РЕМОНТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ТРАНСФОРМАТОРОВ

Конструкция магнитопровода трансформатора

Стержень и ярмо магнитопровода

В магнитопроводе различают стержни и ярма. Стержень — это та часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, а ярмо —часть, не несущая обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи ( рис. 14.1 ).

Трансформаторы со стержневым и броневым магнитопроводом

В зависимости от взаимного расположения стержней, ярм и обмоток магнитопроводы делятся на стержневые и броневые . В стержневых магнитопроводах ярма прилегают к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей. В броневых магнитопроводах ярма охватывают не только торцевые, но и боковые поверхности обмоток, как бы закрывая их броней.

Трансформаторы с бронестержневым магнитопроводом

Иногда в трансформаторах большой мощности для уменьшения их габаритов по высоте до размеров, при которых возможна перевозка трансформаторов в собранном виде по железной дороге, применяют бронестержневые магнитопроводы ( рис. 14.8 и 14.9 ).

Трансформаторы со стыковыми и шихтованными в переплет магнитопроводами

По способу сочленения стержней с ярмами различают трансформаторы со стыковыми ( рис. 14.10 ) и шихтованными в переплет ( рис. 14.11 ) магнитопроводами. В первом случае стержни и ярма выполняются и скрепляются раздельно и при сборке магнитопровода стержни с размещенными на них обмотками устанавливаются встык с ярмами и стягиваются специальными конструкциями.

Поперечные сечения стержней трансформаторов

Стержни магнитопровода трансформаторов в поперечном сечении имеют форму ступенчатой фигуры или прямоугольника. Поперечные сечения стержневых и бронестержневых трансформаторов имеют форму ступенчатой фигуры, вписанной в окружность с диаметром D 0 ( рис. 14.16 ). Число ступеней фигуры увеличивается с возрастанием мощности трансформатора.

Источник

РЕМОНТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ТРАНСФОРМАТОРОВ

Конструкция магнитопровода трансформатора

Трансформаторы со стыковыми и шихтованными в переплет магнитопроводами

По способу сочленения стержней с ярмами различают трансформаторы со стыковыми ( рис. 14.10 ) и шихтованными в переплет ( рис. 14.11 ) магнитопроводами. В первом случае стержни и ярма выполняются и скрепляются раздельно и при сборке магнитопровода стержни с размещенными на них обмотками устанавливаются встык с ярмами и стягиваются специальными конструкциями.

В местах стыка во избежание замыкания листов ( рис. 14.12 ) и возникновения больших вихревых токов, вызывающих увеличение потерь и чрезмерное повышение температуры стали устанавливаются изоляционные прокладки.

Рис. 14.10 . Принцип стыкового соединения магнитопроводов однофазного (а) и трехфазного (б) трансформаторов

Рис. 14.11 . Порядок укладки листов стали шихтованных магнитопроводов однофазных (а) и трехфазных (б) трансформаторов

Рис. 14.12 . Размещение изоляционной прокладки в месте стыка стержня с ярмом

Сборка магнитопровода в переплет ведется путем чередования слоя листов, разложенных по положению1 (рис. 14.11, а, б), со слоем листов, разложенных по положению 2. В результате такой сборки после стяжки ярм прессующими балками и стержней бандажами из стеклоленты получается остов трансформатора, не требующий каких-либо добавочных креплений ( рис. 14.13 ), Остовом трансформатора называется магнитопровод вместе со всеми конструкциями и деталями, служащими для скрепления его отдельных частей. Листы, из которых собирается шихтованный магнитопровод, имеют прямоугольную форму (рис. 14.11), если они штампуются из горячекатаной электротехнической стали.

Рис. 14.13 . Остов трансформатора

В настоящее время магнитопроводы трансформаторов изготовляются из холоднокатаной электротехнической стали, так как она обладает низкими удельными потерями
и повышенной магнитной проницаемостью. При применении этой стали оказалось возможным повысить магнитную индукцию в стержне масляного трансформатора до 1,6— 1,7 Тл (вместо 1,4—1,5 Тл у горячекатаной), что дало уменьшение его поперечного сечения и, следовательно, сокращение массы металла — стали и обмоток трансформатора. Кроме того, при этом уменьшаются потери в стали и намагничивающий ток трансформатора. Однако вследствие резко выраженной анизотропии магнитных свойств холоднокатаной стали, улучшение ее характеристик наблюдается только при совпадении силовых линий магнитной индукции с направлением проката. При их несовпадении происходит резкое ухудшение характеристик.

