Техническое обслуживание и ремонт электродвигателей, трансформаторов:

 

  • УСТРОЙСТВО И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
  • Сердечник (магнитопровод) трансформатора образует замкну­тый для магнитного потока контур и изготовляется из листовой электротехнической   стали   толщиной   0,5   и   0,35 мм.   В   состав
  •  
  •  
  • стали входит 4,0—5% кремния по весу. Присутствие кремния улуч­шает магнитные свойства стали и увеличивает ее удельное со­противление вихревым токам. Отдельные листы стали для изоля­ции их один от другого покрывают слоем лака, после чего стя­гивают болтами, пропущенным в изолирующихся втулках. Такое устройство применяется для уменьшения вихревых токов ин­дуктируемых в стали переменным магнитным потоком. Части магнитопровода, на которые надевается обмотка, называются стерж­нями. Стержни соединяются верхним и нижним ярмом.
  •  По конструкции магнитопровода различают два типа транс­форматоров: стержневые и броневые (рис. 199). У транс­форматора стержневого типа обмотки охватывают стержни магнито­провода; у трансформатора броневого типа магнитопровод, наоборот, как «броней», охватывает обмотки. В случае неисправности в об­мотке броневого трансформатора ее неудобно осматривать и трудно ремонтировать. Поэтому наибольшее распространение получили трансформаторы стержневого типа.
  • В последнее время на практике получили распространение трансформаторы, сердечники которых изготовляются из узкой ленты электротехнической стали (рис. 200). Ленточные сердечники разрезаются на две половины, чтобы можно было надеть на них катушки. Затем половины сердечника стягиваются и закрепляются.
  • Обмотка трансформаторов выполняется из изолированной круг­лой или прямоугольной меди. На стержень магнитопровода предва­рительно надевают изолирующий (обычно картонный, пропитанный бакелитовым лаком) цилиндр, на котором помещают обмотку низ­шего напряжения.   Расположение обмотки  низшего  напряжения ближе к стержню объясняется тем, что ее проще изолировать от стального стержня, чем обмотку высшего напряжения.
  •  
  • На наложенную обмотку низшего напряжения надевают другой изолирующий цилиндр, на который помещают обмотку высшего напряжения. Расположение этой обмотки снаружи удобно еще тем, что при неисправностях (которые чаще случаются в высоко­вольтной обмотке) она доступна для осмотра и ремонта.
  • Концы обмоток высшего и низшего напряжения выводятся через проходные изоляторы, укрепленные на стальной крышке трансфор­матора.
  • Сердечник с обмотками обычно опускают в бак прямоугольной или овальной формы, изготовленный из листовой стали. В бак заливается специальное трансформаторное масло, обладающее боль­шой электрической прочностью.
  • Витки обмотки, помещенной в масло, хорошо изолируются один от другого. Кроме того, трансформаторное масло, обладая большой теплопроводностью, отнимает тепло от обмоток и отдает его баку. Для увеличения поверхности охлаждения у бака делают ребристую поверхность. Для этой же цели к баку приваривают трубы, сооб­щающиеся с баком в верхней и нижней частях. Для трансформа­торов большой мощности трубы сваривают в отдельные блоки, назы­ваемые радиаторами, которые прикрепляют к баку. Крышка трансформатора при помощи болтов крепится к баку.
  • При работе трансформатора масло, отнимая тепло от обмоток трансформатора, само нагревается и начинает расширяться. При остывании масло сжимается и в свободное от масла пространство может проникнуть воздух, содержащий влагу. Во избежание этого между крышкой и баком прокладывают слой резины, которая не дает воздуху проникать в бак.
