Обмотки трансформатора изготавливают из

Вопрос 2 Конструкция обмоток трансформатора

Обмоткой трансформатораназывают совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой складываются э. д. с., индуктированные в отдельных витках. Обмотки трансформатора состоят из обмоточного провода и изоляционных деталей, предусмотренных конструкцией, которые не только защищают витки от электрического пробоя и препятствуют их смещению под действием электромагнитных сил, но и создают необходимые каналы для охлаждения. Обмотки трансформаторов различных мощностей и напряжений различаются типом намотки, количеством витков, направлением намотки, числом параллельных проводов в витке, схемой соединения отдельных элементов обмотки между собой.

Обмотки трансформаторов выполняют из медных проводов круглого и прямоугольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой.

Конструкции обмоток по взаимному расположению и по способу их размещения на стержнях:

· концентрические (рис. 3, слева);

· дисковые(Чередующиеся) (рис. 3, справа).

В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками помещается в бак, заполненный маслом, которое отбирает от них тепло, передавая его стенкам бака. Кроме того, электрическая прочность масла выше, чем у воздуха, что обеспечивает более надежную работу высоковольтных трансформаторов.

Концентрические обмотки — это обмотки, изготовленные в виде цилиндров и концентрически расположенные на стержне магнитопровода.

Чередующиеся обмотки – это обмотки ВН и НН трансформатора, чередующиеся в осевом направлении на стержне. Чередующаяся обмотка обычно подразделяется на симметричные группы, каждая из которых состоит из одной или нескольких частей обмотки ВН и расположенных по обе стороны от них частей обмотки НН

Основным элементом обмоток трансформатора является виток,в котором наводится э.д. с. и который в зависимости от величины тока нагрузки может быть выполнен одним или несколькими параллельными проводами. Ряд витков, намотанных на цилиндрической поверхности, называется слоем.Число витков в одном слое может колебаться от одного до нескольких десятков.

По конструкции и способу намотки различают обмотки цилиндрические (одно- или многослойные), катушечные и винтовые. Существуют также одно- или двухвитковые листовые и шинные обмотки, используемые в специальных трансформаторах с большими вторичными токами.

Одно- или многослойная цилиндрическая обмотка получается при намотке одного (или нескольких) слоев из обмоточного провода прямоугольного или круглого сечения. Наиболее простой является однослойная обмотка из прямоугольного провода.Слой обмотки составляют витки, наматываемые по винтовой линии на бумажно-бакелитовый цилиндр. Каждый виток в слое укладывается вплотную к предыдущему в осевом направлении обмотки. Соединение между слоями обычно осуществляют переходом без пайки. Витки цилиндрической обмотки состоят из одного или нескольких параллельных проводов, располагаемых рядом и имеющих одинаковое положение по отношению к полю рассеяния трансформатора. Обычно обмотку из прямоугольного провода наматывают плашмя, но при необходимости возможна намотка и на ребро.

Между слоями двухслойной цилиндрической обмотки прокладывают изоляцию из бумаги или электрокартона или равномерно по окружности устанавливают несколько реек, образующих вертикальный охлаждающий канал.

Одно- и двухслойные цилиндрические обмотки из прямоугольного провода обычно применяют в качестве обмоток НН на напряжение до 525 В в трансформаторах мощностью до 630 кВ-А.

Многослойная цилиндрическая обмотка наматывается, как правило, из провода круглого сечения. Намотка осуществляется плотной укладкой витков одного к другому с переходами из слоя в слой. Намотку первого слоя обычно производят на бумажно-бакелитовом цилиндре. Между последующими слоями размещают несколько слоев кабельной бумаги. Для увеличения поверхности охлаждения между некоторыми слоями обмотки создается осевой канал, образованный рейками из электрокартона или бука. Такие многослойные обмотки применяют в качестве обмоток ВН для масляных трансформаторов мощностью до 400 кВ-А при напряжении до 35 кВ.

Как сделать трансформатор своими руками?

Несмотря на многообразие электрооборудования на рынке, далеко не во всех ситуациях можно найти подходящий преобразовательный агрегат для решения конкретной задачи. Поэтому многие обыватели пытаются изготовить трансформатор своими руками для получения определенных параметров работы. Стоит отметить, что намотать трансформатор может каждый, даже без специализированного оборудования и особых навыков, но этот процесс довольно трудоемкий и кропотливый. Поэтому изначально вам придется определиться с типом и характеристиками прибора.

Что понадобится для сборки?

Все преобразователи подразделяются на две основные категории – повышающие и понижающие трансформаторы.

В зависимости от предназначения, конструктивных особенностей и места установки их можно разделить на такие категории:

Практически каждое из вышеперечисленных устройств вы можете воссоздать в домашних условиях. Наиболее простым вариантом является перемотка трансформатора из заводского изделия, так как он уже содержит необходимые элементы. Главное, чтобы первичная обмотка подходила по номиналу питающего напряжения и мощности. Куда хуже, если перематывать нужно обе обмотки, к примеру, если и первичная, и вторичная обмотка пробиты или получили механическое повреждение.

Для изготовления трансформатора своими руками вам понадобятся:

• Магнитопровод – служит в качестве проводника магнитного потока, лучше взять из старого трансформатора, так как он изготовлен из электротехнической стали и обеспечивает необходимые параметры работы, характеризуется малыми потерями в железе.
• Провода нужного вам сечения в лаковой, полимерной или стеклотканевой изоляции. Чем тоньше этот слой, тем плотнее прилягут витки к каркасу и друг к другу.
• Каркас – служит в качестве основания для обмоток трансформатора, устанавливает габариты по ширине. Можно взять из старого трансформатора, а можно изготовить своими руками. Материалом для каркаса может послужить электротехнический картон, гетинакс или текстолит, важно чтобы он не занимал много места в зазоре между сердечником и проводом.
• Изоляция – предназначена для электрического отделения токоведущих элементов друг от друга и от конструктивных элементов трансформатора. В промышленном производстве используется лакотканевая лента, фторопласт, парафиновая пропитка, но при самостоятельном изготовлении подойдет любой имеющийся у вас материал, главное, чтобы его диэлектрической прочности хватало для напряжения сети.
• Намоточный станок – позволяет упростить процесс и обеспечить постоянное натяжение. Можно изготовить своими руками из ручной дрели или по принципу вертела на двух шарнирах. Важно, чтобы изготовленный станок имел как можно меньший люфт.

Помимо этого вам могут пригодиться: молоток с деревянной пресс-планкой, паяльник для соединения проводов, ножницы, пассатижи. Но перед изготовлением, обязательно рассчитайте параметры трансформатора.

Расчеты

Наиболее сложный вариант, если вы будете изготавливать трансформатор своими руками с нуля. В таком случае расчет электрической машины производится в зависимости от выходной мощности. Исходя из этого параметра, рассчитывается мощность первичной обмотки. Если вы используете заводской сердечник, то можно считать эти величины одинаковыми, если вы соберете его самостоятельно, то P₂ = 0,9 * P₁

Это приблизительный расчет с учетом потерь в сердечнике. В зависимости от качества шихтовки своими руками, разница мощностей может находиться в пределах от 5 до 20%.

В зависимости от мощности первички определяется сечение магнитопровода, которое вычисляется по формуле: S = √P₁

Следует отметить, что мощность для вычислений берется в Ваттах, а размеры сердечника получаем в квадратных сантиметрах.

Далее определяется коэффициент передачи электромагнитной энергии: k = f/S,

Где k – коэффициент передачи, f – частота сетевого напряжения переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода.

Исходя из полученного коэффициента, определяется число витков в обмотках по величине входных и выходных напряжений: N1 = k*U₁, N2 = k*U₂

Это приблизительные вычисления, предназначенные для бытового применения радиолюбителями. Заводские трансформаторы имеют более сложную процедуру расчета, которая производится по справочникам и зависит от их типа и назначения (силовые, измерительные, трехобмоточные, тороидальные устройства и т.д.)

Далее рассчитывается сила тока в первичной обмотке трансформатора: I₁ = P₁ / U₁

Соответственно, ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора, вычисляется по формуле: : I₂ = P₂ / U₂

Исходя из величины тока в каждой обмотке, выбирается сечение жилы. Но заметьте, что проводник в обмотке значительно хуже охлаждается, поэтому запас сечения делается на 20 – 30%. Проще выполнять данную работу медными проводами, но это требование не критично.

Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока

Что такое обмотка трансформатора: принципы работы, задачи, возможности

Все прекрасно понимают, что основная задача трансформатора – это преобразовывать получаемые импульсы, и в этом немаловажную роль играет обмотка трансформатора, позволяющая принципиально правильно работать агрегату. В сфере радиоэлектроники, электротехники и энергетики практически невозможно обойтись без трансформатора, ведь в создаваемой цепи обязательным является звено, отвечающее за преобразование переменного напряжения одного (входящего) значения обязательно через обмотку трансформатора в переменное (выходящее) напряжение уже с заданными по нормам показателями.

