Что представляют собой обмотки трансформаторов?

Главная /  Статьи о трансформаторах /  Что представляет собой трансформатор

Трансформаторпредставляет собой две катушки индуктивности разделённые между собой слоем изоляции предохраняющим обмотки от пробоя при чрезмерной нагрузке.

Теория

Электрический ток, как электро движущая сила <э.

д.

с.>, возможен только при наличии переменного (меняющегося) магнитного поля (скорость изменения магнитного поля определяется частотой питающего тока). В простейшем электрогенераторе переменного тока, где якорь возбуждения имеет ряд (по окружности) постоянных магнитов с чередующейся полярностью <s,n>. По этому число магнитов на якоре всегда чётное, для возбуждения обмоток магнитное поле снимается минимум в двух точках обязательно на разных полюсах якоря.

Устройство

Простейший трансформатор состоит из:   1. первичной обмотки 2. вторичной обмотки

3. сердечника

Обмотки представляют собой отрезок обычно медной проволоки покрытой изоляцией с целью исключить меж виткового замыкания. Сердечник обычно собранный из пластин электротехнической стали (также существуют сердечники из ферромагнитных материалов и конструкций трансформаторов без сердечников, применяемые при работами с током высокой и сверх высокой частоты).

Сечение сердечника должно свободно позволять магнитному полю перетекать из места полярности <s> в место <n>, заданному первичной обмоткой, что особенно важно при постройке трансформаторов, обеспечивающих питание для электродуговой сварки. Задача сердечника отражать сохранять и аккумулировать магнитное поле в различных условиях работы трансформатора.

Работа трансформатора основывается на создании и потреблении переменного магнитного обмотками. Первичная обмотка содержит необходимое количество витков для создания максимального по силе магнитного поля и минимальной нагрузкой на питающую сеть.

Вторичная обмотка имеет необходимое количество обмоток для снятия расчетного тока, а также необходимое сечение провода по расчетным параметрам (напряжение, сила тока, мощность).

Питающий ток подаётся на первичную обмотку, в силу количества витков и сопротивления зависимого от длинны и сечения проволоки создаётся расчетно необходимое магнитное поле, полностью питающее вторичную обмотку. Ремонт трансформаторов- ответственное дело. Виток-энерго занимается ремонтом электродвигателейи трансформаторов  уже 20 лет.

Конструкция силового трансформатора представляет собой сложную систему. Если вам нужно купить трансформатор сухой силовой, но вы сомневаетесь в том, по каким параметрами выбрать товар, обратитесь к специалистам компании «Терра-Ток» для получения консультации. Звоните нам по телефону 8-800-505-90-82.

Обмотки – это совокупность витков, которые образуют электрическую цепь, где складывается электродвижущая сила, индуктируя в отдельных витках.

Эти конструктивные элементы состоят из обмоточных проводов и изоляционных деталей, которые предусмотрены конструкцией. Они не только защищают витки от электропробоя и препятствуют их смещению из-за электромагнитного воздействия, но и создают каналы для охладительных процессов. Рассмотрим подробнее.

Что представляют собой обмотки силовых трансформаторов

Эти элементы различаются по типу намотки, ее направлению, количеством витком, числу параллельных в витке проводов и схемой для соединения отдельных между собой отдельных элементов обмотки.

По взаимному расположению на стержне подразделяются на:

Концентрические. Изготовлены в виде цилиндров и располагаются на магнитном стержне концентрически;Чередующиеся. Обмотки высокого напряжения и низкого напряжения, которые чередуются на стержне в осевом направлении.

Главным элементом трансформаторных обмоток является виток, в нем наводится электродвижущая сила.

В зависимости от значений величины тока он может быть выполнен одним или несколькими параллельными проводами. Ряд из витков, который намотан на цилиндрическую поверхность, имеет название слоя. По количеству витков значение может варьироваться от одного до нескольких десятков.

Виды обмоток и их особенности

Однослойная или многослойная цилиндрическая обмотка образуется при намотке одного или несколько слоев провода круглого или прямоугольного 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. 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.