  • При большом объеме масла в баке расширение масла при нагре­вании может быть настолько большим, что оно станет вытекать из-под крышки. Чтобы дать возможность маслу расширяться, на крышке трансформатора устанавливают дополнительный бачок, называемый расширителем. Этот бачок соединяется трубой с баком. При нагреве масло вытесняется в расширитель, а при охлаждении, сокращаясь в объеме, уходит в бак. На расширителе устанавливают масломерную стеклянную трубку для наблюдения за уровнем масла. Так устроены масляные трансформаторы с есте­ственным воздушным (рис. 201) охлаждением. Трансформаторы небольших мощностей (5—10 ква) иногда устраиваются с естествен­ным воздушным охлаждением.
  • Для лучшего охлаждения трансформаторов с масляным охла­ждением устанавливают воздушные вентиляторы, приводимые в дви­жение электрическими двигателями (рис. 202). Для этой же цели некоторые трансформаторы имеют масляный насос, который гонит нагретое масло из верхней части бака, прогоняет его через змеевик, охлаждаемый проточной водой, и подает остывшее масло в нижнюю часть бака трансформатора.
  •  
  •  
  • Наблюдение за температурой масла в баке чаще всего осущест­вляется при помощи термометра, установленного в крышке транс­форматора.
  • До сих пор мы рассматривали трансформаторы, у которых на фазу   приходилось две  обмотки — высшего    и    низшего напряжений. Такие транс­форматоры называются д в у х  обмоточными. Встречают­ся трансформаторы, у которых на фазу приходятся одна пер­вичная и две вторичные обмот­ки. Первичная обмотка являет­ся обмоткой высшего напряже­ния (В. И.). Вторичные обмотки в зависимости от величины напряжения на их зажимах назы­ваются: одна — обмоткой сред­него напряжения (С. Н.) и дру­гая — обмоткой низшего напря­жения (Н. Н.). Такие трансфор­маторы называются т р е х обмоточными. Напряжения обмоток трехобмоточного транс­форматора указываются тройной дробью, например 220/115/10,5 кв или 110/35,8/11 кв.
  • Для трансформации трехфаз­ного тока можно пользоваться однофазными трансформаторами. Недостатком такой схемы яв­ляются большие затраты транс­форматорной стали на сердеч­ники трех трансформаторов.
  • Если объединить сталь трех сердечников в один общий сердечник,    мы    получим   сердечник   трехфазного   трансформатора.
  • На рис. 203 показаны схемы расположения обмоток трехфазных трансформаторов.
  • Обозначения Y/Y0 — 12 и Y/? — 11 указывают схемы и группы соединений обмоток трансформаторов:
  •  Y — соединение звездой;
  •  Y0 — соединение звездой с выводом нулевой точки;
  •  ? — соединение треугольником.
  • Начала  фазных  обмоток  высшего  напряжения   обозначаются латинскими буквами А,  В,  С,  низшего напряжения — а,  b, с.
  •  
  • Соответственно   концы   фазных   обмоток   обозначаются   буквами X, Y, Z и х, у, z.
  • В обозначении Y/?— 11 первый значок Y показывает, что обмотка высшего напряжения соединена звездой. Второй значок ? показывает, что обмотка низшего напряжения соединена треуголь­ником. Числа 11 и 12 показывают угловое смещение векторов линейных напряжений обмоток высшего и низшего напряжений. Оно соответствует углу сдвига в сторону вращения стрелки часов между векторами линейных напряжений первичной и вторичной обмоток, принимая за единицу угла угол в 30°. Так, при угле сдвига в 330° группа соединения будет 330 : 30 = 11.
  • На рис. 204 показаны устройство и частичный разрез трехфаз­ного трансформатора мощностью 300 ква на напряжение 6 кв. В том случае, когда мощность трансформатора, питающего потреби­тели, становится недостаточной, параллельно ему подключается другой трансформатор.
  • Для включения трансформатора на параллельную работу с дру­гими, уже работающими трансформаторами необходимо выполнить следующие условия:
  • равенство номинальных напряжений первичной и вторичной обмоток (равенство коэффициентов трансформации);
  • равенство   номинальных   напряжений   короткого   замыкания;
  • трансформаторы должны принадлежать к одной и той же группе соединений;
  • трансформаторы должны быть соединены одноименными зажи­мами (одинаковыми фазами со стороны высшего и низшего напря­жений).

