Расчет и конструирование трансформаторов (стр. 30 )

а)проводникового материала (обмоточный провод, медный илиалюминиевый);

б)изоляционных деталей.

В комплект обмотки входят также выводные концы, ответвления для регулирования напряжения, емкостные кольца и электростатические экраны емкостной защиты от перенапряжений.

Конструкция обмотки определяется в основном уже в ходе расчета трансформатора, когда выбираются тип обмотки и все обмоточные данные — число витков, размеры проводов, охлаждающих каналов, изоляционных цилиндров, барьеров и других деталей. Обмоточные данные должны быть увязаны с электромагнитными, изоляционными и тепловыми характеристиками трансформатора.

Расчет обмотки сводится к наиболее рациональному размещению требуемого числа витков в окне магнитопровода. что в значительной степени зависит от правильно выбранного типа обмотки. При выборе типа обмотки руководствуются предъявляемыми к ней требованиями, а также и технологической возможностью ее выполнения.

Правильно сконструированная обмотка трансформатора должна удовлетворять следующим основным требованиям:

а)иметь минимальные нагрузочные потери при наилучшем использовании обмоточной меди;

б)иметь достаточную механическую прочность;

в)иметь достаточную нагревостойкость;

г)изоляция обмотки должна иметь достаточную электрическую прочность.

Кроме того, к обмотке предъявляются еще и производственные требования, заключающиеся в наименьших производственных затратах на ее изготовление и связанной с этим простотой конструкции.

§ 12.2. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА И ТИПЫ ОБМОТОК

Основным материалом для изготовления обмотки трансформатора является обмоточный провод, представляющий собой изолированный медный или алюминиевый провод круглого или прямоугольного сечения Применяющийся для обмоток трансформаторов круглый провод имеет размеры (диаметры) согласно таблице диаметров, предусмотренной ГОСТ 6324—52 на обмоточную медь. Практически применяются провода диаметром 0,2÷4,l мм.

Изоляция провода применяется различная в зависимости от диаметра провода и от требований, предъявляемых к обмотке.

Провода различаются по марке, характеризующей их изоляцию.

Эмалированный провод марки ПЭЛ по ГОСТ 2773—69 применяется диаметром 0,2÷1,3 мм и для катушек малых размеров. При необходимости иметь более нагревостойкую и прочную изоляцию применяется эмалированный провод марки ПЭВ (покрытый высокопрочной винифлексовой эмалью по ГОСТ 7262—54).

Для силовых трансформаторов (мощностью 10 ква и выше) и для малых трансформаторов повышенной надежности (например, работающих в условиях тряски и вибрации), предпочтительно применение эмалированных проводов, обмотанных поверх эмали шелковой (капроновой) или хлопчатобумажной пряжей. Соответственно этому провода имеют марки ПЭЛШКО — для диаметров до 0,35 мм включительно и марку ПЭЛБО — для диаметров 0,38÷l,3 мм.

Для более толстых круглых проводов диаметром 1,3 ÷4,1 мм применяется марка ПБ — провод, изолированный несколькими слоями кабельной бумаги.

Для обмоток с повышенной нагревостойкостью применяются провода с нагревостойкой изоляцией марок ПСД — провод, обмотанный стеклянной пряжей в два слоя — по ГОСТ 7019—60 и ПСДК — то же, но пропитанный лаком на кремнийорганической основе.

Прямоугольный обмоточный провод применяется следующих марок: ПБ и ПББО, последний изолирован кабельной бумагой и поверх нее бумажной пряжей в разгон, ПСД и ПСДК (см. ранее марки круглого провода).

Марки алюминиевых проводов имеют в начале или конце обозначения дополнительную букву А, например: АПБ, АПББО, ПЭВА и т. д.

Размеры сечения прямоугольного провода (толщина а и ширина Ь) так же, как и диаметры круглого провода, стандартизованы. Для трансформаторов обычно применяются провода следующих размеров:

а— 1,35÷5,9 мм,

б—3,8÷14,5 мм.

Соотношения сторон сечения а и b могут быть взяты любые (предусмотренные таблицей сечений в ГОСТ 6324—52). Однако по производственным соображениям не рекомендуется выбирать провода, сечение которых было бы близко к квадратному (а≈b При намотке катушек такой провод ребрит, т. е. стремится повернуться на ребро, отчего легко может повредиться витковая изоляция. Кроме того, у такого провода затруднительно на глаз различить большую и меньшую стороны его сечения.

Активное сечение провода, приведенное в таблице ГОСТа, немного менее (на 0,3÷0,9 мм2), чем произведение ab. Это уменьшение сечения ызвано небольшими закруглениями углов сечения, необходимых во избежание порчи витковой изоляции на углах.

Элементом обмотки является виток обмоточного провода, охватывающий стержень магнитопровода. Сечение витка выбирается в зависимости от номинального нагрузочного тока. При малом токе применяется провод круглого сечения, при больших токах — прямоугольного сечения, в одну или несколько параллелей.

Число витков обмотки определяется по расчету исходя из величины напряжения. Отдельные витки обмотки группируются в катушки. Катушкой принято называть определенное количество витков, наматываемых на обмоточном станке в одну технологическую операцию (прием). Каждая обмотка может состоять из одной или нескольких соединенных между собой катушек.

При намотке катушки на станке каждый следующий виток может быть уложен либо рядом с предыдущим, либо поверх его (последнее, очевидно, практически возможно лишь при прямоугольном проводе). В зависимости от способа намотки будут получаться разные типы обмоток. В первом случае будет получаться обмотка цилиндрической формы, т. е. так называемая цилиндрическая слоевая обмотка; во втором — плоская катушка в виде диска. Обмотка, составленная из таких катушек, будет называться дисковой.

Все остальные типы обмоток являются лишь разновидностью или сочетанием рассмотренных двух основных типов обмоток.

§ 12.3. НАПРАВЛЕНИЕ НАМОТКИ КАТУШЕК

В § 2.3 указывалось, что группа соединения зависит от направления намотки катушек. Возможны два направления намотки — левое и правое.

Рис. 12.1 Схемы намотки слоевых катушек:

а — левая по направлению намотки; б — правая по направлению намотки; 1-барабан с проводом; 2 — плашки для натяжения провода; 3 — шаблон; 4 — место рабочего-обмотчика

Направление намотки однослойной катушки принято считать левой, если уклон ее витков совпадает с левой нарезкой болта, и соответственно правой, если совпадает с правой нарезкой. При левой намотке слоевой катушки, если смотреть с ее торца, провод от начала намотки проходит по катушке против часовой стрелки. Аналогичным образом в правой катушке провод от ее начала проходит по часовой стрелке. Это правило будет справедливо и для многослойной катушки, т. е. она будет называться левой или правой по направлению намотки ее первого слоя. Кстати, можно отметить, что у многослойных катушек направление намотки нечетных и четных слоев чередуется.

При намотке слоевых катушек на обмоточном станке, если рабочее место обмотчика находится со стороны, противоположной барабану с обмоточным проводом, намотка слоя будет получаться левой, если начинать наматывание этого слоя елевой стороны шаблона, и наоборот, направление слоя будет правым, если начинать его наматывание с правой стороны. Намотка левых и правых катушек схематически показана на рис. 12.1.

Обычно при отсутствии особых требований слоевые катушки изготовляются левыми, так как это несколько удобнее по технологическим соображениям.

§ 12.4. ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ СЛОЕВАЯ ОБМОТКА

Слоевая обмотка наматывается как из круглого, так и из прямоугольного провода в один, два или несколько слоев, в соответствии с чем она будет называться одно-, двух - или многослойной обмоткой.

Рис. 12.2. Двухслойная цилиндрическая обмотка из прямоугольного провода

Обмотка из прямоугольного провода может наматываться в один или несколько параллельных проводов с укладкой их плашмя или на ребро. При низком напряжении (до 690 в) обмотка обычно наматывается непосредственно на шаблон (оправку).

Слоевые обмотки из прямоугольного провода чаще изготовляются двухслойными, что конструктивно является более удобным, так как это позволяет более просто закреплять ее выводные концы. В зависимости от условий охлаждения между слоями прокладывается изоляция из электрокартона или устраивается канал для циркуляции масла (для трансформаторов с масляным охлаждением) (рис. 12.2).

Для масляных трансформаторов ширина канала выбирается по табл. 12.1.

Таблица 12.1

Конструктивная высота обмотки Hk, мм	Ширина канала aк, мм
До 300 300÷ 350 450 ÷ 400 400 ÷450 450 ÷500 500 ÷600	5 5,5 6 6,5 7 8

Рис. 12.3. Различные формы поперечного сечения реек:

а я б — для образования осевых ка­налов; виг — для крепления про­кладок, образующих радиальные ка­налы в непрерывных и винтовых об­мотках

Канал образуется при помощи реек. Рейки изготовляются либо клееными из электрокартона, либо деревянными с наклеенными со стороны прилегания к обмоточной меди коробками из электрокартона толщиной 0,5 мм (рис. 12.3, a и б).

По концам обмотки винтовая поверхность крайнего витка в каждом слое выравнивается либо полосами из электрокартона, либо кольцами, отрезанными от бакелитового цилиндра. Для заполнения пустого пространства, образующегося вследствие большой ширины витка, особенно при нескольких параллельных проводах, полосы и кольца имеют в развертке клиновидную форму. Ширина клина (рис. 12.4 и 12.5) должна быть на одном конце равной

(Hk-Ho)/2

а на другом

(Hk-Ho)/2+hB

где Нк и Ho— соответственно конструктивный и расчетный размеры

обмотки; hB— ширина витка.

При очень большой ширине hB витка (при токе 1500—2000 а) получается значительная осевая асимметрия между обмотками ВН и НН вследствие образующегося большого укорочения обмотки НН. В этом случае часто прибегают к сдвигу половины параллельных проводов, образующих сечение витка на 180° по окружности (рис. 12.6). В этом случае выравнивающие клинья представляют собой полукольца.