Подробности Категория: Теория
Обмотки должны удовлетворять следующим требованиям: обладать надлежащими механической и электрической прочностью, нагревостойкостью, экономичностью (в отношении потерь), технологичностью, быть простыми в изготовлении, удобными и недорогими. Медь долгое время была основным материалом, из которого изготовляли обмотки трансформатора. Мировая добыча меди ограничена, и темпы ее прироста меньше темпов роста мировой электротехнической промышленности.
В связи с этим медь стали заменять алюминием. Наиболее экономически выгодно оказалось использовать алюминий в трансформаторах, где он находит все большее применение. Но использование алюминия для обмоток трансформаторов связано с некоторыми трудностями.
Так как электрическая проводимость алюминия составляет лишь 61 % проводимости меди, то сечение алюминиевых обмоток должно быть соответственно больше. При конструировании этих обмоток необходимо учитывать, что прочность алюминия на разрыв равна-—700 кГ/см2, а меди —2250 кГ/см2.
Увеличенные размеры обмоток обусловливают повышение напряжения короткого замыкания трансформатора (см. § 1 главы III). Для его снижения приходится увеличивать диаметр стержней сердечника и уменьшать число витков, что ведет к увеличению размеров бака и объема масла.
При этом возрастает средняя длина витка, что требует дальнейшего увеличения сечения для сохранения нужной величины активного сопротивления обмотки. Провода, применяемые при изготовлении обмоток, бывают круглого сечения с площадью до 10 мм2 и прямоугольного от 6 до 60 мм2.
Плотность тока в трансформаторах с масляным охлаждением лежит в пределах от 2,0 до 4,5 амм2, с воздушным — от 1,2 до 3 а/мм2. Изоляция проводов должна удовлетворять требованиям в отношении нагревостойкости, теплопроводности, влаго- и химостойкости, механической прочности.
Для проводов обмоток масляных трансформаторов широко применяют хлопчатобумажную изоляцию, в трансформаторах небольшой и средней мощности используют эмалевую изоляцию (нагревостойкие эмалевые лаки), провода прямоугольного сечения изолируют также двумя слоями кабельной бумаги и хлопчатобумажной пряжей.
Бумажная изоляция в комбинации с трансформаторным маслом при аккуратной сушке и высокой степени дегазации обеспечивает достаточную электрическую прочность. Для пропитки обмоток трансформаторов в настоящее время применяют синтетические лаки и смолы. К последним относятся фенольные смолы.
Применяемые в последние годы полиэфирные смолы отличаются хорошей пропиточной способностью, не образуют пустот. Старение изоляции заключается в том, что в процессе эксплуатации ей сообщается некоторое количество энергии, которая, превращаясь в другие виды энергии, вызывает ухудшение качества изоляции. Энергия электрического поля, сообщаемая изоляции, превращается в тепловую, вызывая ее нагрев, химическую, вызывая разложение материала, механическую, образуя трещины, разрывы, расслоения.
Рис. 19. Обмотка трансформатора: а — концентрическая; 6 — чередующаяся. По взаимному расположению обмотки высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения подразделяются следующим образом: а) концентрические, расположенные друг относительно друга и вокруг стержня концентрически. Ближе к стержню обычно находится обмотка низшего напряжения но очевидным соображениям упрощения в таком случае изоляции обмотки от стержня; б) чередующиеся, в которых части обмоток ВН и НН по высоте стержня следуют поочередно (рис. 19). При современной технике выполнения непрерывных обмоток концентрическое расположение проще, чем чередующееся с вынужденными пайками, и более экономично как по затрате труда, так и по месту, занимаемому обмоткой в окне трансформатора. Чередующиеся обмотки трансформатора не только сложны в изготовлении, но при высоких напряжениях изолировать их друг от друга сложно и дорого. Но эти обмотки благодаря более тесному переплетению их отдельных частей имеют более полную электромагнитную связь, что уменьшает их индуктивное сопротивление рассеяния (§ 3 главы II). Для трансформаторов радиоустановок это имеет определенное значение. При чередующихся обмотках в высокоамперных и броневых трансформаторах отводы выполнять удобнее.
Рис. 20. Цилиндрическая двухслойная обмотка, намотанная двумя параллельными прямоугольными проводами.