 

Трансформаторы

1. Конструкция трансформатора

      Трансформатор представляет собой линейный электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования величин токов и напряжений без изменения частоты.
Трансформатор  состоит из  замкнутого  ферромагнитного  сердечника, на котором размещены две или большее число обмоток. Обмотка, подключенная к источнику энергии, называется первичной. Обмотки, подключенные к сопротивлениям нагрузки, называются вторичными.
Сердечник (магнитопровод) трансформатора изготавливают из листовой электротехнической стали, имеющей малые потери на перемагничивание и на вихревые токи. Отдельные листы стали изолируют слоем лака, после чего стягивают болтами. Такое устройство применяется для уменьшения вихревых токов, индуктируемых в стали переменным потоком.
По конструкции  сердечника различают два типа трансформатора: броневые и стержневые. На рис. 1  изображен   броневой трансформатор,  или  трансформатор  с   Ш-образным сердечником, а на рис. 2 - стержневой трансформатор с П-образным сердечником.



Рис. 1                          Рис. 2                    

2. Работа трансформатора в режиме холостого хода

       Под холостым ходом трансформатора понимается режим его работы при разомкнутой вторичной обмотке.
Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного напряжения. Ток i1х первичной обмотки создает переменное магнитное поле, намагничивающее сердечник трансформатора.
Магнитный поток в трансформаторе разделим на две части: основной магнитный поток Ф, замыкающийся в сердечнике, и поток рассеяния Ф1S, замыкающийся частично по воздуху.
На рис. 3 изображен трансформатор, работающий в режиме холостого хода.



Рис. 3

        W1 - число витков первичной обмотки;
       W2- число витков вторичной обмотки;
       R1 - активное сопротивление первичной обмотки.

     Определим ЭДС, индуктированную в первичной обмотке трансформатора основным магнитным потоком.

.

       Основной магнитный поток изменяется по синусоидальному закону

,


       где  Фm - максимальное или амплитудное значение основного магнит-ного потока;
              ? = 2?f - угловая частота;
              f - частота переменного напряжения.

       Мгновенное значение ЭДС

.


       Максимальное значение

.


        Действующее значение ЭДС в первичной обмотке

.


        Для вторичной обмотки можно получить аналогичную формулу

.

        Электродвижущие силы E1 и E2, индуктированные в обмотках трансформатора основным магнитным потоком, называются трансформаторными ЭДС. Трансформаторные ЭДС отстают по фазе от основного магнитного потока на 90°.
        Магнитный поток рассеяния индуктирует в первичной обмотке ЭДС рассеяния

,

        где  L1s - индуктивность рассеяния в первичной обмотке.
        Запишем уравнение по второму закону Кирхгофа для первичной обмотки

,

откуда

.     (1)


        Напряжение на первичной катушке имеет три слагаемых: падение напряжения, напряжение, уравновешивающее трансформаторную ЭДС, напряжение, уравновешивающее ЭДС рассеяния.
        Запишем уравнение (1) в комплексной форме

.     (2)


        где   индуктивное сопротивление рассеяния первичной обмотки.

        На рис. 4 изображена векторная диаграмма трансформатора, работающего в режиме холостого хода.

     Векторы трансформаторных ЭДС и отстают на 90° от вектора основного магнитного потока . Вектор напряжения параллелен вектору тока , а вектор опережает вектор тока на 90°. Вектор напряжения на зажимах первичной обмотки трансформатора равен геометрической сумме векторов - , ,             Рис. 4         .

     На рис. 5  изображена схема  замещения трансформатора,  соответствующая уравнению (2).

     XЭ - индуктивное сопротивление, пропорциональное реактивной мощности, затрачиваемой на создание основного магнитного потока.
В режиме холостого хода        .
Коэффициент трансформации     .

Рис. 5

Коэффициент трансформации экспериментально определяется из опыта холостого хода.

3. Работа трансформатора под нагрузкой

       Если к первичной обмотке трансформатора подключить напряжение U1, а вторичную обмотку соединить с нагрузкой, в обмотках появятся токи I1 и I2. Эти токи создадут магнитные потоки Ф1 и Ф2, направленные навстречу друг другу. Суммарный магнитный поток в магнитопроводе уменьшается. Вследствие этого индуктированные суммарным потоком ЭДС E1 и E2 уменьшаются. Действующее значение напряжения U1 остается неизменным. Уменьшение E1, согласно (2), вызывает увеличение тока токи I1. При увеличении тока I1 поток Ф1 увеличивается ровно настолько, чтобы скомпенсировать размагничивающее действие потока Ф2. Вновь восстанавливается равновесие при практически прежнем значении суммарного потока.
В нагруженном трансформаторе, кроме основного магнитного потока, имеются потоки рассеяния Ф1S и Ф2S, замыкающиеся частично по воздуху. Эти потоки индуктируют в первичной и вторичной обмотках ЭДС рассеяния.

,     ,

        где   X2S - индуктивное сопротивление рассеяния вторичной обмотки.
       Для первичной обмотки можно записать уравнение

.     (3)

        Для вторичной обмотки

,     (4)

        где  R2 - активное сопротивление вторичной обмотки;
              ZН - сопротивление нагрузки.
       Основной магнитный поток трансформатора есть результат совместного действия магнитодвижущих сил первичной и вторичной обмоток.