Винтовая или спиральная обмотка состоит из витков, которые наматываются по винтовой линии с расположенными между ними каналами. Для примера, первичная обмотка силового трансформатора для питания цепей радиоприемника будет иметь 1200 витков. Каждый такой виток состоит либо из одного (в редких случаях) провода, либо из нескольких одинаковых проводов прямоугольного сечения.

Второй вариант распространен больше. В этом случае одинаковые провода располагаются друг к другу в радиальном направлении плашмя. Такая обмотка может быть одноходовой или многоходовой.

Учитывайте сопротивление обмоток силового трансформатора, при котором эксплуатация крайне не рекомендована.

Изоляция

Обмотки силового трансформатора изолируются от других обмоток и заземленных частей.

Такая изоляция называется главной, помимо которой существует еще и продольная, представляющая собой изоляцию между отдельными компонентами конструкции обмотки – витками, слоями, катушками и так далее. Ее проводят еще в процессе изготовления. Главная же устанавливается при сборке.

От верхнего и нижнего ярм проводят изоляцию обмоток с помощью масляных каналов и барьеров, которые образуются ярмовой изоляцией, что перекрывает поверхность ярма, которая обращена в сторону обмоток. При ее проведении барьер с прикрепленными прокладками из прессованного электрокартона создает необходимые масляные промежутки.

Где купить силовой трансформатор?

Чтобы купить силовые трансформаторы в Терра-Ток, позвоните нам на бесплатную горячую линию. Мы не только поможем вам подобрать оптимальный продукт среди реализуемого, но и поможем с его установкой.

Конструкция обмоток трансформаторов должна удовлетворять условиям высокой электрической и механической прочности, а также нагревостойкости. Кроме того, технология изготовления обмоток должна быть по возможности простой и недорогой, а электрические потери в обмотках должны находиться в установленных пределах. Конструкции обмоток в зависимости от номинального тока и номинального напряжения обмотки весьма разнообразны.

Обмотки изготавливаются из медного, а в последнее время часто также из алюминиевого провода. Плотность тока в медных обмотках масляных трансформаторов находится в пределах 2 – 4,5 А/мм², а в сухих трансформаторах 1,2 – 3,0  А/мм². Верхние пределы относятся к более мощным трансформаторам.

В алюминиевых обмотках плотность токана 40 – 45% меньше. Для изготовления обмоток применяются круглые провода сечением 0,02 – 10 мм² и прямоугольные сечением 6 – 60 мм². Во многих случаях витки и катушки обмоток наматываются из определенного числа параллельных проводников.

Рисунок 1. Концентрические (а) и чередующиеся (б) обмотки

Обмотки масляных трансформаторов изготавливаются из проводов с эмалевой и хлопчатобумажной изоляцией (круглые сечения) и из проводов, изолированных двумя слоями кабельной бумаги или хлопчатобумажной пряжей (прямоугольные сечения). В сухих силовых трансформаторах применяются провода с нагревостойкой изоляцией из стекловолокна.

По способу расположения на стержнях и по взаимному расположению обмоток высшего напряжения ВНи низшего напряжения ННобмотки разделяются на концентрические(рисунок 1, а) и чередующиеся(рисунок 1, б). В первом случае обмотки ВНи ННрасположены относительно друг друга и вокруг стержня концентрически, причем ближе к стержню обычно находится обмотка НН, так как изоляция обмотки от стержня при этом облегчается.

В чередующихся обмотках катушки ВНи ННчередуются вдоль стержня по высоте. Чередующиеся обмотки имеют более полную электромагнитную связь, однако они сложнее в изготовлении и в случае высоких напряжений изоляция обмоток друг от друга усложняется. Поэтому в силовых трансформаторах обычно применяются концентрические обмотки, разновидности которых кратко рассматриваются ниже.

Рисунок 2. Многослойная цилиндрическая обмоткаРисунок 3. Многослойная цилиндрическая катушечная обмотка

Многослойные цилиндрические обмотки

Многослойные цилиндрические обмотки (рисунок 2) изготовляются из круглых или прямоугольных проводников, которые размещаются вдоль стержня в несколько слоев, причем между слоями прокладывается изоляция из кабельной бумаги.

При большом числе слоев обмотка подразделяется на две концентрические катушки, между которыми оставляется канал для охлаждения. Эти обмотки применяются при мощностях на стержень Sст≤ 200 кВ×А, при токе на обмотку стержня Iст≤ 135 А и напряжении Uл. н≤ 35 кВ.

Многослойные цилиндрические катушечные обмотки

Многослойные цилиндрические катушечные обмотки (рисунок 3) наматываются из круглого провода и состоят из многослойных дисковых катушек, расположенных вдоль стержня.

Между катушками (через каждую катушку или через две-три катушки) могут быть оставлены радиальные каналы для охлаждения. Такие обмотки применяются на стороне высшего напряжения при Sст≤ 335 кВ×А, Iст≤ 45 А и Uл. н≤ 35 кВ.

Рисунок 4. Двухслойная цилиндрическая обмоткаРисунок 5. Винтовая обмотка

Однослойные и двухслойные цилиндрические обмотки

Однослойные и двухслойные цилиндрические обмотки (рисунок 4) наматываются из одного или нескольких (до четырех) параллельных прямоугольных проводников и применяются при Sст≤ 200 кВ×А, Iст≤ 800 А и Uл.н≤ 6 кВ.

Винтовые обмотки

Винтовые обмотки (рисунок 5) наматываются из ряда параллельных прямоугольных проводников (от 4 до 20), прилегающих друг к другу в радиальном направлении. При большом количестве параллельные проводники могут располагаться также в каждом витке в несколько слоев в аксиальном направлении или же обмотка выполняется многоходовой, то есть параллельные проводники разбиваются на 2 – 4 группы и каждая группа образует самостоятельный винтовой ход обмотки.

Рисунок 6. Схемы частичной транспозиции параллельных проводников

Когда в радиальном направлении рядом располагается несколько параллельных проводников, то ток распределяется между ними неравномерно, что вызывает увеличение потерь.

Причиной неравномерного распределения тока является то, что такие элементарные витки, состоящие из одного параллельного проводника, сцепляются с разными по значению магнитными потоками и в них индуктируются разные электродвижущие силы (э. д. с.).

Такая разница в потокосцеплениях обусловлена магнитными потоками рассеяния, которые проходят в пространстве, занимаемом обмотками. Иными словами, можно сказать, что причиной увеличения потерь являются вихревые токи, индуктируемые магнитным полемв проводниках обмотки и вызывающие явление поверхностного эффекта. Вследствие этого активное сопротивлениеобмотки увеличивается.

Для обеспечения достаточно равномерного распределения тока между проводниками необходимо произвести транспозицию (перекладку) параллельных проводников, образующих виток (рисунок 6).

При полной транспозиции каждый проводник занимает в радиальном направлении поочередно все положения, возможные в пределах одного витка. Часто производится только частичная транспозиция проводников. Транспозиция осуществляется в нескольких местах по высоте стержня.

Винтовыми выполняются обмотки низшего напряжения при Sст≥ 45 кВ×А, Iст≥ 300 А.

Непрерывная спиральная катушечная обмотка

Непрерывная спиральная катушечная обмотка (рисунок 7) выполняется из прямоугольного провода и состоит из нескольких десятков дискообразных катушек, причем катушки наматываются по спирали и соединяются друг с другом без пайки.

Если виток состоит из нескольких параллельных проводников, то производится их транспозиция. Такие обмотки применяются при Sст≥ 60 кВ×А, Iст≥ 20 А, Uл. н≥ 2 кВ.

Рисунок 7. Непрерывная спиральная катушечная обмотка

Последние два типа обмоток являются в механическом отношении наиболее устойчивыми и способны выдерживать значительные осевые усилия, так как состоят из дискообразных элементов, имеющих в радиальном направлении достаточные размеры.

Радиальные и аксиальные каналы между катушками и слоями обмотки образовываются путем установки прокладок и реек, склеенных и спрессованных из электротехнического картона. При небольших мощностях и невысоких напряжениях цилиндрические обмотки надеваются на стержень магнитопровода и крепятся относительно его деревянными клиньями и планками, которые играют также роль изоляции. В остальных случаях применяются мягкие изоляционные цилиндры из листов электротехнического картона или жесткие цилиндры из рулонного электротехнического картона на бакелитовом лаке.

Наружная и внутренняя обмотки также крепятся относительно друг друга с помощью реек. Изоляция между обмоткой и ярмом выполняется из колец, шайб и прокладок, изготовляемых из электротехнического картона. При высоких напряжениях в случае надобности между обмотками и баком трансформатора ставятся изоляционные барьеры из электротехнического картона.

В весьма мощных трансформаторах применяются также более сложные виды обмоток.

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

Трансформатор – это электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряженияпри той же частоте.Действие трансформатора основано на использовании явления электромагнитной индукции.Переменный электрический ток (ток, который изменяется по величине и по направлению) наводит в первичной катушке переменное магнитное поле.

Это переменное магнитное поле, наводит переменное напряжение во вторичной обмотке. Величина напряжения ЭДС зависит от числа витков  в катушке и от скорости изменения магнитного поля.Отношение числа витков первичной и вторичной обмоток определяет коэффициент трансформации:   k = w1 / w2;  где:w1 — число витков в первичной обмотке;w2 — число витков во вторичной обмотке.Если число витков в первичной обмотке больше чем во вторичной — это понижающий трансформатор.Если число витков в первичной обмотке меньше, чем во вторичной — этоповышающий трансформатор.Один и тот же трансформатор может бытькак понижающим, так и повышающим, в зависимости от того на какую обмотку подается переменное напряжение.Трансформаторы без сердечника или с сердечником из высокочастотного феррита или альсифера — это высокочастотные трансформаторы ( частота выше 100 килогерц).Трансформаторы с ферромагнитным сердечником (сталь, пермаллой, феррит) – этонизкочастотные трансформаторы(частота ниже 100 килогерц).Высокочастотные трансформаторы используются в устройствах техники электросвязи, радиосвязи и др. Низкочастотные трансформаторы используются в усилительной технике звуковых частот, в телефонной связи.Особое место трансформаторы со стальным (набор из стальных листов) сердечником занимают вэлектротехнике.Развитие электроэнергетики напрямую зависит от мощных, силовых трансформаторов.Мощности силовых трансформаторов имеют величины от нескольких ватт до сотен тысяч киловатт и выше.

Силовой трансформатор – что же это?

На замкнутый сердечник (магнитопровод), набранный из стальных листов, надевают две или больше, обмоток, одна из которых соединяется с источником переменного тока. Другая (или другие) обмотка соединяется с потребителем электрического тока – нагрузкой.

Переменный ток, проходящий по первичной обмотке, создает в стальном сердечнике магнитный поток, который наводит в каждом витке обмотки – катушки переменное напряжение. Напряжения всех витков складываются в выходное напряжение трансформатора.

Форма сердечника – магнитопровода, может быть Ш – образной, О – образной и тороидальной, в виде тора. Таким образом в силовом трансформаторе электрическая мощность из первичной обмотки передается во вторичную обмотку через магнитный поток в магнитопроводе.

Потребителей электрической энергии очень много: электрическое освещение, электронагреватели, радио ителе аппаратура, электродвигатели и многое другое. И все эти приборы требуют различные напряжения (переменные и постоянные) и разные мощности.

Проблема эта легко решается с помощью трансформатора. Из бытовой сети с переменным напряжением 220вольт можно получить переменное напряжение любой величиныи , если необходимо, преобразовать его в постоянное напряжение.

Коэффициент полезного действия трансформатора довольно велик, от0,9 до 0,98и зависит от потерь в магнитопроводе и от магнитных полей рассеяния.От величины электрической мощностиРзависит площадь поперечного сечения магнитопроводаS.По значению площадиSопределяется, при расчетах трансформатора, количество витков wна 1 вольт:

w = 50 / S.

Мощность трансформатораРсвыбирается из требуемой величины нагрузкиРнплюс величина потерь в сердечнике.

При расчете трансформатора с определенной степенью точности можно считать, что мощность нагрузки во вторичной обмотке Pн = Uн * Iни мощность потребляемая из сети в первичной обмоткеPc = Uc * Icприблизительно равны. Если  потерями в сердечнике  пренебречь, то получается равенство:

k = Uс / Uн = Iн / Iс.

То есть, выводится правило: токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны их напряжениям, а соответственно и числу их витков.

Источники:

• www.vitok-energo.ru
• terra-tok.ru
• www.electromechanics.ru
• domasniyelektromaster.ru