Магнитопровод. По магнитопроводу замыкается переменный магнитный поток трансформатора, пронизывающий его обмотки. Магнитопровод каждого тягового трансформатора состоит из активной части, по которой замыкается основная часть магнитного потока, и вспомогательных неактивных частей - балок, стяжных шпилек, изоляционных деталей. В активной части магнитопро-вода имеются стержни, на которых устанавливают и закрепляют обмотки, и ярма, служащие для образования замкнутого магнитного контура, на которых обычно обмотки не устанавливают.

По способу сборки магнитопроводы разделяют на шихтованные, собираемые из отдельных листов впереплет, и шихтованные стыковые, собираемые из отдельных скрепленных блоков впритык. Шихтованные магнитопроводы, собранные впереплет, получили широкое распространение как более надежные в эксплуатации, удобные в производстве, требующие менее сложного оборудования и приспособлений ДЛЯ сборки. Кроме того, большое число стыков приводит к неточности и нестабильности характеристик.

Тяговые трансформаторы с магнито-проводом стержневого типа выполняют с вертикальным и горизонтальным расположением стержней. При горизонтальном расположении стержней значительно снижаются высота центра тяжести над плоскостью закрепления и моменты, вызываемые действием горизонтальных динамических сил. Эти моменты особенно сильно влияют на конструкцию узлов стержней магнитопровода и могут нарушить плотность скрепления частей магнитной системы. Однако трансформаторы с горизонтальным расположением стержней удается выполнить только сравнительно небольших мощностей из-за ограничения по ширине. Обычно двухстержневые тяговые трансформаторы для электровозов выполняют с вертикальным (рис. ПО), а для моторных вагонов с горизонтальным расположением стержней.

Активную часть магнитопровода набирают из листов толщиной 0,35-0,5 мм холоднокатаной электротехнической стали Э310, Э320 и ЭЗЗО, имеющей существенные преимущества перед горячекатаной. Так, магнитная индукция в сердечнике составляет 1,65-1,7 Тл против 1,4- 1,5 Тл. Удельные потери мощности (на 1 кг массы) также значительно меньше у холоднокатаной стали. В результате уменьшается масса активных материалов и снижаются потери энергии. В СССР и за рубежом магнитопроводы трансформаторов изготовляют только из холоднокатаной стали. Для уменьшения потерь на вихревые токи листы трансформаторной стали на отечественных тяговых трансформаторах изолируют лаком № 302 и затем запекают в газовой печи при температуре 400-500 °С. Полученная в результате запекания лаковая пленка обладает высокой механической прочностью и влагостойкостью.

За рубежом довольно широко применяют электротехническую сталь с жаростойкой анорганической изоляцией - карлитом. Такую сталь после механической обработки можно отжигать (без повреждения изоляции) и тем самым восстанавливать ее магнитные свойства, которые ухудшаются при резке и штамповке, а также при зачистке заусенцев.

Обмотки трансформаторов в целях повышения их надежности выполняют преимущественно круглыми, а стержни для лучшего использования их сечения - ступенчатыми (см. разрез Б - ? на рис. 110). Отношение площади сечения стержня к площади окружности, описанной вокруг него, называют коэффициентом использования сечения ки.

Размеры активной части магнитопровода выбирают на основе имеющегося опыта конструирования трансформаторов Ориентировочно для двухстержневого магнитопровода

и диаметр стержня при ступенчатой форме, см,

= 758 ,

Г Вк3«,

где Ян - номинальная мощность трансформатора, кВ-А, кн - отношение веса стали к весу меди, равное примерно 0,9-1,3, /' - средняя плотность тока в обмотках трансформатора с масляным охлаждением 1 = 2,5ч-4-4,8 А/мм2; - частота сети; В - расчетная индукция в стержне, равная 1,5-1,55 Тл;

= 4,44 В - напряжение на один виток обмотки стержня; к3 - коэффициент заполнения

ПО

Рис ПО. Магнитопровод тягового трансформатора ОЦР-5600/25 электровозов В Л 60. I - стержень, 2 - ярмовая балка, 3 - стяжная шпилька, 4 - ярмо, 5 - основание; 6 - бакелитовая трубка сердечника сталью, равный 0,94-0,98; ки - коэффициент использования сечения стержня, равный 0,9-0,93.

Размеры стержней обычно нормализованы. Собранный магнитопровод опрес-совывают стальными шпильками и ярмо-выми балками. Шпильки изолируют от активной стали бакелитовыми трубками.