.

   Трансформаторная ЭДС E1, пропорциональная основному магнитному потоку, приблизительно равна напряжению на первичной катушке U1. Действующее значение напряжения постоянно. Поэтому основной магнитный поток трансформатора остается неизменным при изменении сопротивления нагрузки от нуля до бесконечности.
Если  , то и сумма магнитодвижущих сил трансформатора

.     (5)

        Уравнение (5) называется уравнением равновесия магнитодвижущих сил.
       Уравнения (3), (4), (5) называются основными уравнениями трансформатора.
       Из уравнения (5) получим формулу

.     (6)

        Согласно формуле (6), ток в первичной обмотке складывается из тока холостого хода, или намагничивающего тока, и тока, компенсирующего размагничивающее действие вторичной обмотки.
       Умножим левую и правую части уравнения (4) на коэффициент трансформации KT

.     (7)

        где   приведенное активное сопротивление вторичной обмотки;

               приведенное индуктивное сопротивление вторичной обмотки;

               приведенное напряжение на нагрузке;

               приведенное сопротивление нагрузки.
Величиной намагничивающего тока можно пренебречь, так как она мала по сравнению с током первичной обмотки трансформатора в нагрузочном режиме , тогда .
Подставим уравнение (7) в уравнение (3).
Получим

.     (8)

        Уравнению (8) соответствует упрощенная схема замещения трансформатора, изображенная на рис. 6.


Рис. 6

        активное сопротивление короткого замыкания трансформатора,

       индуктивное сопротивление короткого замыкания.

       Параметры упрощенной схемы замещения определяются из опыта короткого замыкания. Для этого собирается схема рис. 7.


Рис. 7

        Зажимы вторичной обмотки замыкаются накоротко. Измеряют напряжение, ток и мощность: U1k, I1k, Pk. Опыт короткого замыкания осуществляется при пониженном напряжении на первичной обмотке.
       Затем вычисляют

.

        где  ZK - полное сопротивление короткого замыкания.

       На рис. 8 изображена векторная диаграмма трансформатора, соответствующая упрощенной схеме замещения. Нагрузкой трансформатора является активное сопротивление RH.
Вектор тока совмещен с вещественной осью комплексной плоскости.


Рис. 8
Вектор напряжения на сопротивлении нагрузки совпадает с вектором тока по направлению. Вектор напряжения на индуктивном сопротивлении перпендикулярен, а вектор напряжения параллелен вектору тока. Вектор напряжения на входе трансформатора равен сумме трех векторов напряжения.
Упрощенная схема используется для расчета цепей, содержащих трансформаторы.

4. Специальные типы трансформаторов

     Наиболее  часто в  электротехнических   установках используются следующие  специальные типы трансформаторов: автотрансформаторы, многообмоточные и трехфазные трансформаторы.

Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого имеется только одна обмотка, часть которой принадлежит одновременно вторичной и первичной цепям. Схема однофазного трансформатора изображена на рис. 9.

       Режим холостого хода автотрансформатора, когда I2 = 0, ничем не отличается от режима холостого хода обычного трансформатора.
Подводимое к трансформатору напряжение U1 = UAB равномерно распределяется между витками первичной обмотки.


Рис. 9

Вторичное напряжение

        где  коэффициент трансформации.        Автотрансформаторы выгодно использовать в тех случаях, когда коэффициент трансформации близок к единице.
       Многообмоточные (одна первичная и несколько вторичных) трансформаторы используются в радиотехнических схемах для получения нескольких напряжений.
       В режиме холостого хода работа таких трансформаторов не отличается от двухобмоточных.
       В трехфазной сети переменного тока преобразование напряжений осуществляется с помощью трехфазного трансформатора с общим для трех фаз сердечником. В трехфазном трансформаторе с общим магнитопроводом магнитный поток любой из фаз может замыкаться через стержни, на которых расположены обмотки двух других фаз. Затраты стали на трехфазный трансформатор значительно меньше, чем на три однофазных трансформатора.

 

Санкт-Петербург, В.О. т. 8(921)979-05-60 

repair of electric motors of all types of rotor and stator winding electrical  repair of electric motors of all types of rotor and stator winding electrical  repair of electric motors of all types of rotor and stator winding electrical

 

 
 
 
 

Погода в Санкт-Петербурге - прогноз на сегодня и завтра

 

Статистика: