2 Выбор и описание  конструкции 

   В качестве конструктивного прототипа  в курсовом проекте выбрана конструкция  современного серийного силового  двухобмоточного трехфазного трансформатора ТМ-4700/35.

   Такое решение позволяет применить  в спроектированном трансформаторе ряд элементов конструкции серийного  трансформатора, то есть  осуществить  наиболее экономически выгодный вид  стандартизации – унификацию. При  этом существенно снизятся затраты  на изготовление спроектированного  трансформатора за счет применения оборудования и технологических процессов, которые  используют для серийно выпускаемых  трансформаторов.

   На  рис. 2.1 приведена принятая в проекте  конструкция трансформатора.

   Рисунок 2.1

 

   2.1 Общая характеристика  конструкции 

   Конструкцию трансформатора обычно представляют в  виде трёх основных систем:

   - магнитной;

   - обмоток;

    - вспомогательной.  

 

   Магнитная система предназначена локализации (канализации) основного магнитного потока, участвующего в преобразовании энергии, а также служит  механической основой, на которой располагается  обмотка и ряд других конструктивных элементов. Величины индукции в магнитной  системе и геометрические размеры  ее конструкции определяют величину потерь и тока холостого хода.

   Система обмоток необходима для осуществления  процесса преобразования энергии, а  плотность тока и геометрические размеры обмоток влияют на величину потерь и напряжения короткого замыкания.

   Вспомогательная  система включает приспособления и  устройства, конструкция которых  необходима для обеспечения надежной работы трансформатора (например, система  охлаждения), регулирования, защиты, контроля и т.п.

    

   2.2 Конструкция магнитной  системы 

   По  расположению стержней, которые охватывают обмотки, различают пространственные (рис. 2.2) и плоские (рис2.3) магнитные системы.

   Рисунок 2.2 Пространственные магнитные системы: 

а) стыковая со стержнями, собранными из плоских пластин, и навитыми ярмами;

б) навитая неразрезная, состоящая из трех навитых колец 
 
 
 

   

   Рисунок 2.3 Плоский стержневой магнитопровод:

1 - стержень; 2 - верхнее ярмо; 3 - нижнее ярмо 

   В проекте принята плоская трехстержневая магнитная система (рис.2.1), которая состоит из трех стержней 23 и, соединяющих их, верхнего 15 и нижнего 30 ярем.

   Поперечное  сечение стержня имеет вид  ступенчатой фигуры, вписанной в  окружность (рис.2.4). Размеры ступеней стержня (пакетов) выбраны из условия  наибольшего заполнения площади  круга площадью ступенчатой фигуры (наибольший коэффициент круга, К_кр).

   Диаметр стержня (т.е. диаметр описанной окружности вокруг ступенчатой фигуры) является основным размером с точки зрения проектирования.

   Такая форма сечения стержня позволяет:

   - снизить расход материала обмоток;

   - избежать  резких перегибов витков обмоток,  что не нарушает изоляции про-водников;

   - равномерно распределить по длине  витка электродинамические усилия;

   - упростить  изготовление обмоток, наматываемых  на поверхность изоляци-онных цилиндров.

   С целью уменьшения индукции (потерь в стали) ярма выполнены с большим  сечением за счет объединения нескольких стержней (рис.2.5).

   В проекте принято для стержня -  9 ступеней, а для ярма - 8.

   Пакеты  набираются (шихтуются) из электротехнической анизотропной холоднокатаной стали 3405 толщиной 0,35 мм. Шихтовка электротехнической сталью (в стали имеется присадка кремния) снижает потери от вихревых токов в магнитопроводе.

                                                

     Рисунок 2.4  Сечение стержня                               Рисунок 2.5 Сечение ярма 

   Влияние воздушных зазоров  в местах стыка  отдельных пластин ослабляют  применением такой последовательности укладки (плана), при котором последующий  слой пластин перекрывает стыки  предыдущего. Стыки (углы) пластин могут быть прямыми (рис.2.6), косыми (рис.2.7) и комбинированными (рис.2.8). Применение таких планов шихтовки позволяет снизить величину тока намагничивания, а косые углы, выполнение которых технологически более сложно, уменьшают потери в углах и дополнительно снижают ток намагничивания трансформатора.

Рисунок 2.6 План шихтовки магнитной системы  с прямыми стыками

  

Рисунок 2.7 План шихтовки магнитной системы  с косыми стыками

 

 Рисунок 2.8 План шихтовки магнитной системы  с комбинированными стыками 

    В  спроектированном трансформаторе  выбраны углы с косыми стыками  (рис.2.7).

   В собранном виде шихтованный магнитопровод (рис.2.3) прессуется. Под прессом на стержни накладывают бандажи из стеклоленты 20 (рис.2.1) на подложки из электротехнического картона. Расстояние между бандажами 15…20 см.

   На  ярма накладывают с двух сторон ярмовые балки 12, 31, и хомуты 10 (рис.2.1). Ярмовые балки скрепляются выносными за ярма шпильками, а хомуты охватывают ярма по середине окна (рис.2.9).

   Рисунок 2.9 Прессовка ярма:

1 - ярмовая балка; 2 - стяжная шпилька; 3 - ярмо магнитопровода; 4 - стальные полубандажи 

   Усиление  механической связи верхних и  нижних ярем с помощью прессующих (стержень) пластин или стяжных (ярем) шпилек позволяет избежать возможности  расшихтовки верхнего ярма при транспортировке полностью собранного и скрепленного магнитопровода. В таком виде его называют остовом.

     Для усиление механической связи  верхних и нижних ярем в  проекте приняты стержни без  прессующих пластин с стяжными шпильками.

   Остов после проверки на соответствие его  заданным потерям и току намагничивания поступает на участок сборки активной части (остов с обмотками). На этом участке расшихтовывают верхние ярмо и подготавливают стержни для насадки изготовленных обмоток.  

   2.2 Система обмоток 

   В спроектированном трансформаторе принято  концентрическое расположение обмоток  относительно стержня. На каждом стержне  обмотка НН 22 располагается ближе  к стержню, а обмотка ВН 21 охватывает обмотку НН (рис.2.1).

   По  расположению проводников витка  и витков относительно стержня наиболее распространенными типами обмоток  являются:

   - цилиндрические из круглого провода;

   - цилиндрические из прямоугольного  провода;

   - винтовые (одно- и многоходовые);

   - непрерывные спиральные катушечные.

   В проекте для НН выбрана винтовая обмотка, а для стороны ВН –  непрерывная спиральная катушечная обмотка.

   Обе обмотки выполнены из прямоугольных  алюминиевых проводников с бумажной изоляции типа АПБ.

   Выбранная изоляция проводников обеспечивает класс нагревостойкости А (допустимый перегрев обмотки относительно окружающего воздуха 65⁰ С, при наибольшей его температуре 40⁰С). Этому классу (не ниже) соответствует остальные изоляционные материалы.

   Обмотки намотаны на цилиндрах  выполненных из электротехнической бумаги и пропитанные бакелитовым лаком.

   Для обеспечения одновременно изоляции и надежного охлаждения обмотки  выполняются с осевыми (вертикальными) и радиальными (горизонтальными) каналами, по которым естественным способом перемещается трансформаторное масло. Осевые каналы формируются с помощью вертикальных прокладок – реек (рис.2.10), а радиальные каналы – с помощью реек и прокладок (рис.2.11). 

Рисунок 2.10 Различные формы поперечных сечений реек

   Рисунок 2.11 Расположение реек и междукатушечных прокладок:

 1 - бумажно-бакелитовый  цилиндр; 2 - обмотка; 3 - рейка; 4 – прокладка 

   Между слоями, спаренными витками и катушками  применяют в качестве изоляции кабельную  бумагу К-120 толщиной 0.12 мм, или шайбы  из электротехнического картона  толщиной 1 или 2 мм.

   В проекте для обмоток использованы:

   - рейки для обмотки НН и ВН;

   - шайбы для обмотки НН и ВН  - электротехнический картон марки Б;

   - кабельную бумагу для междуслоевой  изоляции в обмотке НН - бумагу  К-120 толщиной 0.12 мм

   Обмотка ВН каждой фазы выполнена с отпайками  от четырех секций (катушек), каждая из которых имеет 2,5% от витков, соответствующих  требуемому коэффициенту трансформации. Общее (суммарное) количество витков составляет 105% от требуемого коэффициентом трансформации.

   Отпайки в обмотке ВН служат для регулирования  напряжения путем переключения витков. Переключение осуществляется без возбуждения  – ПБВ, т.е. трансформатор отключен полностью от сети.

   Перед насадкой обмоток на стержни (верхнее  ярмо 15 расшихтовано, рис.2.1) на нижнем ярме и ярмовых балках располагают уравнительную изоляцию 25. Она выполняется из дерева (бука) и образует вместе с наибольшим выступом пакета ярма горизонтальную площадку. На этой горизонтальной площадке располагают изоляционную шайбу 24 из прессованного электрокартона. На шайбе имеются выступы, на которые упираются обмотки в НН и ВН. Эти выступы позволяют маслу проходить между ними в вертикальные и горизонтальные каналы обмоток, обеспечивая охлаждение последних перемещающимся  маслом.

   Далее обмотки располагают на стержнях. Сверху на обмотки накладывают эти  же шайбы с выступами, но с разворотом на 180⁰, что позволяет охлаждающему маслу (на уже нагретому) выходить из обмоток в бак. На шайбы накладывают прессующие кольца, зашихтовывают верхнее ярмо 15, стягивают его ярмовыми балками 12, а затем прессующими болтами 19 (рис.2.1), которые крепятся к ярмовым балкам, подпрессовывают обмотки для придания обмоткам монолитности. Таких прессующих болтов - 12 штук.

   После пайки к концам обмоток отводов  к вводам и переключателю витков эту часть трансформатора называют активной. Далее она поступает  на участок окончательной сборки трансформатора. 

   2.3 Вспомогательная  система 

   Основные  элементы конструкции вспомогательной  системы трансформатора изображены на общем виде (рис.2.1).

   Над активной частью расположен переключатель  витков 11. Рукоятка привода переключения витков располагается на стенке бака или на крышке бака.

   Активную  часть трансформатора вместе с переключателем витков располагают в баке 8, на дне  которого кладут деревянные бруски 26. Бруски лежат  вплотную к стенке бака, их крепят к нижним ярмовым балкам 31. Такая конструкция позволяет снизить добавочные потери в стенках бака от потоков рассеивания третей гармоники (увеличив немагнитный зазор между ферромагнитным дном бака и нижним ярмом 31), а также предотвращает смещение активной части по дну бака.

   На  верхних ярмах выполняют упорные  болты 17, которые, упираясь в стенки бака, исключают наклон активной части  к стенкам бака при транспортировке  и монтаже.