Обмотки. По результатам расчета системы выпрямления и регулирования напряжения определяют напряжение и ток для отдельных обмоток трансформатора, необходимое число их витков, рассчитывают параметры обмоток с учетом повышенных требований по электрической и механической прочности, термической стойкости. Изоляция обмоток и других частей трансформатора должна выдерживать коммутационные и атмосферные перенапряжения, возникающие в контактной сети. Механическую прочность обмоток устанавливают такой, при которой не происходит их деформаций и повреждений при токах короткого замыкания, когда возникающие силы превосходят во много раз номинальные значения. Высокая температура не должна приводить к разрушению изоляции обмоток и быстрому старению трансформаторного масла. С другой стороны, желательно, чтобы обмотки были просты по конструкции и технологичны в изготовлении.

В тяговом трансформаторе в зависимости от схемы электровоза, способа регулирования напряжения, типа магни-топровода и других факторов применяют обмотки различных типов. Основным элементом' всех обмоток является виток. В зависимости от тока виток может быть выполнен из одного или нескольких параллельных проводников. Витки группируют в катушки. Катушкой называют группу последовательно соединенных витков обмотки, конструктивно объединенных и отделенных от других таких же групп или от других обмоток трансформатора. Число витков в катушке может быть целым и дробным, но во всех случаях больше единицы. По форме катушки могут иметь вид диска или цилиндра.

Каждая обмотка может состоять из одного слоя витков или ряда слоев. Число витков обмотки w - и„/и„ где 1!? -

расчетное напряжение обмотки Число витков основной нерегулируемой и>0 и регулируемой шрг обмоток (см. рис. 108, а) выбирают таким, чтобы напряжение при согласном включении обмоток ветви было примерно равно заданному напряжению холостого хода, т. е. и - = и,(и)0+х!)рг). Напряжение каждой ступени регулируемой обмотки ист = = ы„шргст; число ступеней тст и напряжение первой ступени = и„ (ш>0- -шрг) должны соответствовать заданным значениям.

Площадь сечения проводника определяют по заданной плотности тока и току обмотки, однако для удобства намотки отношение размеров сторон проводников обычно принимают не более чем 1 ; 2. Ток в обмотке высшего напряжения /вн = Р/ив„. Здесь Р представляет собой сумму мощности трансформатора, равной произведению тока 1 тяговых двигателей на напряжение холостого хода ихх одной ветви трансформатора, и мощности вспомогательных нагрузок 2 Рс„, т. е. Р = ///„,, +2 Рсн При схеме выпрямления С нулевым ВЫВОДОМ /рг = /„ яг ~ /2 = //V2; при мостовой схеме выпрямления /2 = /.

Реактивное сопротивление трансформатора в основном зависит от расположения обмоток.

Для концентрических катушек стержневых трансформаторов вначале определяют реактивное сопротивление (в % для каждой пары) обмоток по формуле

24,8/Г 2 О/? К)-4

е'=-ы,-е

где Р = 2/ог - м. д. с , приходящаяся на стержень; 20/? - суммарное потокосцеплеиие катушек; I - длина пути потока, соответствующая средней высоте обмотки меди, см; е - коэффициент Роговского, учитывающий отклонения реального потока рассеяния от идеального, зависит от отношения высоты обмотки к размеру канала рассеяния.

По реактансу и активной составляющей напряжения короткого замыкания по ступеням еа определяют напряжение короткого замыкания трансформатора, %:

ика = /е? + е\ ,

где еа == Рк!1(п)рг + щ)/(10Ри>„) (здесь Якз- потери при коротком замыкании, В-А, даст - число витков регулируемой обмотки данной ступени).

Обмотки отечественных тяговых трансформаторов

Рис 111 Обмотки отечественных тяговых трансформаторов

Важным эксплуатационным показателем для трансформатора является напряжение короткого замыкания, так как от этой величины зависит ток короткого замыкания: Лкз = 4ом ¦ Ю0/Цкз. У ТЯГО

ВЫХ трансформаторов напряжение 1!кз различно для каждой ступени. Например, у трансформатора ОЦР-5000/25В на ступенях 1, 17, 21, 25 и 33-й напряжение ?/к, соответственно равно 259; 11,1, 9,0, 8,8 и 10,6%.

Для обеспечения требуемой электрической прочности обмотки между ее витками, катушками, а также между обмоткой и другими частями трансформатора делают изоляционные промежутки, размеры которых зависят от рабочего напряжения

В качестве обмоточного материала для отечественных трансформаторов применяют медный провод прямоугольного сечения, изолированный несколькими слоями кабельной бумаги и одним слоем несплошной оплетки из хлопчатобумажной пряжи марки ПББО. Толщина изоляции 0,45-0,55 мм на обе стороны, а у входных катушек обмотки высшего напряжения ее доводят до 1,35 мм на две стороны.

Обмотки от сердечника, а также обмотки, расположенные концентрично, друг от друга изолируют в тяговых трансформаторах бакелитовыми цилиндрами. Цилиндры по высоте делают на 35-40 мм больше обмотки, чтобы удлинить возможный путь электрического разряда по поверхности между обмотками Для образования в обмотках, а также между ними и изоляционными цилиндрами осевых каналов (для охлаждения обмоток маслом) применяют рейки, склеенные бакелитовым лаком из полос электротехнического картона На тяговых трансформаторах применяют непрерывные и винтовые обмотки.

Непрерывную обмотку применяют в цепях высшего напряжения на всех тяговых трансформаторах отечественного производства, а также в регулируемой части тяговой обмотки трансформаторов ОЦР-5600/25 и ОЦР-5000/25.

Обмотку высшего напряжения наматывают одним проводом прямоугольного сечения на рейках, укрепленных на бумажно-бакелитовом цилиндре 4 (рис 111, а) Она состоит из дисковых катушек 3, разделенных прокладками 2. Зазоры между катушками являются каналами системы масляного охлаждения

Количество реек и прокладок по окружности цилиндра зависит от его диаметра

Обычно расстояние между прокладками по окружности, называемое полем, равно 150-200 мм. В местах переходов между катушками провод изгибают на ребро Место перехода изолируют дополнительно кабельной бумагой и тафтяной лентой, наложенной вполуперекрышу. Переходы, как правило, выполняют в середине поля

Концевые катушки (обычно до четырех) выполняют проводом с усиленной изоляцией во избежание пробоя межвит-ковой изоляции при атмосферных перенапряжениях. Первую и последнюю катушки крепят к соседним катушкам бандажами 10 (рис 111, в) из киперной ленты, а начало и конец обмотки закрепляют на катушке бандажом 11. Снизу и сверху каждой катушки установлены изоляционные кольца I и 5, через которые при опрессовке усилие передается на обмотки.

Регулируемые части тяговых обмоток выполняют из нескольких параллельных проводов. Наматывают их так, как в обмотке с одним проводом, с той лишь разницей, что переходы из катушки в катушку выполняют поочередно в смежных полюсах на одном уровне.

Винтовой параллельной называют обмотку, витки которой следуют один за другим в осевом направлении по винтовой линии; между двумя соседними витками имеются радиальные каналы. Так выполняют нерегулируемые части обмотки Каждый виток винтовой обмотки составлен из нескольких параллельных проводников прямоугольного сечения, расположенных в радиальном направлении Винтовая обмотка может быть одно-, двух- или многоходовой в зависимости от схемы намотки и тока нагрузки. Чаше всего применяют двухходовую обмотку (например, на трансформаторах ОЦР-5600/25 и ОЦР-5000/25).

Наматывают винтовую обмотку на жесткий бумажно-бакелитовый цилиндр 4 (рис. 111, б). Радиальные каналы между витками образуются витковыми прокладками из электроизоляционного картона, нанизываемыми на рейки 7.

В винтовой обмотке параллельные провода располагают по разным диаметрам, т. е. положение проводов в магнитном потоке различно, из-за чего не равны их полные сопротивления Для выравнивания сопротивлений проводов во избежание неравномерного распределения тока в винтовой обмотке выполняют транспозицию (смешение) проводов. Обычно в винтовой обмотке применяют комбинацию двух видов транспозиции- групповую (катушка 8), когда параллельные провода делят на две группы и эти группы меняют местами, и общую (катушка 9), когда все провода меняют местами. В этих случаях обмотку делят по длине на четыре равных участка, содержащих по 1 /4 всех витков (рис 111, г). На границах участков выполняют три транспозиции: две групповые I и III на 1Д и 3/4 общего числа витков а!-аб, считая от начала обмотки, и одну общую II на 2/4 общего числа витков При групповой транспозиции все параллельные провода делят на две равные группы (обычно обмотку выполняют из четного числа параллельных проводников). В общей транспозиции каждый провод перекладывают самостоятельно. В месте каждой транспозиции увеличивается осевой размер обмотки на высоту одного витка и одного радиального канала.

Винтовую обмотку выполняют из обмоточного провода прямоугольного сечения марки ПББО, изолированного несколькими слоями кабельной или телефонной бумаги и хлопчатобумажной пряжей, и провода марки ПБ, изолированного несколькими слоями телефонной или кабельной бумаги. Все изоляционные детали обмоток изготовляют из электроизоляционного картона марки ЭМЦ. Листы картона выпускают толщиной 1; 1,5, 2; 2,5 и 3 мм

Крепированную электроизоляционную бумагу используют для изоляции концов 5 обмоток (см. рис. 111, б). Благодаря поперечному крепу (гофрировке) она дает удлинение до 50 % при натяжении. Толщина бумаги 0,5 мм, в разглаженном состоянии 0,17 мм.