Но в общем случае в силовых трансформаторах обычно применяют концентрические обмотки, и трансформатор со стержневым сердечником и концентрической обмоткой следует считать основным типом в СССР.
Концентрические обмотки конструктивно могут быть цилиндрическими, винтовыми и непрерывными спиральными. Цилиндрические обмотки бывают однослойные, двухслойные и многослойные.
Однослойные и двухслойные обмотки наматывают по высоте соответственно в один или два слоя из прямоугольного провода. В последнем случае между слоями оставляют канал а для охлаждения (рис. 20).
Цилиндрические обмотки просты, но так как их радиальные размеры невелики, они не обладают достаточной прочностью при воздействии на них осевых сил. Применяют их в основном в качестве обмоток низшего напряжения, наматывая из одного или нескольких (до четырех) параллельных проводов, при номинальных токах до 800 а и мощности на стержень до 200 кВА.
Рис. 22. Многослойная катушечная цилиндрическая обмотка.
Рис. 24. Непрерывная спиральная обмотка.
Многослойная катушечная цилиндрическая обмотка отличается от предыдущей разбивкой по высоте стержня на отдельные катушки, между которыми проложена изоляция а и могут быть охлаждающие каналы (обычно после каждых двух катушек). Будучи достаточно простой в производстве, она используется в качестве обмотки высшего напряжения до 35 кв при мощности на стержень до 335 кВА (рис. 22).
Винтовую обмотку (рис. 23) выполняют параллельно включенными, прилегающими друг к другу в радиальном направлении проводами (от 4 до 20) прямоугольного сечения. Витки, как и в цилиндрической обмотке, наматывают по винтовой линии, по между двумя соседними по высоте витками оставляют горизонтальный канал а шириной 4,5—6 мм.
При большем количестве параллельных проводников их располагают в каждом витке в несколько слоев в аксиальном направлении или параллельные провода разбивают на 2—4 группы, каждая из которых образует самостоятельный винтовой ход обмотки. Обмотка в таком случае называется многоходовой.
Расположенные рядом в радиальном направлении несколько параллельных проводов неодинаково сцепляются с силовыми линиями магнитных потоков рассеяния, проходящих в пространстве, занимаемом обмотками.
Это служит причиной возникновения разности потенциалов между отдельными точками проводов витка по радиальному направлению и как следствие этого вихревых токов, вызывающих явление поверхностного эффекта. Вследствие этого увеличивается активное сопротивление обмотки, что влечет за собой увеличение потерь.
Для возможно более равномерного распределения тока между параллельными проводами витка прибегают к полному и частичному перекрещиванию (транспозиции) проводов. Винтовую обмотку применяют для низших ступеней напряжения при токах более 300 а в трансформаторах средней и особенно большой мощности.
Она обладает достаточной механической прочностью, так как имеет относительно большие радиальные размеры. Непрерывная спиральная обмотка в отличие от винтовой состоит из ряда плоских катушек — дисков, отделенных друг от друга каналами а для охлаждения (рис. 24). Выполненные из прямоугольного провода дисковые катушки наматывают по спирали и соединяют друг с другом без пайки.
Если виток обмотки состоит из нескольких параллельных проводов, то делают их транспозицию. Несмотря на сложность изготовления, непрерывную спиральную обмотку широко используют как для высшего, так и для низшего напряжения из-за ее большой механической прочности и надежности. Конструкционными элементами этих обмоток являются разного рода распорки, клинья, прокладки и т. п.
, а также изоляционные пленки и цилиндры, помещаемые между слоями, катушками и обмотками. При небольших мощностях и низких напряжениях цилиндрические обмотки надевают непосредственно на стержень; деревянные клинья и планки, прессующие стержень, выполняют одновременно роль изоляции. В других случаях обмотку отделяют от стержня одним или двумя изоляционными цилиндрами, в зависимости от ее напряжения (рис. 17,6). Широко применяются жесткие цилиндры, изготовленные из намоточной бумаги или рулонного электротехнического картона на бакелитовом лаке, допускающие непосредственную укладку обмоток на них.
Рейками и прокладками, склеенными и спрессованными из электрокартона, крепят наружную и внутреннюю обмотки относительно друг друга, их используют также для образования каналов между обмоткой и изоляционным цилиндром, катушками и слоями обмотки.
