Обмотки низшего напряжения фаз А. В. С.

Рисунок 2.36., Трехфазный бронестержневой трансформатор: 1 — ярма; 2 — стержни; 3, 4, 5 — обмотки низшего н высшего напряжений фаз А, В, С

По взаимному расположению стержней и ярм магнитные системы могут иметь плоское и пространственное выполнения (см. рисунок 2.11). В качестве материала магнитной системы используется главным образом холоднокатаная текстурованная электротехническая сталь марок 3413, 3404, 3405, 3406, которая поставляется на

заводы в рулонах. Толщина стали 0,3; 0,35; 0,5 мм. Сталь толщиной 0,3 и 0,35 мм имеет электроизоляционное нагревостойкое покрытие, а сталь толщиной 0,5 мм не имеет электроизоляционного покрытия. Применение этой стали позволило повысить магнитную индукцию в магнитопроводах силовых трансформаторов до 1,7 —1,8 Тл при одновременном уменьшении массы, потерь и тока холостого хода.

По способу соединения стержней с ярма ми магнитные системы делятся на стыковые, шихтованные и навитые.

В стыковых конструкциях (рисунок 2.37) стержни и ярма собираются отдельно и крепятся друг с другом стяжными шпильками. В месте стыков ставятся изоляционные прокладки, которые устраняют замыкание листов стали стержней и ярм. Немагнитные зазоры при стыковой конструкции увеличивают магнитное сопротивление, что приводит к увеличению тока холостого хода. Поэтому стыковые соединения применяются редко, хотя стыковые конструкции менее трудоемки.

Рисунок 2.37., Магнитопроводы со стыковыми соединениями: а — однофазные; б — трехфазный

В шихтованных конструкциях (рисунок 2.38) стержни и ярма не являются отдельными элементами, а их пластины переплетаются (шихтуются) в смежных слоях. Магнитная система собирается из отдельных слоев, каждый из которых состоит из одной или нескольких пластин, уложенных в слое встык.

По форме стыка шихтованные магнитные системы могут выполняться с прямым и косым стыками, что необходимо для уменьшения длины участков магнитной цепи, на которых направление магнитного потока не совпадает с направлением прокатки электротехнической стали. Уменьшение зоны повышенных потерь и намагничивающей мощности в углах магнитной системы с косым стыком (рисунок 2.39) позволяет снизить потери и ток холостого хода.

Форма поперечного сечения стержня определяется формой обмотки. Так как обмотки силовых трансформаторов имеют цилиндрическую форму, поперечное сечение стержня стремятся приблизить к кругу. Из-за сложности набора круглого сечения стержень выполняют ступенчатой формы, набирая каждую ступень из пластин одинаковой ширины (рисунок 2.40). С увеличением диаметра стержней d увеличивают число ступеней, число которых в мощных трансформаторах достигает 15 и более. Чем больше ступеней, тем больше в стержне пакетов, тем больше типоразмеров листов стали, необходимых для изготовления магиитопровода трансформатора. Сечение стержнятрансформатораопределяет диаметр обмотки DB,поэтомунеобходимостремиться к лучшему заполнению сечения стержня сталью.

Рисунок 2.38., Схемы укладки листов стали в шихтованных магнитопроводах: а —

однофазном; б — трехфазном

Рисунок 2.39., Косой стык

Рисунок 2.40., Сечение стержней магнитопровода трансформатора: а — из пластин двух профилей; б — из пяти профилей

Использование сечения характеризуется коэффициентом использования

k и= S ст

(p × D

2 / 4);

(2.81)

S ст

— сечение стали

D вт

— внутренний диаметр наиболее близкой к стержню

обмотки (рисунок 2.40).

Коэффициент использования зависит от числа каналов и ступеней и коэффициента заполненияпакетовсталью, kи = 0,65-0,92. Если число ступеней равно числу листов стали, из которых собран стержень, можно говорить о том, что сечение стержня приближаетсяк площади круга, a k и = 0,95-0,96. В последнее время такие стержни стали изготовлять, используя специальные автоматы для резки стали.

Сечение ярма трансформатора для упрощения технологии выполняют с меньшим числом ступеней. Для уменьшения тока холостого хода сечение ярма принимают на 10—15 % больше сечения стержня.

Стяжка пакетов стержней трансформаторов малой и средней мощностей осуществляется изоляционными цилиндрами, на которых крепится обмотка низшего напряжения. Цилиндр спрессовывает стержень с помощью деревянных или пластмассовых планок и реек. Стяжка стержней в трансформаторах выполняется шпильками, изолированными от стали и не создающими короткозамкнутых контуров. В последнее время широко применяется бандажировка стержней прочной пластмассовой лентой или стеклолентой. Такое крепление снижает трудоемкость изготовления и уменьшает добавочные потери. Стяжка ярма осуществляется деревянными или стальными балками.