По предпочтениям выбираются пользователями трансформаторы либо однофазные, либо трехфазные. А в чем между ними разница? Все очень просто, в их техническом комплектовании. Так, в трехфазном агрегате ток проходит по четырем проводам, три из которых – фазные, а один – нейтраль, то есть нулевой. Соответственно, однофазный трансформатор работает, основываясь на двух кабелях, один – фазный, а второй – нулевой. И применяется последний вид трансформаторов чаще всего в быту, обеспечивает электропитание в розетках, трансформируя электрический ток с показателями 220 В.

Как функционирует однофазный трансформатор: основные принципы работы

Первоначально уточним, какие существуют основные комплектующие однофазного трансформатора: магнитопровод, состоящий из пластин стали, по которым и протекает магнитный поток, первичная и вторичная обмотки трансформатора.

Физически объяснимо, что появляются и снимаются в первой обмотке потоки благодаря переменному напряжению. Находясь рядом, вторичная обмотка ловит эти потоки и преобразовывает в переменное напряжение, сохраняя ту же частоту. Напряжение, которое выдается агрегатом со вторичной обмотки, всецело зависит от витков, которые намотаны на имеющиеся в трансформаторе первичные и вторичные обмотки (катушки).

Как правильно понять: что такое виток обмотки?

Виток – это основной технический элемент обмотки, представляющий собой единичные или групповые проводки, расположенные параллельно на стержне магнитопровода. Взятая за единицу измерения совокупность витков, которая, соответственно, образовывается в той или иной электроцепи, и является обмоткой трансформатора.

Сама же обмотка состоит с двух важных компонентов: первый – проводники, второй – изоляционные детали. Задача вторых элементов – защищать витки, предупреждать электрические сбои в сети, препятствовать смещению комплектующих в 1 обмотке трансформаторов.

Важно помнить! Обмотки трансформаторов различаются техническими характеристиками и параметрами. Так, обмотки трансформаторов различаются по способу размещения на стержне, могут быть различными по направлению и способу намотки. Специалисты еще оценивают обмотки трансформатора по числу витков, оценивают применяемый агрегат по классу напряжения, изучают перед применением схему соединения обмоток между собой. Следует учитывать каждый обозначенный фактор при выборе агрегата.

С понятием «виток обмотки» связан и другой термин – «слой обмотки». А что он обозначает, также постараемся раскрыть в данной статье.

Виток – это мера, а вот слой – это уже следствие технического процесса, в ходе которого витками формируются положенные слои, один, два или много. Но помните, что ничего нельзя воспринимать буквально, так как в одном слое может быть один или несколько десятков витков. А сам виток способен формироваться из 6-8 параллельных проводков положенной формы.

На какие эксплуатационные характеристики обмоток обязательно надо обращать внимание?

Когда запланированы работы с электрооборудованием, не стоит упускать из виду даже мелкие технические детали, например, принципы соединения обмоток трансформатора, иначе без сбоев в энергосистеме не обойтись при последующей длительной эксплуатации.

А по каким параметрам в основном оценивают работоспособность агрегата и как определить потенциал обмотки трансформатора? Ответ прост. Специалисты в основном обращают внимание на электрическую прочность элемента, механическую прочность обмотки, а также нагревостойкость, сопротивление обмотки трансформатора и изоляционные характеристики.

Все дело в том, что в процессе эксплуатации изоляция обмоток играет важную роль и отвечает за безопасность и противодействие возможным повреждениям сети из-за коммутационных или атмосферных перенапряжений. Рекомендовано адекватно оценивать и свойства вторичной обмотки трансформатора на ее механическую прочность и способность длительно противостоять в процессе эксплуатации деформациям и повреждениям из-за агрессивной внешней среды, импульсов тока, когда превышаются все нормативные показатели номинального рабочего тока силового агрегата.

Известно, что самый стандартный трансформатор может прослужить верной и правдой более 25 лет, но если его эксплуатация будет выполняться согласно его техническим характеристикам, и удастся избежать нестабильности в сети и перенагрева обмоток. Конечно же, нагрев обмоток и его сопряженных частей происходит при длительной работе агрегата, и это нормально, просто нельзя допускать скачков и повышения разрушительной температуры внутри агрегата, отвечающего за напряжение вторичной обмотки трансформатора. Перенагрев может привести к плачевным последствиям – разрушению и деформации изоляции обмоток, тепловому износу масла, как одной из важных составляющих силовой установки.

Чтобы ознакомиться с техническими эксплуатационными возможностями обмоток трансформаторов напряжения, можете обратить внимание на ряд документов и регламентированных положений. К ним относят «Стандарты по силовым трансформаторам общего назначения, а также на специальные агрегаты», «Инструкции по применению», «Технический паспорт».

Как оценивается электрическая прочность изоляции обмоток?

• наличие правильно и верно разработанной конструкции агрегата, когда в схеме учтены все тонкости взаимодействия;
• рассчитаны хорошо и четко изоляционные промежутки;
• совершен разработчиками продуманный выбор изоляционных материалов;
• внедрены прогрессивные, а значит, современные технологии обработки изоляции.

Как оценивается механическая прочность обмоток: о чем говорят показатели?

• учитывается состояние расчета поля рассеяния в магнитостатических полях;
• определяются соответствующие параметры типа используемой обмотки;
• узнаются особенности конструкции обмотки, и главное, ее месторасположение;
• обращается внимание на расположение витков в обмотке, конструктивные особенности катушки, так как этого зависит расчет и соотношение механической силы, возникающей в обмотке, и механической стойкости элемента трансформатора. Идеально, если первый параметр будет минимизирован, а второй – будет соответствовать нормам агрегата и не подводить в процессе эксплуатации.

Как достигается необходимая нагревостойкость обмоткам трансформатора?

Трансформатор в процессе эксплуатации переживает определенную нагрузку, и в дополнение переживает воздействие негативных факторов окружающей среды. И если не обеспечить нормальную теплоотдачу, то негативные последствия не заставят себя ждать. Отметим, что обмотки трансформаторов обладают определенной степенью нагревостойкости, и ее превышение не допускается, поэтому проводить монтажные работы трансформаторов необходимо с определенной тщательностью, учитывать внешние и внутренние факторы, обеспечивать вентиляцию и охлаждение, не забывая о циркуляции воздушных масс и наличия масла внутри системы силового агрегата.Обычно контролирующие службы предприятия регулярно осматривают агрегат, оценивают состояние его контактов, а также всех основополагающих комплектующих.

Чтобы избежать перегрева обмоток трансформатора, необходимо учитывать особенности эксплуатации агрегата и обеспечить нормальную и технически выверенную теплоотдачу, а для этого обязательно надо обеспечить должную площадь поверхности соприкосновения обмоток трансформатора с окружающей средой. Причем способ охлаждения трансформаторов может быть соответствующий его заводским параметрам, предусматривающих систему охлаждения при помощи воздуха или масла.

Какие существуют основные типы обмоток трансформатора: определим общепринятую классификацию

Чтобы правильно выполнить расчет обмоток трансформатора, прежде нужно понимать, с чем придется иметь дело и какой тип обмотки внедрен в агрегат, какие он имеет преимущества. Постараемся в этом детально разобраться.

Итак, какие существуют типы обмоток трансформаторов?

• Одно-двухслойная обмотка цилиндрической формы, изготовленная из прямоугольного провода. Это элементарный образец обмотки трансформатора, который отличается простотой технологии изготовления, должной и надежной системой охлаждения, но при этом имеет один немаловажный недостаток – низкую механическую прочность, поэтому быстро изнашивается от агрессивного воздействия окружающей среды, а перепады в сети могут вообще стать губительными для энергосистемы, в которой применен агрегат с подобной обмоткой.
• Многослойная обмотка трансформатора цилиндрической формы, созданная из прямоугольного провода. Данный образец обмотки отличается нормальным сопротивлением первичной обмотки трансформатора, высоким функционалом магнитной системы и элементарной технологией изготовления. Но вот при длительной эксплуатации агрегата могут возникать проблемы, связанные с малой эффективностью системы охлаждения. Основная причина такого недостатка теплоотдачи – отсутствие радиальных каналов на обмотке.

Интересно знать! В классификации обмоток также упоминаются многослойные обмотки. А в чем их особенность! Все просто. В процессе их формирования обязательно слои располагаются концентрически, в соответствии с заданным количеством слоев, но при этом развернутая длина остается одинаковой, без нарушения заводских параметров. Все «наматывается» правильно по отношению к полю рассеяния трансформатора. А когда необходимо переходит при обмотке на новый слой, то используемые провода не обрываются, не заламываются, только на новом витке меняется направление укладки слоя.

• Многослойная обмотка или катушка, также имеющая форму цилиндра, но уже изготовленная из круглого провода. В этой ситуации агрегат отличается повышенной мощностью, но при этом проигрывает в функционале теплоотдачи и не может похвастаться механической прочностью. Из-за этого износ оборудования значительно ускоряется, требуя от обслуживающего персонала частых контролей оборудования и профилактических осмотров комплектующих.

Интересно знать! Почему некоторые обмотки называют цилиндрическими, то есть имеющими форму цилиндра. Секрет кроется в особенностях витков и слоев. Когда начинают формировать цилиндрическую обмотку, то для ее правильного создания на цилиндрическую поверхность наносят слои витков плотно, ни в коем случае не допуская интервалов.

• Винтовая обмотка, созданная из прямоугольного провода. Трансформатор с такой катушкой будет стоить дороже, но отличаться высокой механической прочностью, надежной защитной изоляцией. А во время длительной работы агрегата даже не стоит думать о его системе охлаждения. Все сработает на 100%, как это заложено в технические характеристики трансформатора с данным видом обмоток.
• катушечная обмотка непрерывного типа, когда материалом служит прямоугольный провод. Существует и такой образец обмоток, которые отличаются высокой механической и электрической прочностью и степенью нагревостойкостью. Многие посчитают данный образец идеальной находкой, которую так и хочется ввести в эксплуатацию для эффективной работы предприятия.
• многослойная катушечная цилиндрическая обмотка, сформированная из алюминиевой фольги. Имеет данный образец только положительные отзывы, но такая эффективность достигнута максимальными усилиями и внедрением сложных технологий изготовления, когда изоляция обмоток трансформатора внушает доверие и веру в длительную и эффективную эксплуатацию. А что еще нужно для успешного предприятия, где создается современная энергосистема или, по крайней мере, модернизируется.

Таким образом, можно сделать вывод, что классификация типов обмоток зависит от конструктивных особенностей детали трансформатора, материла и метода изготовления, а по сложности обмотки различают на простые, многослойные, многослойные, но уже изготовленные из фольги, а не провода.

Конструкции обмоток трансформатора

Основные типы обмоток

Типы обмоток трансформаторов

Конструкции цилиндрических обмоток:

• простой,
• многослойной,
• многослойной из фольги

Ряд витков, намотанных на цилиндрической поверхности,называют слоем обмотки. В одном слое может быть от одного до нескольких десятков витков, а в витке до шести-восьми и более параллельных проводов.Обмотку, состоящую из расположенного на цилиндрической поверхности слоя витков без интервалов, т. е. вплотную друг к другу, называют цилиндрической (рис.3), а состоящую из двух (или более концентрически расположенных слоев — двухслойной (многослойной) цилиндрической (рис.4).

рис.3 1-виток;2,4-выравнивающие кольца, 3-изолирующие прокладки.
рис.4 /. 4 — виитки, 2, 5 -дистанционные рейки; 3-выравнивавшее кольцо; 6-бумажно-бакелитовый цилиндр; 7-междуслойная изоляция; 8-канал. 9 — рейка. 10-изоляционное кольцо; 11- бакелитовый цилиндр; X1, Х2,Х3- регулировочные ответвления
прямоугольного провода плашмя, но можно и на ребро. Для выравнивания винтовой поверхности к крайним виткам прикрепляют разрезные бумажно-бакелитовые кольца (в виде «клина»), которые придают обмотке форму цилиндра. Кольца предохраняют витки от механических повреждений и создают опорную поверхность обмотки. Между слоями двухслойной обмотки устанавливают изоляцию из бумаги (электрокартона) или размещают равномерно по окружности несколько реек (прокладок), образующих вертикальный охлаждающий канал (рис.4,а).

Винтовая обмотка обладает значительной торцовой поверхностью, обеспечивающей ее устойчивость к осевым усилиям при КЗ, хорошей механической прочностью и достаточной поверхностью охлаждения. Ее

широко применяют для обмоток низкого напряжения с относительно небольшим числом витков и значительными вторичными токами в трансформаторах мощностью 1000 кВА и более.

Винтовая обмотка с любым числом ходов может быть намотана, также из транспонированного провода. При этом отпадает необходимость в дополнительной транспозиции параллельных проводников, помимо той, которая сделана в самом проводе.