Обмотки трансформаторов
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 тока на 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 ВН и низшего напряжения НН обмотки разделяются на концентрические (рисунок 1, а) и чередующиеся (рисунок 1, б).
В первом случае обмотки ВН и НН расположены 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 ВН и НН чередуются 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 обмотка | Рисунок 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 обмотка | Рисунок 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 полем в проводниках обмотки и вызывающие явление поверхностного эффекта. Вследствие этого активное сопротивление обмотки 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.
Тест по теме "Трансформатор"
Тест «Трансформатор» 1 вариант.
| №№ | Вопросы | Варианты ответов |
| 1 | Работа трансформатора основана на явлении … |
|
| 2 | Обмотка трансформатора, которую подключают к источнику переменного напряжения, называется … |
|
| 3 | Обмотку низшего напряжения трансформатора делают из … сечения |
|
| 4 | Сердечник трансформатора собирают из … |
|
| 5 | Трансформатор будет понижающим, если … |
|
| 6 | Передавать электроэнергию целесообразно при напряжении … | а) низком; б) высоком. |
| 7 | Понижающий трансформатор повысить напряжение сети … | а) может; б) не может. |
| 8 | Расширитель трансформатора полностью заполнить минеральным трансформаторным маслом … | а) можно; б) нельзя. |
| 9 | Трансформаторы нашли широкое применение … |
|
| 10 | Действующее значение ЭДС Е первичной обмотки определяется по формуле … |
|
Тест «Трансформатор» 2 вариант.
| №№ | Вопрос | Варианты ответов |
| 1 | Трансформатором называется электротехническое устройство, служащее для преобразования … |
|
| 2 | Обмотка трансформатора, которую подключают к приёмнику переменного тока, называется: |
|
| 3 | Обмотку высшего напряжения трансформатора делают из … сечения. |
|
| 4 | Сердечник трансформатора собирают, из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга для того, чтобы… |
|
| 5 | Основные части трансформатора … |
|
| 6 | Потреблять электроэнергию целесообразно при напряжении … | а) высоком; б) низком. |
| 7 | Повышающий трансформатор понизить напряжение сети … | а) может; б) не может; |
| 8 | Ближе к стержню магнитопровода трансформатора располагается обмотка … напряжения | а) высшего; б) низшего. |
| 9 | Магнитопровод трёхфазного трансформатора имеет стержней … |
|
| 10 | Трансформатор будет повышающим, если… |
|
Ключ к тесту «Трансформатор» 1 вариант
| номер задания | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||||
| ответ | а | Б | А | б | А | б | а | б | А | б |
| в | г | в | г | в | г | В | г | в | г | |
| номер задания | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |||||
| ответ | а | Б | А | б | а | Б | а | б | а | Б |
| в | в | Г | в | г |
Ключ к тесту «Трансформатор» 2 вариант
| Номер задания | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||||
| ответ | а | б | а | Б | а | Б | а | Б | А | б |
| В | г | в | г | в | г | в | г | в | г | |
| Номер задания | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |||||
| ответ | а | Б | А | б | а | Б | а | б | а | б |
| в | г | в | В | г | В | г |
ФИО________________________________
| номер задания | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||||
| ответ | а | б | а | б | а | б | а | б | а | б |
| в | г | в | г | в | г | в | г | в | г | |
| номер задания | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |||||
| ответ | а | б | а | б | а | б | а | б | а | б |
| в | г | в | г | в | г | в | г | в | г |
ФИО________________________________
| номер задания | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||||
| ответ | а | б | а | б | а | б | а | б | а | б |
| в | г | в | г | в | г | в | г | в | г | |
| номер задания | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |||||
| ответ | а | б | а | б | а | б | а | б | а | б |
| в | г | в | г | в | г | в | г | в | г |
ФИО________________________________
| номер задания | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||||
| ответ | а | б | а | б | а | б | а | б | а | б |
| в | г | в | г | в | г | в | г | в | г | |
| номер задания | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |||||
| ответ | а | б | а | б | а | б | а | б | а | б |
| в | г | в | г | в | г | в | г | в | г |
ФИО________________________________
| номер задания | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||||
| ответ | а | б | а | б | а | б | а | б | а | б |
| в | г | в | г | в | г | в | г | в | г | |
| номер задания | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |||||
| ответ | а | б | а | б | а | б | а | б | а | б |
| в | г | в | г | в | г | в | г | в | г |
Выбор материала обмоток трансформатора — медь или алюминий
В трансформаторах обмотки служат для преобразования электрической энергии. Изменяя напряжение и силу тока, они сохраняют передаваемую мощность. Вместе с обмотками в преобразовании энергии участвует набор из металлических пластин, который играет роль магнитопровода.
