных, поперечное сечение ярма часто делается не­

сколько большим (примерно на 20%) поперечного сече­ ния стержня для уменьше­ ния -намагничивающих токов.

Обмотка трансформато­ ров изготовляется из меди или алюминия. Для транс­ форматоров небольшой мощ­ ности, т. е. при небольших токах (примерно 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 попереч­ ного сечения при больших тонах ,в обмотках и облегчает процесс изготовления обмоток. При сравнительно боль­ ших мощностях и при больших токах обмотки изготов­ ляют из шин прямоугольного поперечного сечения.

Обмотки и другие токоведущие части трансформато­ ра изолируются. Изоляция должна обеспечивать надеж­ ную работу трансформатора в условиях его эксплуата­ ции при значительных колебаниях температуры нагрева.

Конструкция обмоток должна обеспечивать хорошее их охлаждение так, чтобы температура нагрева обмоток не превышала пределов, установленных для соответст­ вующих классов изоляции. Изоляция обмоток должна выдерживать без повреждений длительное воздействие на нее переменного электрического поля, имеющегося в трансформаторе при нормальной его работе, и крат­ ковременные перенапряжения, возникающие в условиях эксплуатации трансформаторов.

Обмотки трансформаторов должны выдерживать ме­

По способу размещения на магнитопроводе обмотки трансформаторов могут быть концентрическими и ди­ сковыми (чередующимися).

Концентрические обмотки (рис. 1-14) выполняются в виде цилиндров, размещаемых на магнитопроводе кон­ центрически. Внутри, ближе к сердечнику, размещается обмотка низшего напряжения, а снаружи — обмотка высшего напряжения (рис. 1-14,а). Для уменьшения индуктивного сопротивления обмоток (уменьшения маг­

ки получили наиболее широкое распространение -в СССР.

В дисковых обмотках катушки низшего и высшего напряжений, изготовленные в виде отдельных дисков, размещаются на магнитопроводе в чередующемся по­ рядке (рис. 1-15). Вся обмотка подразделяется на сим­ метричные группы, состоящие из одной или нескольких катушек высшего напряжения и расположенных по обе стороны от них двух (или нескольких) катушек низшего напряжения. Дисковые обмотки на практике встречают­ ся редко.

Обмотки трансформаторов малой мощности уклады­ ваются, на каркасе, изготовленном из изоляционного -ма­ териала. Для изготовления каркасов применяются элек­ трокартон, пропитанный в изолирующем лаке, гетинакс, пластмассы и другие изоляционные материалы, обла­ дающие нагревостойкостыо и негигроокопичные.

Каркас состоит из гильзы, представляющей собой трубку прямоугольного, квадратного или круглого се­ чения. На концах гильзы укрепляются боковые щеки. При изготовлении каркаса из пластмассы его прессуют целиком. Иногда при прессовке в щеки запрессовывают

ВывоДныё Лёпесткй, предназначенные для вывода кон­ цов обмотки.

В настоящее время широкое применение находит так называемая бескаркасная намотка. При этом способе обмотка наматывается -на гильзу, не имеющую боковых

пробой изоляции и выход трансформатора из строя. Для предотвращения «западания» после намотки каждого ряда укладывается прокладка из конденсаторной, теле­ фонной или кабельной бумаги.

В трансформаторе блока питания радиотехнического

Затем укладываются анодная и сверху накальная об­ мотки. Если трансформатор имеет экранную обмотку, то

трансформатора. Более нагретые внутренние части сердечника и об­ моток отдают тепло путем теплопроводности к наружным поверх­ ностям, отводящим тепло в окружающую среду. Между нагретыми частями трансформатора и окружающей средой устанавливается определенная разность температур.

Количество тепла, излучаемое в окружающую среду, зависит как от поверхности охлаждения, так и от разности температур на­ гретых частей трансформатора и окружающей среды.

Повышение температуры трансформатора сначала происходит быстро (рис. 1-16,а), так как мала разность температур трансфор­ матора и окружающей среды.

По мере повышения температуры .трансформатора увеличивает­ ся тепло, излучаемое в окружающую среду, так что нагрев тран­ сформатора происходит медленнее, чем сразу после включения. По­ вышение температуры происходит до определенного установившегося значения, при котором тепло, выделяющееся в трансформаторе, полностью излучается в окружающую среду.

Если трансформатор после его работы в течение некоторого вре­ мени отключить, то нагретые его части начнут охлаждаться. Когда разность температур трансформатора и окружающей среды доста-

Рис. 1-16. Изменение температуры трансформатора во времени при его нагреве (а) и охлаждении (б).

.точно велика, охлаждение трансформатора происходит быстро (рис. 1-16,6). По мере понижения температуры трансформатора разность температур его и окружающей среды уменьшается и процесс охлаж­ дения замедляется.

Если при работе трансформатора будет происходить местный нагрев до температуры выше допустимой для некоторого материала, из которого изготовлена та или иная деталь трансформатора, уста­ новленная в месте перегрева, то эта деталь, а с нею и .весь транс­ форматор могут выйти из строя. Таким образом, электромагнитные нагрузки .трансформатора ограничиваются тем материалом, исполь­ зуемым в его конструкции, который наиболее чувствителен к на­ греву.

|Примепяемые в трансформаторах изоляционные материалы поразному реагируют на повышение температуры. В большинстве слу­ чаев выходит из строя раньше других бумажная изоляция, являю­ щаяся наименее нагревостойким материалом.

Установившаяся температура нагрева трансформатора зависит

отвода тепла в окружающую среду. Трансформаторы изготовляют так, чтобы температура любой части трансформатора не превышала при длительной его работе на номинальную нагрузку температуры окружающей среды более чем на 70—75° С. Если нагрузка трансфор­ матора окажется больше номинальной, то потери в обмотках будут больше, чем при номинальном токе, вследствие чего возникнет пере­ грев обмоток и трансформатор выйдет из строя. При кратковремен­

ной работе трансформатора нагрузка может быть больше номиналь­ ной, так как трансформатор не успевает нагреться до температур, опасных для целости изоляции. При этом чем больше перегрузка трансформатора, тем меньшее время он может работать.

Так как потери в стали сердечника пропорциональны квадрату магнитной индукции Вмакс, а потери в обмотках — квадрату плот­ ности тока /г, то выбор Вмакс и ]\ для трансформатора ограничи­ вается условиями его нагрева.

Увеличение В Макс и / г- дает возможность уменьшить поперечное сечение и вес сердечника и проводов обмоток, но увеличивает по­ тери энергии и температуру нагрева трансформатора.

Повышение интенсивности охлаждения дает возможность уве­ личить потери энергии и уменьшить вес сердечника и обмоток.

Трансформаторы с естественным воздушным охлаждением на­

В сухих трансформаторах наружные нагретые поверхности об­ моток и магнитопровода отдают тепло воздуху путем конвекции и излучения. В мясляных трансформаторах передача тепловой энер­ гии в окружающую среду осуществляется специальным трансфор­ маторным маслом, заливаемым в бак, в котором помещен трансфор­ матор. Внешняя поверхность стенок и крышка 'бака отдают тепло в окружающую среду путем конвекции и излучения. <В некоторых случаях для повышения интенсивности теплоотдачи применяется ис­ кусственная усиленная циркуляция масла (или воздуха) при помо­ щи насосов или вентиляторов.

Трансформаторное масло является не только хорошей охлаж­ дающей средой. Оно представляет собой также хороший изоляцион­ ный материал, который обеспечивает высокую электрическую проч­ ность трансформатора при сравнительно малых изоляционных про­ межутках. Это свойство трансформаторного масла позволяет соз­ давать компактные конструкции обмоток и сердечника, а масляное

тельно малым весом этих материалов.

В тех случаях, когда применение масляных .трансформаторов недопустимо по соображениям пожарной опасности, используются сухие трансформаторы, а также трансформаторы с негорючими на­ полнителями .(совол, совтол, пиранол, кварцевый песок).

Для вывода концов обмоток трансформатора используются про­ ходные фарфоровые изоляторы, размещаемые на крышке бака. Вы­ вод должен надежно обеспечивать изоляцию токоведущего стержня от заземленной крышки бака как со стороны масла, так и со сторо­ ны воздуха. Вводы трансформаоров, устанавливаемых внутри поме­ щений, имеют гладкую внешнюю поверхность; 'вводы для наружных установок снабжаются ребрами для того, чтобы часть поверхности изолятора под ребром оставались сухой при дожде.

Трансформаторы малых .мощностей имеют естественное воздуш­ ное охлаждение, интенсивность которого для них вполне доста­ точна.

Так как обмотки сухих .трансформаторов непосредственно со­ прикасаются с внешней средой (воздухом), то они подвергаются из­ менению температуры и атмосферного давления, действию влаги,

газов и паром. В процессе эксплуатации трансформаторы могут так­ же подвергаться механическим сотрясениям и ударам.

Для защиты трансформаторов от внешних воздействий приме­ няются пропитка их лаком, обволакивание, герметизация и окраска.

В процессе пропитки заполняются лаком поры изоляционных ма­ териалов и промежутки между витками обмоток, слоями изоляции •и конструктивными элементами трансформатора. Пропитка повышает электрическую и механическую прочность, улучшает теплопровод­ ность и защищает трансформатор от влаги, газов и паров.

При обволакивании наносится слой изоляционного материала на 'поверхность трансформатора, что дополнительно защищает транс- >форматор от внешних воздействий.

При герметизации трансформатор изолируется от окружающей •среды оболочками, выполненными из обволакивающего материала, или герметичными металлическими кожухами.

Перед пропиткой, обволакиванием и герметизацией трансфор­ матор подвергается предварительной сушке для удаления влаги из пор изоляционных материалов и мелких промежутков. После про­ питки и обволакивания также необходима сушка трансформатора лля удаления растворителей.

1-8. РАССЕЯНИЕ В ТРАНСФОРМАТОРАХ

Для определения индуктивности рассеяния рассмотрим •наиболее простой случай, когда первичная и вторичная обмотки

них точек 0 1 и Оо, т. е. пропорционально изменению тока, охватываемого магнитными линиями. В зазоре б

между обмотками НС остается неизменной, и распределение НС по диаметру поперечного сечения катушки трансформатора представит­ ся трапециевидной кривой.

Выражение для индуктивности первичной обмотки примет следую­ щий вид:

размер вторичной обмотки.

После приведения к первичной цепи индуктивность вторичной обмотки

где v — число стержней, на которых размещены обмотки (для стерж­ невого трансформатора v = 2 , для броневого v = l) .

При определении индуктивности обмоток и реактивной состав­ ляющей напряжения короткого замыкания трансформатора предпо­ лагалось равновесие НС первичной и вторичной обмоток. В дейст­ вительности этого равновесия нет, так как в трансформаторах малой мощности НС холостого хода 10ы){ может составлять ОБ—30% номи­ нального значения НС первичной обмотки.

Полагая ток нагрузки активным, а ток холостого хода реактив­ ным и считая, что распределение поля рассеяния, созданного НС хо­ лостого хода, .такое же, ч.то и распределение поля рассеяния от ра­ бочего тока в обмотках, получим для реактивной составляющей на­ пряжения короткого замыкания следующее выражение:

17677$'