Здесь собрана вся необходимая информация о силовых трансформаторах, очень исчерпывающая. Изучайте и запоминайте!

Схема основных компонентов трансформатора.

Процесс производства трансформаторов

Трансформаторный сердечник

Основная часть инструктажа по установке трансформаторного сердечника посвящена резке, укладке и фиксации сердечника, а также применению новейших технологий укладки для снижения потерь холостого хода.

2. Сердечник трансформатора

Сердечник — это основной компонент трансформатора. Он состоит из магнитного проводника и зажимного устройства. Он выполняет две функции: в принципе, магнитный проводник железного сердечника представляет собой магнитную цепь трансформатора, которая преобразует электрическую энергию первичной цепи в магнитную энергию, а также преобразует собственную магнитную энергию во электрическую энергию вторичной цепи, являясь средой преобразования энергии. Конструктивно железный сердечник поддерживает все компоненты внутри трансформатора, такие как корпус и выводы.

Железный сердечник трансформатора представляет собой рамную замкнутую конструкцию. Часть катушки называется сердечником. Часть, не покрывающая катушку и выполняющая только функцию замыкания магнитной цепи, называется железным сердечником.

Типы железных сердечников

В зависимости от относительного положения обмотки и железного сердечника, железные сердечники можно разделить на две категории: с сердцевиной и с оболочкой. Здесь пока будет рассмотрен только сердечник сердцевинного типа. Для однофазных трансформаторов железный сердечник имеет несколько конструктивных форм, таких как двухколонный и двухколонный, одноколонный, четырехколонный и двухколонный четырехколонный.

Для трехфазных трансформаторов железный сердечник может иметь несколько конструктивных форм, таких как двухколонный и двухколонный (трехфазный трехколонный), трехколонный и четырехколонный (трехфазный пятиколонный). Выбор конструкции сердечника определяется комплексными факторами, такими как рациональное расположение различных обмоток, экономия материала и соответствие высоте при транспортировке. Байпас позволяет уменьшить пятую и седьмую волны в потоке рассеяния и токе намагничивания.

Электротехническая стальная лента (листовая кремниевая сталь):

В качестве материала для магнитного проводника с железным сердечником используется электротехническая стальная полоса с высоким содержанием кремния, также известная как кремниевая стальная листовая сталь.

Существует два типа листовой стали с кремнистой структурой: холоднокатаная и горячекатаная, при этом холоднокатаные листы из кремнистой стали делятся на два типа: неориентированные и ориентированные.

Магнитные свойства горячекатаных листов кремнистой стали плохие: плотность магнитного потока достигает лишь 1,5 Тл, а удельные потери слишком велики, поэтому они больше не используются. Холоднокатаные листы кремнистой стали с ориентированной структурой зерна обладают выраженной направленностью, высокой плотностью магнитного потока насыщения, малыми удельными потерями и малой удельной возбуждающей способностью, и в настоящее время широко используются.

Толщина холоднокатаного листа из ориентированной по зерну кремнистой стали может быть различной, например, 0,35 мм, 0,3 мм, 0,27 мм, 0,23 мм и т. д. Наиболее распространенная толщина составляет 0,3 мм, и она постоянно уменьшается, что в первую очередь направлено на снижение поперечных потерь при холостом ходе.

В настоящее время основными регионами производства листовой стали с кремнистым покрытием являются Япония, Западная Европа, Россия, Южная Корея и отечественный металлургический завод в Ухане.

Технические характеристики холоднокатаных листов из ориентированной по зерну кремнистой стали в основном определяются толщиной и удельными потерями (Вт/кг) при плотности магнитного потока 1,7 Тл на частоте 50 Гц, например:

• Новая технология производства листовой стали с использованием лазерного облучения и механической гравировки.

Резка листовой кремниевой стали для сердечника трансформатора:

Когда листовой материал из кремнистой стали поступает на завод, он представляет собой рулон шириной около 1000 мм. Его необходимо разрезать на необходимую форму с помощью специального оборудования для резки (например, немецкой проволоки Georger). Заусенцы от резки каждого листа не должны превышать 0,02 мм.

Укладка железных сердечников:

●Поскольку обмотка трансформатора с сердечником имеет круглую форму, сечение сердечника также должно быть круглым, но это сложно в изготовлении и неэкономично, поэтому его делают ступенчатым (градуированным цилиндрическим). Каждая ступень образует прямоугольник, а внешняя граница расположена на той же описанной окружности. Количество ступеней имеет определенный предел, который необходимо всесторонне учитывать с учетом экономической целесообразности.

● При укладке железных сердечников колонна и элементы железного сердечника железного ярма попеременно перекрываются друг с другом одним или несколькими элементами, так что стыки верхнего и нижнего слоев листов кремнистой стали попеременно смещаются и перекрывают друг друга. Это снижает ток возбуждения и потери холостого хода, одновременно повышая прочность.

Нахлесточное соединение железного сердечника:

• В настоящее время сердечник трансформатора имеет форму полностью косого соединения, то есть соединение сердечника и железного ярма осуществляется под углом 45°. Такая форма соединения полностью соответствует характеристикам широко используемой в настоящее время ориентированной кремнистой стали с высокой магнитной проницаемостью. Это позволяет обеспечить максимально стабильную работу магнитной цепи.

• Для больших трансформаторных сердечников с цельными косыми соединениями укладка обычно осуществляется в виде двухступенчатых соединений. Для дальнейшего улучшения характеристик холостого хода трансформаторного сердечника используется многоуровневая форма шва, то есть сердечник StepLap.

В ламинированном сердечнике швы листов кремниевой стали расположены в шахматном порядке. Когда магнитный поток определенного элемента сталкивается с воздушным зазором в шве, магнитное сопротивление воздушного зазора в несколько тысяч раз превышает магнитное сопротивление листа кремниевой стали. Большая часть потока проходит через соседние листы кремниевой стали, перекрывающие это соединение. Исходный магнитный поток ламинатов в местах соединения и магнитные потоки в этих соединениях накладываются друг на друга. Плотность может достигать насыщения, в результате чего потери холостого хода и ток холостого хода в области соединения (т.е. локально) резко возрастают, что приводит к увеличению общих потерь холостого хода.

Технология ступенчатого нахлесточного соединения — это новая технология ламинирования, внедренная в этом году, которая позволяет повысить магнитную плотность листа кремнистой стали в зоне соединения, тем самым эффективно снижая потери холостого хода и шум в основной части.

Теплоизоляция сердцевины:

Изоляция железного сердечника напрямую влияет на качество трансформаторного сердечника. Изоляцию железного сердечника можно разделить на две части: изоляция между листами и изоляция между ламелями и конструктивными элементами.

Межчиповая изоляция достигается главным образом двумя способами: во-первых, путем нанесения покрытия на поверхность ламинированного листа, и во-вторых, путем размещения слоя изоляционного картона определенной толщины в каждом стопке в процессе укладки, который также служит каналом для отвода тепла.

В трансформаторах большой мощности для отвода тепла, выделяемого в железном сердечнике, циркулирующим трансформаторным маслом, в колонне сердечника и ярме имеются каналы для охлаждающего масла. Каналы для масла могут быть выполнены из листов кремнистой стали в виде гофрированных пластин или представлять собой стальные стержни, приваренные к листам кремнистой стали. Для трансформаторных сердечников с полностью косыми соединениями, для снижения потерь, для разделения масляных каналов используются пластины из неметаллического материала.

Заземление железного сердечника:

В процессе работы трансформатора из-за различного положения железного сердечника и его металлических конструкций в электрическом поле генерируемые потенциалы также различаются. Когда разность потенциалов между двумя точками достигает определенного значения, возникает разряд. В результате разряда трансформаторное масло разлагается или повреждается твердая изоляция. Для предотвращения этого явления необходимо эффективно заземлять железный сердечник и его металлические конструктивные элементы.