Трансформаторные обмотки изготавливаются из проводников, покрытых слоем изоляции, который также удерживает провода в определенном положении и создает канал охлаждения. Различные конструкции обмоток предусматривают нейтральные и линейные ответвления, а также отводы для регулировки. Во время работ, связанных с конструированием обмоток, рассчитываются такие параметры:
- допустимое значение превышения температуры при номинальной мощности и рабочей нагрузке;
- электрическая прочность при повышенном напряжении;
- механическая прочность во время короткого замыкания.
Для изготовления обмоток преобразователей чаще всего используется медный провод. Это делается из-за того, что медь имеет малое электрическое сопротивление и высокую электропроводность. Благодаря своей гибкости и механической прочности, она хорошо обрабатывается и плохо поддается коррозии.
Однако медь – это достаточно ценный и дефицитный металл. Высокая стоимость меди связана с небольшими мировыми запасами ее руды.
Из-за этого стоимость металла постоянно увеличивается, так что производители трансформаторов вынуждены искать ему замену. На сегодняшний день лучшей альтернативой меди является алюминий.
Его запасы значительно превосходят медные, и в природе он встречается намного чаще.
Однако алюминий имеет меньшую электропроводность. Также он менее гибок и уступает меди в пределе прочности. Его редко применяют в обмотках мощных трансформаторов.
Кроме того, достаточно сложно в техническом плане делать внутренние соединения обмоток при помощи сварки.
Выполнение этой операции требует от работников, соединяющих обмотки, соответствующих знаний и умений, большого опыта и определенных навыков. В случае когда соединяются медные проводники, все обстоит гораздо проще.
Сравнительные характеристики металлов
| УТВЕРЖДЕНИЕ | ПРАВДА | МИФ |
| Оконечные заделки намотанных алюминием трансформаторов несовместимы с медной линией и силовыми кабелями. | Х | |
| Оконцевание выводов должным образом – более сложная задача для намотанных алюминием трансформаторов. | Х | |
| Соединения с линией и нагрузкой трансформаторов с медными обмотками более надежны, чем у трансформаторов с алюминиевыми обмотками. | Х | |
| Трансформаторы с алюминиевыми обмотками весят легче, чем аналогичные с медными обмотками. | Х | |
| Намотанные медью обмотки низкого напряжения трансформаторов лучше подходят для «ударных» нагрузок, потому что у меди более высокая прочность на растяжение чем у алюминия. | Х | |
| Трансформаторы с алюминиевыми обмотками имеют более высокие потери, чем аналогичные с медными обмотками. | Х |
Споры о том, какой металл лучше использовать для трансформаторных обмоток, не прекращаются на протяжении многих лет.
Оппоненты, приводящие различные технические аргументы в пользу разных металлов, постоянно меняют свои взгляды. Большая часть из всех аргументов не столь существенна, а некоторые из, так называемых фактов, являются откровенной дезинформацией.
Чтобы правильно выбрать материал для обмотки преобразователя, следует произвести сравнительный анализ рабочих параметров алюминия и меди, и определить степень их различия. Внимание обращают на те параметры, которые вызывают наибольшее беспокойство, поскольку являются наиболее важными в работе преобразующего устройства.
Характерные различия между медью и алюминием
| Параметр | Алюминий | Медь |
| Температурный коэффициент линейного расширения, х10-6/°С | 21-23 | 16,4-16,6 |
| Теплопроводность, Вт/м∙°С | 218 | 406 |
| Удельное сопротивление, Ом∙мм2/м | 0,026-0,028 | 0,017-0,018 |
| Предел прочности на разрыв, Н/мм2 (мягкие марки) | 79-108 | 197-276 |
Коэффициент расширения
Когда нагревается алюминий, он имеет расширение на 30% больше, чем медь. Если алюминиевые наконечники соединяются при помощи болта и гайки, под прижимную гайку нужно обязательно подкладывать пружинистую шайбу. В этом случае контактное соединение не будет ослабляться в то время, когда напряжение отключено, и наконечники остывают, уменьшая при этом свои размеры.
