2. Конструкции основных частей трансформатора

2.1. Конструктивные элементы магнитопровода

В конструктивном отношении современный силовой трансформатор состоит из трех основных частей – магнитной системы, обмоток и системы охлаждения и, кроме того, у трансформатора имеются вспомогательные приспособления – это устройства регулирования напряжения и защиты.

Конструктивной и механической основой трансформатора является магнитная система, представляющая собой комплект пластин из электротехнической стали, собранных в определенной геометрической форме.

В магнитной системе различают стержни и ярма. Стержни – это листы магнитной системы, на которых установлены обмотки. Ярма – части магнитного провода, объединяющие стержни в общую магнитную систему трансформатора. По способу сборки различают: шихтованные магнитные системы, ярма и стержни, которых собираются в переплет из плоских пластин как единая цельная конструкция; стыковые магнитные системы, ярма и стержни которых, собранные и скрепленные раздельно, при сборке системы устанавливаются встык и скрепляются специальными стяжными конструкциями.

Поперечное сечение стержня имеет вид симметрической ступенчатой фигуры, вписанной в окружность. Количество ступеней определяется по числу углов стержня в одной четверти круга, может быть различным. За счет увеличения количества ступеней растет коэффициент заполнения площади круга площадью ступенчатой фигуры, но одновременно увеличивает число типов пластин, имеющих различные размеры, это усложняет заготовку и сборку магнитной системы.

Магнитная система трансформатора собирается из пакетов пластин тонколистовой электротехнической стали толщиной 0,28 мм, 0,3 мм, 0,35 мм.

Стержни и ярма шихтованной магнитной системы должны быть стянуты и скреплены так, чтобы остов представлял собой достаточно жесткую конструкцию как механическую основу трансформатора.

Прессовка стержней может осуществляться различными способами. При мощности до 630 кВА и диаметре стержня до 22 см прессовка осуществляется путем забивки деревянных клиньев реек и планок между стержнями и обмоткой или ее жестким изоляционным бумажно-бакалитовым цилиндром. Стержни трансформаторов мощностью от 1000 кВА и выше, при диаметре более 22 см, стягиваются бандажами из стеклоленты, расположенными по высоте стержня на расстоянии 12–15 см один от другого. Возможна также стяжка стержней бандажами из стальной ленты на расстоянии 24 см друг от друга. Эти бандажи должны замыкаться пряжками и заземляться во избежание накопления на них электрических зарядов.

Стержни стыковой пространственной магнитной системы собираются из пластин разной ширины, одинаковой длины и также стягиваются бандажами.

Ранее при изготовлении магнитопровода из горячекатаной стали стяжка ярма осуществлялась ярмовыми балками, стянутыми шпильками, проходящими сквозь ярмо и изолированными от стали ярма и балок. Это оказалось не рациональным, так как необходимо было выполнить отверстия для шпилек в пластинах ярма и стержня. Поэтому в магнитных системах современных трансформаторов мощностью до 6300 кВА шпильки, стягивающие ярмовые балки, выносятся за пределы ярма. В трансформаторах большой мощности от 10000 кВА и выше ярмо прессуется при помощи стальных полубандажей, стягивающих две ярмовые балки. Вертикальные шпильки, стягивающие ярмовые балки, располагаются поблизости от наружных поверхностей обмоток ВН и должны быть надежно изолированы.

На практике в основном применяются трансформаторы с плоской трехстержневой магнитной системой. У неё есть недостаток – магнитная несимметрия, которая компенсируется простотой конструкции.

Применение симметричных магнитных систем для магнитопроводов трансформаторов расширяется, несмотря на сложность таких конструкций, ограничивающих их практическое использование.

На рис. 2.1 показан порядок шихтовки магнитопровода трехстержневого трехфазного с плоской магнитной системой.

На рис. 2.2, а, б, г представлены различные варианты сечения ярма для стержня ступенчатой формы (рис. 2.2,в) с соответствующим соотношением сечения пакетов ярма и стержня.

Различные способы прессовки ярм магнитопроводов показаны на рис. 2.3.

Для пояснения конструкции пространственно симметричной магнитной системы приведен рис. 2.4.

При проектировании трансформатора студентами магнитная система выбирается самостоятельно. Но для упрощения расчетов рекомендуется принимать плоскую трехстержневую магнитную систему.

При выборе способа прессовки стержней рекомендуется пользоваться табл. 2.1.

Рис. 2.1. Порядок сборки трехфазного, плоского магнитопровода трехстержневого типа: а – собираемого впереплет (шихтованного) с «прямыми стыками» в четырех углах; б – то же с «косыми стыками»; в – стыкового; г – шихтованного с «косыми стыками» во всех углах

Рис. 2.2. Различные формы сечения ярма: а – многоступенчатая; б – с тремя ступенями; в – сечение стержня; г – прямоугольная. Цифрами показано соотношение сечений пакетов стержня и ярма

Рис. 2.3. Различные способы прессовки ярма ярмовыми балками: а – внешними шпильками; б – стальными полубандажами; в – сквозными шпильками

Рис. 2.4. Симметричная магнитная система трехфазного трансформатора

Таблица 2.1

Выбор способа прессовки стержней и ярм, формы сечения и коэффициента усиления ярма для современных масляных и сухих трансформаторов

Мощность трансформатора S, кВА	Прессовка стержней	Прессовка ярм	Форма сечения ярма	Коэффициент усиления ярма
25–100	Расклиниванием с обмоткой	Балками, стянутыми шпильками, расположенными вне ярма (рис. 2.3, а)	3–5 ступеней	1,025
160–630
			С числом ступеней на одну-две меньше числа ступеней стержня	1,015–1,025
1000–6300	Бандажами из стеклоленты	Балками, стянутыми стальными полубандажами (рис. 2.3, б)