Поэтому при сборке магнитопровода из этой стали листы штампуются и укладываются так, чтобы магнитный поток проходил в них по направлению проката. Если листы имеют прямоугольную форму (как на рис. 14.14 , то в местах, где линии магнитного поля поворачиваются на 90° (заштрихованный участок на рис. 14.15 ), наблюдается увеличение потерь и падения магнитного напряжения, что приводит к некоторому ухудшению характеристик трансформатора. Во избежание этого при сборке магнитопровода из холоднокатаной стали применяют косые стыки, как показано па рис. 14.15 . Taм же показана форма пластин, из которых собирается магнитопровод.

Рис. 14.14 . Участок магнитопровода с ухудшенными магнитными характеристиками (заштрихованный)

Рис. 14.15. Форма пластин и порядок шихтовки магнитопровода из холоднокатаной стали:
а — первый слой; б — второй слой; в — взаимное расположение слоев при укладке

После сборки шихтованного впереплет магнитопровода листы верхнего ярма вынимаются (расшихтовываются), на стержнях размещаются обмотки, а затем ярмо снова зашихтовывается.

Наиболее широкое распространение в трансформаторостроении получили магнитопроводы, шихтованные впереплет . Стыковая конструкция применяется значительно реже, так как наличие немагнитных зазоров в местах стыков увеличивает магнитное сопротивление на пути магнитного потока. Это приводит к возрастанию намагничивающего тока трансформатора.

Источник

Что это такое ярмо трансформатора, устройство и способы сборки со схемами

Электротрансформатор можно разобрать на несколько деталей, главные из которых катушки и магнитопровод, который также состоит из различных деталей, одна из которых — ярмо трансформатора.

Устройство магнитной системы

Услышав название «ярмо электротрансформатора» появляется вопрос — что это такое? Естественно, это не имеет отношения к лошадиной упряжи.

Магнитная система электротрансформатора изготавливается из различных ферримагнитных материалов. В сети с частотой 50Гц это листовая электротехническая сталь.

Все элементы магнитопровода имеют свое название:

• остов — магнитная система в собранном виде с дополнительными элементами;
• стержень трансформатора — часть, на которой расположены катушки;
• ярмо в трансформаторе — это часть, на которой нет обмоток и служащий для замыкания магнитного потока.

Элементы соединяются между собой таким образом, чтобы сопротивление магнитному потоку было минимальным.

Справка! В некоторых аппаратах специального назначения в магнитной системе есть зазор из воздуха или немагнитного материала.

Взаимное расположение элементов магнитопровода

Расположение обмоток в трансформаторе делит электротрансформаторы на две группы:

• Трансформатор стержневого типа. Это однофазные аппараты с двумя стержнями и двумя катушками на О-образном магнитопроводе. В стержневом трансформаторе расположение обмоток является симметричным.
• Броневые. Однофазные устройства имеют Ш-образные магнитные системы, а в трехфазных каждая катушка находится на отдельном стержне. Ярмо в трансформаторе броневого типа находится по сторонам от катушек, защищая (бронируя) их от механических повреждений. Его сечение составляет 1/2 сечения стержней.

Ярма относительно стержней в аппаратах располагаются различным образом:

• Плоское расположение. Все составляющие магнитопровода находятся в одной плоскости. Самое распространенная конструкция в электротрансформаторах малой и средней мощности. Стержневые аппараты всегда являются плоскими.
• Пространственное расположение. Элементы находятся в разных плоскостях. Используется для уменьшения габаритов и в ВЧ аппаратах.
• Симметричное положение. Стержни одной формы и одинаково расположены относительно ярм. Примером является однофазный трансформатор стержневого типа на Ш-образном сердечнике.
• Несимметричная система. В этой конструкции все детали могут отличаться друг от друга по форме, размеру и расположению.

Способы сборки магнитной системы

Есть два способа сочленения элементов магнитопровода — стыковое и шихтованное соединение.

Стыковая магнитная система

В этой конструкции ярмо и стержни соединяются в систему после монтажа обмоток. Сборка аппарата такого типа производится двумя способами в зависимости от конструкции:

• в аппаратах, в которых магнитопровод изготовлен из полос электротехнической стали состоит из 4 (в трёхфазных из 8) С-образных деталей они соединяются меду собой при помощи стального корпуса;
• в устройствах, в которых детали магнитопровода изготовлены из колец, состоящих из цельной полосы, все детали соединяются при помощи электросварки.

Достоинством этого соединения является в простоте сборки, а недостаток в увеличенном сопротивлении магнитному потоку и повышенных потерях на вихревые токи.

Шихтованные магнитопроводы

В шихтованных магнитопроводах его конструкция состоит из отдельных пластин прямоугольной и (или) Ш-образной формы. Эти пластины укладываются впереплет (шихтуются) в катушках электротрансформатора после намотки обмоток.

Магнитная система с шихтованным способом соединения отличается бОльшей трудоемкостью при сборке, но меньшими потерями во время работы.