Вывод: Чтобы качество соединения алюминиевых кабелей не уступало качеству медных контактов, необходимо использовать должную арматуру.
Теплопроводность
Медь намного лучше проводит тепло, чем алюминий. Поэтому если разные металлы обмоток в трансформаторах имеют одинаковое сечение, то изделие из меди охлаждается гораздо лучше, чем из алюминия. Чтобы добиться одинаковой электропроводности, а значит одной и той же отдачи тепла, алюминиевый провод в преобразователе должен иметь сечение на 60% больше медного.
Проектировщики, разрабатывая пакет документов для производства трансформаторов, учитывают особенности материала, конструкцию, а также суммарную площадь охлаждающейся поверхности обмотки.
Вывод: Все трансформаторы, невзирая на то, из какого металла выполнены их обмотки, имеют очень сходные тепловые характеристики.
Электропроводность
Вследствие того, что алюминий имеет электрическую проводимость на 60% меньше чем медь, в обмотках из алюминия более высокие потери. Разработчики преобразователей с алюминиевыми обмотками в проектной документации закладывают сечения проводников, которые превышают значения для аналогичных изделий из меди. Это уравнивает потерю энергии в изделиях, имеющих в обмотках различные материалы.
Вместе с тем производители имеют определенные рамки, ограничивающие выбор сечения провода. Поэтому иногда получается, что медная обмотка в трансформаторе имеет более значительные потери, чем аналогичное изделие из алюминия. Это происходит из-за того, что производители по тем или иным причинам в качестве обмотки использовали медный провод, сечение которого не соответствует расчетной норме.
Что же касается сухих трансформаторов, то вне зависимости от металла обмотки у них потери в сердечнике, набранном из металлических пластин, остаются неизменны.
Добиться более высокой эффективности работы преобразователя можно только путем изменения сечения обмоточного провода.
Это и является основным критерием, который указывает на более высокую степень результативности того или иного устройства.
Вывод: Благодаря тому, что алюминиевый провод стоит намного дешевле, за те же деньги им можно намотать обмотку, имеющую большее сечение. Это приведет к значительному снижению энергетических потерь во время работы преобразователя. В некоторых случаях такие обмотки намного эффективней медных.
Предел прочности металлов
Алюминий для своего разрыва требует на 40% меньше усилий, чем медь. У производителей электротехнических изделий этот факт вызывает определенное беспокойство, поскольку большинство выпускаемых ими товаров часто подвергается циклическим нагрузкам.
Это связано с большими пусковыми токами, которые возникают при запуске некоторых электрических силовых аппаратов.
Мощные электромагнитные силы, возникающие при таких токах, вызывают усиленное движение молекул в проводниках, что приводит к смещению обмоток в изделиях.
Сравнительный анализ технических показателей различных проводников делается исходя из площади их поперечного сечения. На основании данных анализа одинаковая электропроводность в трансформаторах с разными обмотками обеспечивается следующим образом.
В изделиях с алюминиевой обмоткой площадь сечения провода должна быть больше на 60%, чем в аналогичном устройстве, имеющем обмотку из меди. В этом случае технические показатели изделий, сделанных из различных материалов, будут примерно одинаковы.
Вывод: Трансформатор не может получить механическое повреждение из-за резкого изменения нагрузки, поскольку сечение обмотки подобрано таким образом, чтобы имелся необходимый запас прочности. Повреждения могут случиться только вследствие ненадежного крепления в местах соединения проводов.
Внешние подключения трансформаторов
В настоящее время использование меди в трансформаторных обмотках вызвано стремлением производить более качественные и надежные преобразующие устройства. Известно, что как алюминий, так и медь легко поддаются разрушающему воздействию окружающей среды. Из-за этого в металлах происходит коррозия, окисление и другие химические изменения.
Поверхность алюминиевого провода, покрытая окисью, становится изолятором и не пропускает электрический ток. Из-за этого своевременная очистка алюминиевых контактов имеет большое значение и должна производиться регулярно, в строгом соответствии с графиком проведения профилактических работ.
Окисленная же медь утрачивает свою электропроводность значительно меньше, поскольку появляющиеся на ней сульфиды и оксиды, конечно, не в той мере в какой бы хотелось, но все же имеют некоторую электропроводность.
Все это хорошо знает персонал, который обслуживает трансформаторные подстанции. Поэтому специально обученная бригада электриков регулярно производит плановую проверку болтовых соединений рабочего оборудования.
Кроме того, существует проблема подключения алюминиевых обмоток преобразователя к медным проводам внешней электрической сети. Напрямую соединять алюминиевые и медные наконечники болтами нельзя.
Дело в том, что металлы имеют различную электропроводность, из-за чего места соединений постоянно перегреваются, и соединенные поверхности разрушаются.
Разработанные специально для этого сварочные технологии оказались малоэффективными, поэтому для сваривания кабелей из разного металла их не применяют.
Для соединения медных и алюминиевых кабелей сейчас используют луженые наконечники, покрытые тонким слоем олова либо серебра.
При соединении алюминиевых обмоток трансформаторов с медными сетевыми кабелями наконечники покрывают оловом. Серебро используется в электронике, где требуется более высокое качество соединения деталей.
Практика таких соединений общепринята. Надежность соединений подтверждается большими сроками бесперебойной работы оборудования.
Различные провода также часто соединяют при помощи специальных металлических клемм. Такая клемма сделана в виде прямоугольной рамки, в которую вставляются два соединяемых проводника. На одной плоскости клеммы имеются отверстия с резьбой. После того как проводники вставлены в рамку, они фиксируются винтами, которые закручиваются в резьбу.
Внутреннее соединение трансформаторных обмоток
Соединение медных обмоток преобразователей осуществляется методом спаивания. Тугоплавкий припой, используемый при этом, несколько снижает электропроводность спаянного участка. На этом участке все время выделяется окись меди, из-за которой отслаивается наружный слой, что ведет к повреждению всего проводника. Это является существенным недостатком такого метода соединения.
В алюминиевых же соединениях используется метод сваривания проводов при помощи инертного газа.
В них окись алюминия образует стойкое защитное покрытие, которое предохраняет контакт от негативного воздействия окружающей среды.
Кроме того, в этом методе соединения проводников большим преимуществом является то, что во время работы устройства на сваренных участках отсутствует потеря электропроводности.
Время эксплуатации трансформаторов в определенной мере связано с теми условиями, в которых они работают.
Сюда относятся негативные воздействия окружающей среды, экстремальные нагрузки и другие неблагоприятные условия. Однако люди, пользующиеся электроэнергией не должны беспокоиться по этому поводу.
Как показала практика преобразователи, имеющие различные обмотки, способны работать многие годы без особых проблем.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Трансформатор с той или иной обмоткой в основном выбирается исходя из личных предпочтений.
Более высокая стоимость изделия, имеющего медную обмотку, требует технического обоснования тех дополнительных материальных затрат, которые возникнут во время его приобретения.
Сегодня все отзывы, основанные на опыте практического использования оборудования, не указывают на какие-либо явные преимущества в работе тех или иных устройств.
Единственным превосходством медной обмотки можно считать то, что катушка, намотанная медным проводом, имеет значительно меньшие габариты. Это позволяет делать трансформаторы с такой обмоткой более компактными, что позволяет несколько сэкономить то пространство, в котором они находятся.
Однако подавляющее большинство закрытых преобразователей выпускается в стандартных корпусах, имеющих одни размеры, которые подходят и для медных и для алюминиевых катушек. Так что здесь преимущество меди не имеет никакого значения. Поэтому спрос на трансформаторы с алюминиевой обмоткой сейчас намного выше.
Стоимость металлов постоянно увеличивается, а поскольку цена меди в несколько раз превышает цену алюминия, то и стоимость изделия с медной обмоткой намного дороже.
Из-за этого многие покупатели предпочитают не переплачивать за медь, а покупать изделия с алюминиевыми обмотками.
В дальнейшем они стараются следить за надежностью электрических соединений, и уделять должное внимание профилактическому обслуживанию оборудования.
Загрузка...
