Конструкции трансформаторов

June 17, 2013 by admin Комментировать »

Основными типами конструкций трансформаторов являются броневая и стержневая. В однофазном исполнении они приведены на Рис. 7.6.

Рис. 7.6. Трансформаторывразрезе

Броневая конструкция больше подходит для больших и высоковольтных трансформаторов. Секции обмоток в них имеют плоскую форму и набираются в стопку перед монтажом с сердечником. В этой конструкции сердечник окружает большую часть обмоток, за исключением зоны расположения их выводов. Секции первичной и вторичной обмоток обычно чередуют между собой для уменьшения индуктивности рассеяния. С учетом возможности протекания больших токов при авариях секции должны быть надежно закреплены. Почти всегда трансформаторы броневой конструкции делают с масляным наполнением, а их мощность достигает 500 MBA.

В трансформаторах стержневой конструкции катушки надеты на сердечник в форме стержня, собранный из пластин трансформаторного железа. В этой конструкции по сути катушки окружают сердечник. В поперечном сечении катушки бывают прямоугольными и круглыми. Эта конструкция чаще используется для небольших трансформаторов сухого типа, обычно в диапазоне мощностей от 10 кВА до 20 MBA. Причина, по которой стержневая конструкция трансформаторов не применяется при больших мощностях, состоит в трудности обеспечения механической прочности их обмоток при авариях с коротким замыканием. Так как механическая сила пропорциональна квадрату тока, то при токе короткого замыкания, в 20 раз большем, чем номинальный рабочий ток, развиваются силы, в 400 раз большие, чем при нормальной работе. В основном механические силы направлены радиально. Внутренние обмотки при этом сжимаются, а внешние стремятся расшириться. Для защиты внутренних обмоток от механических повреждений при авариях сердечник (или по крайней мере его углы) покрывают стеклопластиком. Снаружи обмотки также зачастую закрывают стеклопластиковой защитой. Существуют также механические силы, стремящиеся вытолкнуть края обмоток наружу в аксиальном направлении. Но как бы там ни было, из-за того, что производство стержневых трансформаторов дешевле, чем броневых, в области средних напряжений и мощностей их великое множество.

Два варианта конструкций стержневых трансформаторов заслуживают упоминания. Обмотки могут быть покрыты защитным диэлектриком, часто эпоксидной смолой. При использовании воздушного охлаждения между первичной и вторичной обмотками делают воздушные зазоры. Эти трансформаторы обычно имеют весьма большие габариты для своих мощностей. Другой вариант конструкции предусматривает использование в обмотках пустотелых проводников с жидкостным охлаждением. Такое прямое охлаждение приобрело популярность в последние годы для трансформаторов класса до 15 кВ, при этом для исключения электролиза применялись деионизированные хладагенты. Для обеспечения устойчивости к замерзанию используют смесь пропиленгликоля с водой. Несмотря на то что системы с жидкостным охлаждением требуют применения деионизаторов, насосов и теплообменников, они также часто используются в силовой электронике и для охлаждения мощных полупроводниковых приборов. Трансформаторы, полупроводниковые приборы и шины могут охлаждаться общей жидкостной системой. Эта конструкция особенно удобна, если недоступен воздух для охлаждения нужного качества. Примерами таких условий могут быть литейные цеха, стекольные заводы, металлургические предприятия и подобные им производства, где использование жидкостного охлаждения электрооборудования позволяет отказаться от дорогих фильтров и громоздкой системы воздуховодов. Теплообменники бывают жидкостно-воздушными и жидкостно-водяными и могут быть частью заводской системы охлаждения. При использовании жидкостного охлаждения надо соблюдать некоторые предосторожности. Если используется смесь воды с гликолем, то последний должен быть химически чистым.

Имеющиеся в продаже антифризы на основе гликоля содержат ингибиторы ржавчины и другие присадки, увеличивающие их проводимость.

Основные характеристики трансформаторов с масляным наполнением и сухого типа приведены в Табл. 7.1. Митральное масло, используемое в первых, служит как для обеспечения электрической изоляции, так и для отвода тепла. Кроме того, для изоляции применяется картон или бумага, пропитанные маслом. Диэлектрические постоянные этих материалов очень близки к диэлектрической постоянной масла, так что не возникает неоднородностей электрического поля, связанных с изоляцией. При изготовлении горячее масло закачивается в нагретую конструкцию трансформатора под вакуумом, с тем чтобы исключить даже мельчайшие пузырьки воздуха в изоляции и масле. Нагрев масла уменьшает его вязкость и увеличивает проникающую способность. Изоляция должна быть полностью пропитана маслом, чтобы в ней не осталось воздушных пустот, в которых при работе может возникнуть коронный разряд, ведущий к повреждению изоляции. Следует отметить, что диэлектрические свойства масла позволяют зазоры между токоведущими частями в трансформаторах делать намного меньше, чем на воздухе. Рабочая температура масла ограничивается ухудшением его изоляционных свойств вследствие образования углеводородов, ускоряющегося при высокой температуре.

Таблица 7.1. Основные характеристики трансформаторов

Трансформаторы с масляным наполнением

Трансформаторы сухого типа

Неограниченное напряжение

Напряжение до 34.5 кВ

Изоляционный материал — картон

Твердые изоляционные материалы

Сварной корпус

Воздушное или жидкостное охлаждение

Обычно броневая конструкция

Обычно стержневая конструкция

Температура масла максимум 65°С

Температурадо 180°С и выше

Герметичные проходные изоляторы

Открытые выводы

Корпуса для трансформаторов с масляным наполнением делают сварными, из стали, при этом их конструкцию рассчитывают так, чтобы свести к минимуму нагрев вихревыми токами. Выводы обычно рассчитаны на ток до 2500 А, а при больших токах их соединяют параллельно. Для охлаждения к наружным стенкам корпуса приделывают трубчатые радиаторы, а внутри трансформатора масло циркулирует обычно за счет конвекции.

Трансформаторы сухого типа обычно используют внутри помещений, хотя иногда применяют их и снаружи. Для уменьшения размеров оборудования эти трансформаторы могут быть встроены в ту или иную установку. Для охлаждения используются как естественная конвекция воздуха, так и вентиляторы. Большое число трансформаторов сухого типа применяются в зданиях для питания локальной сети 120/208 В от высоковольтной распределительной сети. Еще одним привлекательным качеством этих трансформаторов является простота их подключения к сети.

В процессе изготовления собранную конструкцию из сердечника и катушек подвергают нескольким циклам вакуумного прессования, что позволяет удалить воздушные пузыри из изоляции. Обмотки обычно снабжены вентиляционными каналами, выполненными из стеклопластика или рифленого алюминия. Для трансформаторов сухого типа очень важно, чтобы пыль или какие-либо проводящие загрязнения не попадали в их систему вентиляции.

Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты