Обмотки трансформатора

Завод «Арктика» поможет сделать грамотный подбор трансформатора с учётом указанных параметров, обеспечивая надёжное и экономичное энергоснабжение любого объекта. Обращайтесь по телефону 8 800 301 79 59 или пишите на электронную почту transformator1@ruteh.ru.

Обмотки трансформатора представляют собой катушки из меди или алюминия, намотанные на сердечник трансформатора . Они определяют, какое напряжение вырабатывается и будет ли оно повышаться или понижаться. В этой статье мы рассмотрим части обмоток трансформатора.

Части обмоток трансформатора

Катушки трансформатора имеют две основные части — первичную обмотку и вторичную обмотку. Эти две обмотки находятся рядом друг с другом, но не соединены электрически.

Первичная обмотка

Первичная обмотка получает напряжение от сети. На этой обмотке расположены отводы регулировки напряжения. Если напряжение сети немного выше или ниже номинального значения трансформатора, отводы могут подстраиваться под входящее напряжение. Алюминиевые или медные кабели присоединяют выводы ответвлений на обмотке к устройству переключения ответвлений . Кабельные выводы заканчивают каждую обмотку на соответствующем трансформаторном вводе. Первичная обмотка составляет внешнюю секцию катушки.

Вторичная обмотка

Вторичная обмотка повышает или понижает входное напряжение (в зависимости от применения). Она обеспечивает напряжение для нагрузок, таких как заводы, коммерческие здания или дома. Для распределительных понижающих трансформаторов эта обмотка содержит более низкое напряжение. Эта часть катушки находится ближе всего к сердечнику, требуя меньшей изоляции. Кабели или шины соединяют выводы обмотки с вторичными вводами трансформатора.

Как работают обмотки

Обмотки трансформатора работают по закону индукции Фарадея. Обе обмотки используют переменный ток для создания электромагнитного поля. Это поле взаимодействует с электрической цепью в катушках для создания заданного выходного напряжения. Чтобы получить напряжение на вторичной катушке, сначала на первичную катушку подается переменное напряжение. Переменный ток (который меняет направление 60 раз в секунду) создает электромагнитное поле вокруг первичной и вторичной обмоток. Электромагнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, индуцирует напряжение в цепи вторичных обмоток. Значения приложенного напряжения и индуцированного напряжения определяются соотношением витков между двумя обмотками. Железный сердечник усиливает электромагнитное поле, создаваемое катушками. Чтобы уменьшить поток рассеяния и максимизировать изменение напряжения, первичная и вторичная обмотки обычно наматываются вокруг одного и того же стержня сердечника.

Типы намотки

Мы сосредоточимся на двух типах обмоток – прямоугольных и дисковых. Прямоугольные слои обмоток являются наиболее распространенными для распределительных трансформаторов. Для более мощных агрегатов используются дисковые обмотки.

• Прямоугольные обмотки

Большинство распределительных трансформаторов среднего напряжения и трансформаторов подстанций используют прямоугольные обмотки. Самая внутренняя часть катушки состоит из проводника низкого напряжения. Поскольку проводник низкого напряжения должен выдерживать более высокий ток, он обычно наматывается большими листами.

• Листовая/полосовая обмотка

Их использование в конструкции катушки улучшило прочность короткого замыкания, регулирование напряжения и эффективность. Они используются для низковольтных катушек в распределительных трансформаторах. Каждый слой обмотки состоит из цельного медного или алюминиевого листа. Несколько более мелких полос также могут использоваться для составления целого листа.

Форма катушки определяется формой, вокруг которой намотаны витки проводника. Каждая полоска/лист перемежается термически улучшенной крафт-бумажной изоляцией. Клей покрывает бумажную изоляцию, которая активируется при нагревании. Это сохраняет витки катушки плотными и уплотненными. Когда намотка закончена, она снимается вместе с формой для установки на сердечник. Витки нумеруются изнутри наружу (начиная с ближайшего к сердечнику).

Листовые обмотки предлагают два больших преимущества. Они предлагают значительную экономию средств. Они также уменьшают осевые силы короткого замыкания в катушках. По этой причине вертикальные распорки минимальны в прямоугольных конструкциях с листовыми намотанными катушками. Передача большей части силы короткого замыкания зажиму сердечника, фиксирующему узел обмотки.

• Слоистые обмотки

Высоковольтные боковые обмотки — это то, что называем послойной намоткой. Проводник для обмотки ВН намного меньше, чем большие листы, используемые для обмотки НН. Проводники для послойных обмоток могут быть круглыми или прямоугольными. Обычным выбором для распределительных устройств является покрытый эмалью обмоточный провод.

Изолированный магнитный провод наматывается вокруг прямоугольной формы сверху вниз. Оказавшись внизу, проводник наматывается поверх первого слоя до самого верха. В некоторых конструкциях используется возвратный ход , поэтому начало следующего витка начинается снова с верха катушки. Возвратный ход позволяет наматывать каждый слой сверху вниз (а не попеременно сверху вниз и снизу вверх). Между слоями вставлены вертикальные каналы для охлаждения.