Аксессуары с железным сердечником

Часть II. Обмотка трансформатора

Основное содержание раздела, посвященного намотке трансформатора, включает в себя описание проволоки и способа намотки трансформатора.

Катушка представляет собой электрическую цепь, передающую входную и выходную электрическую энергию трансформатора, и является его основным компонентом. Катушки должны быть спроектированы в соответствии со следующими основными требованиями:

1. Электрическая сила

Выдерживаемое напряжение при импульсном воздействии молнии

Рабочее импульсное выдерживаемое напряжение

Выдерживаемое напряжение промышленной частоты

2. термостойкость

При длительном воздействии рабочего тока и выделяемом при этом тепло срок службы изоляции катушки не должен быть менее 20 лет.

В условиях эксплуатации трансформатора на любом конце линии может произойти внезапное короткое замыкание, и обмотка должна выдерживать тепло, выделяемое током короткого замыкания, без повреждений.

3. Механическая прочность

катушечный тип;

Тип обмотки выбирается в основном на основе релаксационной способности, такой как напряжение обмотки, а также с учетом электрической прочности, механической прочности, теплоотвода и технологичности процесса изготовления. Выбор конструкции обмотки не является единственным, и иногда существует несколько вариантов конструкции на выбор. Это также связано с традиционными методами работы различных производителей трансформаторов.

Обмотки трансформаторов можно условно разделить на два типа: слоистые и коробчатые. Штыревые обмотки можно разделить на спиральные, сплошные, переплетенные, переплетенные сплошные, внутренне экранированные сплошные и шахматные структурные типы.

Катушка проволоки:

Обмоточный провод можно разделить на медный и алюминиевый в зависимости от материала проводника, круглый и плоский провод в зависимости от формы проводника, а также бумажный, окрашенный и стеклянный провод в зависимости от изоляционного материала. В силовых трансформаторах обычно используется плоская стальная обмотка из бумаги.

Плоская стальная проволока в бумажной оболочке может быть разделена на обычную проволоку в бумажной оболочке, комбинированную проволоку, проволоку с эпоксидной смолой и другие типы. В зависимости от прочности на растяжение стальная проволока может быть разделена на обычную проволоку (0,2 ≤ 120 МПа) и полужесткую медную проволоку (120 МПа < 0,2 ≤ 210 МПа). Среди них также есть самоклеящаяся проволока с эпоксидной смолой, то есть в такой проволоке плоская проволока покрыта слоем эпоксидной смолы (толщина лакокрасочного покрытия с обеих сторон составляет...).

0,06 ± 0,02 мм), цель состоит в том, чтобы склеить все тонкие провода вместе после термической обработки лакокрасочного покрытия, чтобы улучшить прочность катушки на короткое замыкание. В настоящее время применяется новейшая технология переупаковки проводов в сетчатой ​​упаковке, и в Китае также внедрены соответствующие производственные линии.

Обмоточные провода можно разделить на медные и алюминиевые в зависимости от материала проводника, круглые и плоские провода в зависимости от формы проводника, а также провода из бумаги, краски и стекла в зависимости от изоляционного материала. В силовых трансформаторах обычно используются плоские медные провода в бумажной обмотке.

Плоские медные провода в бумажной оплетке можно разделить на обычные провода в бумажной оплетке, комбинированные провода, провода с переплетением и другие типы. В зависимости от прочности на разрыв медный провод можно разделить на обычный провод (0,2 ≤ 120 МПа) и полутвердый медный провод (120 МПа < 0,0 ≤ 210 МПа). Среди них также есть самоклеящиеся провода с переплетением, то есть один плоский провод в таком проводе покрыт слоем эпоксидной смолы (толщина лакокрасочного покрытия с обеих сторон составляет 0,06 ± 0,02 мм), цель которой – нагрев лакокрасочного покрытия. После отверждения все тонкие провода склеиваются вместе для увеличения прочности катушки на короткое замыкание. В настоящее время в Китае применяется новейшая технология изготовления проводов с переплетением в сетчатой ​​оплетке, и внедрены соответствующие производственные линии.

Обмотки обычно делятся на два типа: многослойные и спицевые.

Витки обмотки расположены и намотаны непрерывно вдоль осевого направления, что называется слоистой обмоткой. Каждый слой имеет форму цилиндра. Бочкообразная обмотка.

Витки обмотки непрерывно намотаны в радиальном направлении, образуя форму сектора (пиляной пластины), а обмотка, состоящая из множества витков, расположенных в осевом направлении, называется секторной обмоткой. К таким обмоткам относятся непрерывные, запутанные и вставленные емкостные обмотки.

Распространенные формы обмоток:

Наиболее распространенные типы обмоток — цилиндрические, спиральные, непрерывные и запутанные.

Цилиндрическая намотка — простейший тип, обычно состоящий из одного или нескольких витков. При намотке один виток наматывается почти один вдоль оси проволочной формы, подобно плотно намотанной пружине. Она характеризуется простой намоткой, хорошим качеством изготовления, хорошим теплоотводом через масляные каналы между слоями, но малыми опорными поверхностями и низкой механической прочностью.

Спиральная намотка выполняется из плоской проволоки, витки расположены не близко друг к другу, а разделены определенным расстоянием (масляным каналом) с помощью изолирующих прокладок, подобно растянутой пружине. Преимуществом является простота процесса намотки и наличие масляного канала для отвода тепла, однако намотка с большим количеством витков не подходит.

Спиральный тип состоит из множества проводов, намотанных параллельно на жесткую шину, которые могут образовывать одинарную спираль, а при наличии нескольких параллельно намотанных проводов — двойную или четырехспиральную. При параллельном соединении нескольких проводов их необходимо переставлять местами, иначе из-за разной длины проводов возникнет циркуляционный ток.

Непрерывная намотка состоит из одной или нескольких плоских проволок, которые непрерывно наматываются в множество сегментов в форме сектора на изолирующем цилиндре или проволочных стержнях с помощью специального процесса. Преимуществами являются высокая механическая прочность и хорошие теплоотводящие свойства. Однако сам процесс намотки более сложен.

Соединение между сплошным проволочным блоком и проволочным блоком осуществляется попеременно внутри и снаружи обмотки, поэтому, если длина проволоки достаточна, ее можно намотать в сплошную обмотку без пайки.

Вставная емкостная обмотка формируется путем вставки проволоки (экранированной проволоки) с продольной емкостью между витками на внешней стороне непрерывной обмотки из проволоки. Размер вставной обмотки из проволоки и количество вставных витков могут быть определены в зависимости от требуемой емкости. Экранированная проволока не пропускает рабочий ток, поэтому обычно используются очень тонкие проволоки.

Вставляемая емкостная обмотка выполнена в виде непрерывной намотки, что позволяет значительно сократить количество точек сварки по сравнению с переплетенной намоткой, а количество витков вставляемого экранирующего провода можно свободно регулировать, что позволяет изменять продольную емкость в соответствии с требованиями. В настоящее время она широко используется в обмотках трансформаторов больших размеров напряжением 110 кВ и выше.

транспозиция проводов

При большом токе трансформатора витки катушки состоят из множества параллельных проводов. Если не принять меры, провод, расположенный вблизи центральной оси, будет коротким, а провод, удаленный от центральной оси, — длинным. Из-за различной длины и положения проводов в магнитном поле сопротивление и индуктивное сопротивление проводов становятся несбалансированными, что приводит к несбалансированному распределению тока между проводниками. Для обеспечения равномерного распределения тока по проводникам и уменьшения дополнительных потерь необходимо поменять местами параллельные проводники, что называется «транспозицией».