Ярмо — это одна из составных частей электротрансформатора, не менее важная, чем другие элементы. Поэтому для конструирования аппаратов необходимо знать, что такое ярмо и какую функцию оно выполняет в трансформаторе.

Источник

Магнитопроводы трансформаторов

Автор: Евгений Живоглядов.
Дата публикации: 19 марта 2013 .
Категория: Статьи.

Виды магнитопроводов

По конструкции магнитопровода трансформаторы подразделяются на стержневые и броневые.

Рисунок 1. Устройство однофазного стержневого (а) и броневого (б) трансформаторов

Магнитопровод однофазного стержневого трансформатора (рисунок 1, а) имеет два стержня С, на которых размещаются обмотки, и два ярма Я, которые служат для создания замкнутого магнитопровода. Каждая из двух обмоток (1 и 2) состоит из двух частей, расположенных на двух стержнях, причем эти части соединяются либо последовательно, либо параллельно. При таком расположении первичная и вторичная обмотки находятся близко друг от друга, что приводит к увеличению коэффициента электромагнитной связи [смотрите равенство (1) в статье «Принцип действия и виды трансформаторов»].

Однофазный трансформатор броневой конструкции (рисунок 1, 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 (рисунок 2), обмотки которых соединяются по схеме звезды или треугольника и присоединяются к трехфазной сети. Такое устройство называется трехфазной трансформаторной группой или групповым трансформатором. Чаще, однако, применяются трехфазные трансформаторы с общим для всех фаз магнитопроводом, так как такие трансформаторы компактнее и дешевле.

Рисунок 2. Трехфазная трансформаторная группа

Рисунок 3. Идея образования трехфазного трехстержневого трансформатора

Идея образования трехфазного трансформатора стержневого типа показана на рисунке 3. Если для трехфазных синусоидальных токов соблюдается условие

то для синусоидальных потоков трех трансформаторов (рисунок 3, а) также соблюдается условие

Поэтому, если объединить три стержня 1, 2 и 3 (рисунок 3, а) в общий стержень, то поток в этом стержне будет равен нулю и этот стержень можно удалить. Тогда получим трехфазный трехстержневой трансформатор, показанный на рисунке 3, б. Конструкцию этого трансформатора можно упростить, расположив все три стержня в одной плоскости (рисунок 3, в). Эта последняя конструкция была предложена М. О. Доливо-Добровольским в 1889 году и получила всеобщее распространение. Такой магнитопровод не вполне симметричен, так как длина магнитных линий средней фазы несколько короче, чем для крайних, однако влияние этой несимметрии весьма незначительно.

Трехфазный броневой трансформатор (рисунок 4) можно рассматривать как три однофазных броневых трансформатора, поставленные рядом или друг над другом. При этом средняя фаза имеет обратное включение относительно крайних, чтобы в соприкасающихся частях магнитной системы потоки фаз складывались, а не вычитались. Так как , то при таком включении средней фазы поток в соприкасающихся частях магнитной системы уменьшается в √3 раза, и во столько же раз можно уменьшить сечение этих частей магнитопровода. При этом потоки во всех частях ярма равны половине потока стержней.

Рисунок 4. Устройство трехфазного броневого трансформатора

В броневых трансформаторах коэффициент электромагнитной связи между обмотками несколько больше, чем в стержневых, и поэтому броневые трансформаторы в электромагнитном отношении несколько совершеннее. Однако это преимущество не имеет большого значения. Поскольку броневые трансформаторы сложнее по конструкции, в России силовых трансформаторов броневой конструкции не строят.

С увеличением мощности трансформаторов возрастают их размеры и трудности транспортировки по железным дорогам. Поэтому в трансформаторах мощностью S_н > 80 – 100 МВ×А на фазу и напряжением 220 – 500 кВ применяют бронестержневую или многостержневую конструкцию. Такие конструкции получаются, если у трансформаторов вида показанных на рисунках 1, а и 3, в добавить слева и справа по одному боковому ярму (рисунок 5). При этом магнитный поток в верхнем и нижнем ярмах разветвляется и в случае, изображенном на рисунке 5, а, уменьшается в два раза, а в случае на рисунке 5, б – в раза по сравнению с рисунками 1, а и 3, в. Во столько же раз можно уменьшить сечение ярем, в результате чего высота магнитопроводов уменьшается.

Рисунок 5. Устройство бронестержневых трансформаторов

Преимущественно применяются трехфазные трансформаторы с общей магнитной системой. Трехфазные группы однофазных трансформаторов используются, во-первых, при весьма больших мощностях (S_н > 300 МВ×А), когда транспорт трехфазного трансформатора становится весьма затруднительным или невозможным, и, во-вторых, иногда при S_н > 30 МВ×А, когда применение однофазных трансформаторов позволяет уменьшить резервную мощность на случай аварии или ремонта.

Рисунок 6. Схемы стыковых магнитопроводов

Рисунок 7. Укладка листов стали в слоях шихтованных магнитопроводов однофазных (а) и трехфазных (б) трансформаторов

Конструкция магнитопроводов

По способу сочленения стержней с ярмами различают трансформаторы со стыковыми (рисунок 6, а, б) и шихтованными (рисунок 7, а, б) магнитопроводами. В первом случае стержни и ярма собираются отдельно и крепятся друг с другом с помощью стяжных шпилек, а в места стыков во избежание замыкания листов и возникновения значительных вихревых токов ставятся изоляционные прокладки. Во втором случае стержни и ярма собираются вместе как цельная конструкция, причем листы стержней и ярем отдельных слоев собираются в переплет. При стыковой конструкции наличие немагнитных зазоров в местах стыков вызывает заметное увеличение магнитного сопротивления магнитопровода и вследствие этого увеличение намагничивающего тока. Кроме того, наличие изоляционных прокладок не дает полной гарантии от возможности замыкания листов стали. Поэтому стыковые магнтопроводы применяются редко.

У броневых магнитопроводов сечения стержней прямоугольные, а стержневые и бронестержневые магнитопроводы имеют в сечении вид многоугольника, вписанного в окружность (рисунок 8, а, б). В этом случае обмотки имеют вид круговых цилиндров и вследствие ступенчатого сечения магнитопровода коэффициент заполнения сталью полости обмотки получается большим. Такая конструкция с точки зрения расхода материалов, уменьшения габаритов и стоимости изготовления трансформатора, а также механической прочности обмоток является наиболее рациональной. Число ступеней магнитопровода увеличивается с увеличением мощности. В мощных трансформаторах в сечении магнитопровода предусматриваются каналы для его охлаждения циркулирующим трансформаторным маслом (рисунок 8, б).

Рисунок 8. Формы сечения стержней трансформаторов

Рисунок 9. Формы сечения ярем трансформаторов

Для упрощения технологии изготовления ярем их сечение берется прямоугольным или с небольшим числом ступеней (рисунок 9). Форма сечения ярма и его сочленение со стержнем выбираются с учетом обеспечения равномерного распределения магнитного потока в сечении магнитопровода. Площади сечения ярем выбираются так, чтобы индукция в них была на 10 – 15% меньше, чем в стержнях. Стяжка стержней трансформаторов средней (до 800 – 1000 кВ×А) и большой мощности показана на рисунках 10 и 11. Ярма трансформаторов стягиваются с помощью деревянных или стальных балок. Для весьма мощных трансформаторов применяются и более сложные конструкции магнитопроводов.

Рисунок 10. Стяжка стержней трансформаторов средней мощности	Рисунок 11. Стяжка стержней трансформаторов большой мощности
1 – деревянная планка; 2 – изоляционный цилиндр; 3 – деревянный стержень	1 – стальная шпилька; 2 – трубка из бакелизированной бумаги; 3 и 5 – шайбы из электротехнического картона; 4 – стальная шайба

Рисунок 12. Магнитопровод трансформатора небольшой мощности

Рисунок 13. Раскрой листов (а) и укладка магнитопровода (б) трансформатора небольшой мощности

В однофазных трансформаторах весьма малой мощности (до 150 – 200 В×А) применяется броневая конструкция магнитопроводов. При этом стремятся к наибольшему упрощению их изготовления и сборки, а также к уменьшению отходов листовой стали. Обычно штамповка листов магнитопровода производится по одному из вариантов, изображенных на рисунках 12 и 13. В первом случае лист вырубается одним ударом штампа и имеет прорезь n; при сборке средний лепесток временно отгибается и вводится внутрь катушки обмотки, лепесток последующего листа вводится внутрь катушки с противоположного, торцевого, ее конца и так далее. Во втором случае одновременно вырубаются Ш-образные листы Ш1 и Ш2 и ярмовые листы Я1 и Я2 (рисунок 13, а), из которых составляются два слоя листов магнитопровода (рисунок 13, б). При этом листы вводятся внутрь катушки также поочередно с одного и второго ее конца.

Магнитопроводы силовых трансформаторов собираются из листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм марок 1511, 1512, 1513 или 3411, 3412, 3413. Применение холоднокатаной стали в последние годы все больше расширяется.

Межлистовая изоляция осуществляется путем односторонней оклейки листов стали изоляционной бумагой толщиной 0,03 мм или двустороннего покрытия изоляционным масляным лаком.

Индукции в стержнях трансформаторов мощностью 5 кВ×А и выше находится в пределах 1,2 – 1,45 Т для горячекатаных сталей и 1,5 – 1,7 Т для холоднокатаных сталей у масляных трансформаторов и соответственно 1,0 – 1,2 Т и 1,1 – 1,5 Т у сухих трансформаторов.

Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832 с.

Источник