Стержни 1 и ярмо 2 вместе с прессующими деталями (3 — ярмовая балка, 4 — шпилька) образуют остов трансформатора (рисунок 2.41).

Рисунок 2.43., Остов трансформатора

Шихтованные конструкции при сборке трудоемки, так как сначала собирается магнитопровод, а затем расшихтовывается одно ярмо, надеваются на стержни обмотки и снова зашихтовывается ярмо. Стыковые конструкции проще при сборке, однако ток холостого хода у трансформаторов с такими магнитопроводами больше, чем у бесстыковых конструкций.

Конструкции магнитных систем трансформаторов малой мощности выполняются таким образом, чтобы обеспечить наиболее экономичный и простой способ их изготовления. Одним из распространенных способов изготовления магнитных систем таких трансформаторов является способ машинной навивки из ленточной электротехнической стали или стали специальных сплавов.

Витые сердечники позволяют автоматизировать изготовление трансформаторов, использовать преимущества холоднокатаных сталей. Хотя в навитых сердечниках и нет стыковых соединений, магнитный поток переходит из одного слоя в другой и магнитное сопротивление витого сердечника определяется натягом ленты при намотке. На рисунок 2.42, а—г представлены наиболее распространенные конструкции магнитных систем трансформаторов малой мощности. На рисунке 2.42, а дана шихтованная конструкция однофазного трансформатора с магнитопроводом 2, имеющим в среднем стержне просечку. Листы стержня отгибаются и вставляются в катушку 1 с об-мотками высшего и низшего напряжений. Такая конструкция технологична и находит достаточно широкое применение. На рисунке 2.42, б—г представлены витые сердечники трансформаторов малой мощности (рис. 2.42, б и в — сердечники однофазных трансформаторов, 2.42, г — трехфазного).

Рисунок 2.42., Магнитные системы микротраисформаторов

Важными элементами конструкции активной части трансформатора являются отводы и вводы. Соединение концов обмоток между собой и с вводами, подключение регулировочных ответвлений к переключателям и другие соединения внутри трансформатора осуществляются с помощью проводников, называемых отводами, которые выполняются в виде шин, прутков или гибкого кабеля. Для вывода концов обмоток и подключения к электрической сети служат вводы — фарфоровые проходные изоляторы, через внутреннюю полость которых проходит токоведущий стержень. Внешняя конфигурация и размеры вводов зависят от класса напряжения, рода установки и тока (см. рисунки 2.1 и 2.23). Ввод должен обеспечить надежную изоляцию токоведущего стержня от заземленных элементов (рисунок 2.43).

Рисунок 2.43., Общий вид трансформатора мощностью 100 кВ·А и напряжением 6 кВ

Бак трансформатора с масляным охлаждением представляет собой резервуар с маслом, в котором находится активная часть трансформатора. Нагретое при работе трансформатора масло охлаждается через стенки бака и охлаждающие устройства. Форма баков чаще всего овальная — тогда она приближается к форме активной части трансформатора и является наиболее простой и механически прочной.

С изменением электрической нагрузки и температуры окружающего воздуха температура масла в трансформаторе изменяется. Колебания температуры вызывают изменение объема масла в баке. Чтобы бак трансформатора всегда был заполнен

маслом, на трансформаторах класса 6 кВ и выше мощностью 25 кВ·А и более устанавливают расширитель.

Расширитель 1 (см. рисунок 2.43) представляет собой металлический сосуд, обычно цилиндрической формы, сообщающийся с баком трансформатора. Емкость расширителя должна обеспечивать постоянное наличие в нем масла при всех режимах работы трансформатора. Расширитель предохраняет масло трансформатора от непосредственного соприкосновения с воздухом, что защищает масло от преждевременного окисления. Существуют герметизированные трансформаторы с азотной защитой масла, у которых пространство между зеркалом масла и верхней стенкой расширителя заполнено азотом.

Современный силовой трансформатор снабжен рядом вспомогательных устройств, обеспечивающих его нормальную эксплуатацию и предупреждающих аварии. Эти устройства показаны на рисунке 2.43. Между баком н расширителем на соединяющей их трубе устанавливается газовое реле 2, которое срабатывает при всех видах внутренних повреждений в трансформаторе, сопровождающихся выделением газов, при утечке масла и попадании воздуха в бак.

При серьезной аварии, когда отключение трансформатора почему-либо запоздало, в баке может развиться значительное давление, способное разорвать его. Для предотвращения такой возможности на крышке трансформатора устанавливается выхлопная труба 3, через которую выбрасываются избыточные массы газов и масла. Отверстие выхлопной трубы закрыто стеклянным диском (мембраной), которая лопается при резком повышении давления.

3) РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АСИНХРОННЫХ МАШИН

Асинхронные машины получаются из обобщенной машины (см. рис. 1.28), когда

w ¹ w

p c. При этом поля статора и ротора неподвижны относительно друг друга, так

как частоты токов в роторе и статоре связаны между собой соотношением

f 2= f 1× s,

где f 1 и f 2 — соответственно частоты статора и ротора. При этом s — скольжение или относительная угловая скорость (частота вращения)

c

(3.1)

В (3.1) угловая скорость wp

имеет положительный знак при совпадении направлений

вращения ротора и поля статора и отрицательный, если направления вращения встречные. В угловых скоростях должен учитываться знак.

В асинхронных (несинхронных) машинах частота вращения ротора не равна частоте вращения поля в воздушном зазоре (wp ¹ wc). Механическая частота вращения ротора асинхронных машин в установившемся режиме может быть ниже и выше синхронной частоты вращения поля, при этом ротор может вращаться в сторону, противоположную вращению поля.

0< w < w

w < w <+¥

p c, имеет место двигательный режим, при

— генераторный

режим. В этом режиме ротор вращается в ту же сторону, что и поле, но с большей частотой. В тормозном режиме ротор асинхронной машины вращается в сторону, противоположную вращению поля. Когда асинхронная машина эксплуатируется при неподвижном роторе (wp = 0), имеет место трансформаторный режим работы асинхронной машины (рисунок 3.1,а).

Рисунок 3.1. Режимы работы асинхронной машины: а— на шкале частоты вращения ротора; б—на шкале скольжения

В теории асинхронных машин широко применяется понятие скольжения— относительной частоты вращения [см. (3.1)]. Режимы работы асинхронной машины в функции скольжения представлены на рисунке 3.1,б. В двигательном режиме при 0< s <1асинхронная машина преобразует электрическую энергию в механическую. В

генераторном режиме, когда

-¥< s <0, ротор асинхронной машины вращается в

сторону вращения поля с частотой, большей синхронной. При этом механическая энергия преобразуется в электрическую. В тормозном режиме механическая и электрическая энергии преобразуются в тепло. Этот режим, как правило, может быть кратковременным и используется для быстрого останова. Трансформаторный режим, когда s=1, используется для регулирования амплитуды и фазы напряжения.

Асинхронные машины наибольшее распространение получили как двигатели. Это основной двигатель, применяемый в промышленности, сельском хозяйстве и в быту. Только асинхронных двигателей единых серий мощностью от 0,6 до 400 кВт в нашей стране ежегодно выпускается около 10 млн. Асинхронных микродвигателей мощностью от 0,6 кВт изготовляется несколько десятков миллионов в год.

Электротехническая промышленность выпускает асинхронные двигатели в большом диапазоне мощностей. Предельная мощность асинхронных двигателей — несколько десятков мегаватт. В индикаторных системах применяются асинхронные двигатели мощностью от долей ватта до сотен ватт. Частота вращения двигателей общего назначения — от 3000 до 500 об/мин.

В генераторном режиме асинхронные машины применяются редко. Для создания поля в зазоре асинхронной машины необходима реактивная мощность, которая забирается из сети или от других источников реактивной мощности. Асинхронные двигатели не

могут работать с

cos j =1. Это существенный недостаток асинхронных машин,

ограничивающий их применение в генераторном режиме.

При электромеханическом преобразовании энергии в асинхронных машинах, как и в других машинах, происходит преобразование энергии в тепло. Электрические потери в роторе асинхронной машины пропорциональны скольжению:

P э2= P эм× s,

(3.2)

где Р эм — электромагнитная мощность — мощность в воздушном зазоре машины. Чтобы большая часть электрической энергии преобразовывалась в механическую, асинхронные машины используются в электроприводах, где допустимо небольшое скольжение (s =1-4%). При глубоком скольжении (s= 10-4-50%) асинхронные машины используются редко, так как в этом случае большая часть мощности, забираемой из

сети, преобразуется в тепло, что приводит к низкому КПД и увеличению габаритов асинхронной машины из-за трудностей, связанных с отводом тепла от активных частей машины.

Наличие в роторе потерь, пропорционально зависящих от скольжения,— одна из особенностей асинхронных машин, обусловливающих их отличие от других типов электрических машин.

Если обмотки ротора представляют собой замкнутые контуры, то при скольжении s =l вся мощность, поступающая на ротор, преобразуется в тепло. При скольжении s =0 мощность на ротор не поступает. При скольжениях, отличных от 0 и 1, электромагнитная мощность преобразуется в двигательном режиме в механическую мощность и в тепло, а в генераторном режиме — в электрическую и в тепло.

В конструктивном исполнении асинхронные двигатели — наиболее простые, благодаря чему они получили наибольшее распространение.

Билет 9