ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МАГНИТОПРОВОДОВ
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
УСТРОЙСТВО И КОНСТРУКЦИЯ МАГНИТОПРОВОДОВ
Магнитная система (магнитопровод) и обмотки являются основными элементами трансформатора. Магнитопровод служит цепью, по которой замыкается магнитный поток трансформатора, пронизывающий обмотки. Магнитопровод (рис. 4-1, а, б) состоит из активной части, собранной из отдельных пластин или лент электротехнической стали и выполняющей основное назначение — проведение магнитного потока, и конструктивных элементов — ярмовых прессующих балок или бандажей, стяжных шпилек, изоляционных деталей и пр. В свою очередь у активной части различают стержни 2 — элементы контура, на которых устанавливаются и укрепляются обмотки, и ярма 1 — элементы, замыкающие стержни и тем самым служащие для образования замкнутого магнитного контура, на которых, как правило, обмотки не устанавливаются.
Ярмовые балки 3, располагаемые с обеих сторон верхнего и нижнего ярм, стягивают и прессуют тем или иным образом ярма. На них устанавливают приспособления для подъема магнитопровода и активной части трансформатора 8; уширения полок ярмовых балок служат для опоры обмоток и изоляционных узлов, а также размещения деталей осевой прессовки обмоток 4. Ярмовые балки изолируют от активной стали пластинами из электрокартона с прокладками («мост»), расположенными между балкой и ярмом, и создают масляный охлаждающий канал между ними.
На рис. 4-2 показаны способы прессовки ярма, а на рис. 4-3 — стержней.
При большом разнообразии магнитопроводов различают два основных типа стержневой и броневой.
Рис. 4-1. Магнитопроводы. а — современная бесшпилечная конструкция пятистержневого магнитопровода трансформатора мощностью 1000 МВ - А, 330 кВ; б — старая конструкция трехстержневого магнитопровода со шпильками трансформатора мощностью 31,5 МВ - А, 110 кВ; 1 — ярмо, 2 — стержень; 3 — ярмовая балка; 4 — прессующие устройства для осевой прессовки обмоток; 5 — стяжные шпильки, 6 — стеклобандажи; 7 — крепление ярмовых балок; 8 — полубандажи и их крепление.
Рис. 4-3. Способы прессовки стержней. а — полубандажами; б — с помощью струбцины; в — с помощью разделенных ярмовых балок; г — шпильками, 1 — активная сталь ярма; 2— прессующая шпилька; 3— бумажно-бакелитовая трубка, 4 — стальная втулка; 5 — шайба увеличенной толщины (гетинакс или электрокартон); 6 — стальная шайба; 7 — гайка; 8 — усиливающая пластина, приваренная к полке ярмовой балки; 9 — вертикальная полка ярмовой балки; 10 — изоляционная прокладка; 11 — сварная скоба струбцины; 12 — нажимной винт; 13 — ярмовая балка; 14 — замковое устройство; 15 — пластина прессующая; 16 — полубандаж.
Рис. 4-2. Способы прессовки ярма.
а — стальными ленточными бандажами, б — стеклобандажами; в — вертикальными пластинами; г — шпильками; 1 — пластина из электрокартона, 2 — стальная накладка, 3 — стальная шайба; 4 — стальная прессующая шпилька; 5 — гайка, 6— изолирующая угловая шайба, 7 — бумажно-бакелитовая трубка; 8 — активная сталь стержня; 9 — стальная замковая пряжка; 10 — изоляция бандажа от активной стали стержня; 11 — стальная лента; 12 — изолирующая пряжка; 13 — пластины прессующие; 14 — стеклобандаж.
Рис. 4-4. Типы магнитопроводов.
а — однофазный стержневой; б — однофазный броневой; в — трехфазный стержневой; г — однофазный бронестержневой: д — трехфазный бронестержневой; 1 — стержень; 2 — верхнее ярмо; 3 — нижнее ярмо; 4 — боковое ярмо; 5 — обмотка.
Боковые ярма отсутствуют. Этот тип магнитопровода является основным, принятым в отечественном трансформаторостроении.
Броневой тип магнитопровода характеризуется тем, что оба конца каждого стержня соединяются не менее чем двумя боковыми ярмами. Ярма охватывают не только торцы обмоток, но их боковые стороны, стержни, обычно расположены горизонтально; обмотки, как правило, имеют прямоугольную форму. Трансформаторы с броневой конструкцией магнитопровода в Советском Союзе, как правило, не изготавливаются. Броневые трансформаторы средних и больших мощностей изготавливают лишь отдельные зарубежные фирмы.
Рис. 4-5. Схемы шихтовки магнитопроводов. а — однофазные с прямым стыком; б — трехфазные с прямым стыком; в — трехфазные с косым стыком; 1 — 1-й, 3-й, 5-й слои и т. д.; 2 — 2-й, 4-й, 6-й слои и т. д.
Рис. 4-6. Части магнитопровода (заштрихованные), в которых возникают увеличенные потери в холоднокатаной стали. а — при прямых стыках; б — при косых стыках.
Промежуточным между стержневым и броневым является бронестержневой магнитопровод. У него часть стержней имеет боковые ярма. Он имеет вертикально расположенные стержни для установки обмоток, как правило, цилиндрической формы. В то же время его ярма (верхние, нижние, боковые) образуют разветвленную магнитную цепь и охватывают обмотки отдельных стержней с боковых сторон. Этот тип магнитопроводов широко применяется для трансформаторов больших мощностей, когда вопросы транспортабельности трансформатора приобретают решающее значение.
Все типы магнитопроводов могут применяться как для однофазных, так и трехфазных трансформаторов. Конструкции различных типов магнитопроводов представлены на рис. 4-4.
По способу соединения стержней с ярмами магнитопроводы разделяются на стыковые, когда ярма собирают отдельно от стержней, а затем их соединяют (стыкуют) между собой и стягивают шпильками, и шихтованные, когда стержни и ярма не являются отдельными элементами, а пластины стержней и ярм «переплетаются» (шихтуются). Магнитопровод может иметь и промежуточную конструкцию, когда нижнее ярмо изготавливается шихтованным, а верхнее устанавливается встык. В отечественном трансформаторостроении магнитопроводы стыковой конструкцией не применяются.
По форме стыка стержневых и ярмовых пластин шихтованные магнитопроводы могут выполняться с прямым или косым стыком. Схемы шихтовки магнитопроводов с прямым и косым стыками представлены на рис. 4-5.
Магнитопроводы с косым стыком изготавливаются из холоднокатаной текстурованной электротехнической стали для уменьшения длины участков магнитной цепи, на которых направление магнитного потока не совпадает с направлением прокатки электротехнической стали. Применение косого стыка целесообразно в магнитопроводах, у которых масса активной стали в углах составляет значительную величину по отношению к массе всей активной стали.
Уменьшение зоны повышения потерь в углах магнитопровода с косым стыком хорошо видно на рис. 4-6. Применение косого стыка позволяет существенно снизить потери холостого хода трансформатора.
Для крупных однофазных трансформаторов и автотрансформаторов высокого напряжения применяются магнитопроводы, состоящие из нескольких отдельных элементов.
Рис. 4-7. Многорамные магнитопроводы (схемы) с разным расположением рам (одна внутри другой и рядом).
а — однофазный двухрамный; б — трехфазный двухрамный (с полной магнитной связью между рамами) 1 — внутренняя рама; 2 — наружная рама; 5 — канал между рамами, в — однофазный трехрамный; г — однофазный четырехрамный: 1 — стержень; 2 — горизонтальное ярмо; 3 — вертикальное (боковое) ярмо; 4 — обмотка НН, 5 — обмотка ВН.
Схемы многорамных магнитопроводов представлены на рис. 4-7. Применение многорамных магнитопроводов с уменьшенной вдвое шириной пластин ярма улучшает условия шихтовки верхнего ярма при сборке трансформатора, увеличивает интенсивность охлаждения, а главное — в 2 раза уменьшает площадь «углов», где линии магнитной индукции отклоняются от направления прокатки листов (рис. 4-6, а).
Для трансформаторов небольшой мощности, порядка 100—500 кВ - А (иногда несколько тысяч киловольт- ампер), применяются намотанные из лент рулонной холоднокатаной стали магнитопроводы. Витому из ленты магнитопроводу в виде кольца придается необходимая форма путем обжима (формовки) на прессах. Для снятия внутренних напряжений в стали магнитопровод в собранном виде подвергается отжигу. Потери холостого хода в трансформаторах с намотанным магнитопроводом на 20—25% меньше, чем в обычных шихтованных.