• Дисковые обмотки

Крупные силовые трансформаторы используют круглые дисковые обмотки, которые изготавливают в специальном помещении с регулируемым давлением. Они предназначены для работы с высокими силами короткого замыкания и импульсными характеристиками высоковольтных трансформаторов (выше 69 кВ). Проводники образуют спиральную структуру, формируя отдельные диски. Затем применяется кроссовер для создания следующего диска без сращивания или пайки. Специальные инструменты сгибают проводник вручную или автоматически.

Части обмотки дискового трансформатора

Витки каждого диска идут параллельно друг другу. Добавление радиальных прокладок между каждым диском минимизирует циркулирующие токи между этими параллельными витками.

Каждый диск чередует способ количества витков снаружи внутрь (или изнутри наружу). Внутри означает ближе к сердечнику. Снаружи означает внешнюю поверхность катушки. Количество витков отсчитывается снаружи внутрь с верхним (первым) диском. Следующий диск (второй) отсчитывает свои витки изнутри наружу. Эта конфигурация играет ключевую роль в способности катушки выдерживать короткое замыкание. Там, где количество витков снаружи внутрь, силы короткого замыкания будут толкать внутрь. Там, где количество витков изнутри наружу, силы короткого замыкания будут толкать наружу. В случае неисправности механическое напряжение смещается в двух противоположных направлениях по всей катушке.

Сборка катушки и сердечника

После процесса намотки каждая катушка устанавливается на стержень сердечника трансформатора. Для меньшего распределительного устройства, представленного ниже, вокруг готовых катушек укладывается пятистержневой сердечник с распределенным зазором.

Соединения обмоток и выводы

В процессе намотки катушки все точки соединения выводятся для заделки. Эти точки соединения включают в себя выводы первичной и вторичной обмотки и выводы регулировки напряжения. Соединения ответвлений и выводы катушки маркируются и подготавливаются для последующей заделки.

После сборки вокруг сердечника начинается сборка всех точек подключения. Соединения могут быть выполнены с помощью кабеля или шины. Более низкие напряжения с более высоким током обычно используют шину. Более высокие напряжения с более низким током используют кабельные соединения.

Установление связей

Эти соединения выполнены из медных или алюминиевых проводников (в зависимости от проводника обмотки). Первичные и вторичные выводы, выведенные из катушек, сварены или спаяны. Из-за более высоких температур, необходимых для сварки меди, более распространенным вариантом является пайка. Алюминий легче сваривается при более низких температурах. Сварные соединения чаще встречаются в алюминии.

Подключения к устройствам и втулкам

Выводы первичной обмотки выведены для создания постоянных соединений с вводами . Выводы высокого напряжения обычно подключаются кабелем. Выводы вторичной обмотки заканчиваются на вводах низкого напряжения. Для распределительных трансформаторов соединения заканчиваются жесткой (или гибкой) шиной или кабелем.

Соединения между выводами обмотки и устройствами выполняются с помощью болтовых или обжимных соединений. После завершения выводы ответвлений идут к устройству переключения ответвлений. Для более крупных трансформаторов с вводами, требующими установки на месте, может быть выведен тяговый вывод.

Какой тип намотки: круглая или прямоугольная

При выборе между прямоугольными и круглыми обмотками трансформатора учитываются несколько факторов, включая стоимость, эффективность и допустимую нагрузку по напряжению.

• Прямоугольный

Одним из наиболее существенных преимуществ прямоугольной конструкции является стоимость. Типичная пятистержневая распределенная конструкция сердечника с зазором, обернутым прямоугольным слоем, с катушками высокого напряжения и листовыми катушками низкого напряжения проста в изготовлении, имеет меньшую стоимость изготовления, имеет высокую эффективность и обеспечивает надежный срок службы. Это делает ее очевидным выбором для устройств. Снижение осевых сил короткого замыкания от листовых катушек низкого напряжения также позволяет использовать эту конструкцию в более крупных трансформаторах.

• Круглый диск

Хотя они стоят дороже, конструкции с круглыми дисками обеспечивают большую устойчивость к короткому замыканию. Вот почему они используются исключительно на более крупных силовых установках. Обмотки трансформаторов свыше 69 кв, как правило, используют дисковые обмотки. Уникальные особенности обмоток дискового типа делают их подходящими для требований по напряжению до 550 кв. Но намотка катушек круглого диска гораздо более трудоемка и затратна. Время сборки также больше. Низкая стоимость, более быстрое время сборки и высокие показатели эффективности, доступные для прямоугольных конструкций с послойной намоткой, делают их идеальными для трансформаторов среднего напряжения 35 кв и ниже. Для более высоких напряжений свыше 69 кв лучшим выбором являются дисковые намотанные устройства.