В качестве дополнительной изоляции при выполнении переходов и накладывании бандажей применяют хлопчатобумажную ленту: тафтяную толщиной

0,25 мм и шириной 10-50 мм или кипер-ную толщиной 0,45 мм и шириной 10- 60 мм Обмотки пропитывают в лаке ГФ-95 светло-желтого цвета.

Схема, поясняющая монтаж обмоток на стержне магнитопровода отечественных

Рис. 112. Схема, поясняющая монтаж обмоток на стержне магнитопровода отечественных тяговых трансформаторов

Изготовляют обмотки на специальных станках. На раздвижной металлический шаблон устанавливают бумажно-бакелитовый цилиндр с закрепленными рейками и наматывают провод на вращающийся цилиндр. Затем, не снимая обмотку со станка, обжигают ворс пламенем газовой горелки.

Сушат обмотку в специальных шкафах в вакууме (5333 Па) при температуре 100-110° С, после чего прессуют ее до чертежного осевого размера на гидравлическом прессе (давление 3920 кПа по поверхности дистанционных прокладок) и в стянутом виде пропитывают, окуная в резервуар с изоляционным лаком ГФ-95. Затем обмотку в течение примерно 10 ч держат в шкафах с приточной вентиляцией при температуре 100-110° С.

Сборка трансформатора. В этом процессе различают первую, вторую и третью сборки. При первой сборке устанавливают обмотку на магнитопровод, для чего на месте сборки расшихтовывают верхнее ярмо магнитопровода. Затем на оба стержня 1 (рис. 112) мостовым краном насаживают первые концентры 2 и расклинивают их деревянными клиньями 11. После этого насаживают вторые 7, а затем третьи 8 концентры. Снизу и сверху обмоток помещают ярмовую изоляцию - соответственно 9 и 6; для выравнивания уровней полки ярмовой балки (линии консоли) с ярмом (линия ярма) устанавливают уравнительную изоляцию 10. Ярмовую и уравнительную изоляцию изготовляют из электрокартонной шайбы. Сверху на изоляцию устанавливают металлическое кольцо 5 с разрезом, предназначенное для передачи усилия опрессовки обмоткам. После этого собирают ярмо. Прессующее кольцо заземляют медной лентой 4 на полку 3 ярмовой балки

Во время второй сборки припаивают концы обмоток к медным шинам меднофосфористым припоем. Токоотводящие шины закрепляют в определенном положении изоляционными деталями из дерева. Перед третьей сборкой активную часть трансформатора подвергают сушке в вакуум-сушильном шкафу для удаления влаги из изоляции. Сушку производят прн температуре 100° С в вакууме 5333 Па При сушке активной части происходит усадка изоляции, поэтому затем подтягивают все болтовые соединения, скрепляющие деревянные детали, и подпрессовывают обмотки стяжными шпильками Затем устанавливают и закрепляют на активной части крышку трансформатора.

К вводам, установленным на крышке, гибкими демпферными соединениями из медного провода марки ПЩ и медной фольги подключают активную часть. Затем выемную часть опускают в бак, крышку затягивают болтами и трансформатор заливают сухим трансформаторным маслом.

Бак трансформатора. В зависимости от массы и конструкции трансформатора толщину стен бака, свариваемого из листовой стали, выбирают от 4 до 10 мм, а толщину дна - от 8 до 12 мм. Бак и его крепления рассчитывают на механическую прочность. При этом для трансформаторов электровозов принимают ускорения: продольные 10 ё, вертикальные 0,3 ё< горизонтальные и поперечные 0,2 ё-

На баке иногда (трансформаторы ОЦР-5600/25, ОЦР-5000/25 и др.) располагают оборудование системы охлаждения, масляный насос с трубопроводами, теплообменники, воздуховоды (см рис. 116). Нагретое масло забирается насосом из верхней части бака, прогоняется через теплообменник, обдуваемый воздухом от вентиляторов, и охлажденное возвращается в нижнюю часть. Теплообменник собирают из отдельных секций. Каждая секция состоит из двух корпусов и впаянных в них медных трубок, по которым протекает масло. Для создания большей поверхности охлаждения к трубам припаивают большое количество пластин из медной фольги.

Выше уровня крышки устанавливают расширитель, сваренный из листовой стали. Масло, заливаемое в бак трансформатора, является не только охлаждающей, но и изолирующей средой С течением времени, соприкасаясь с окружающим воздухом, масло увлажняется, теряя диэлектрические свойства. Это приводит к снижению электрической прочности изоляции трансформатора. Масло в расширителе более холодное, чем в баке трансформатора, а поверхность соприкосновения его с воздухом мала, что предохраняет масло от окисления и увлажнения. Кроме того, при изменении в процессе работы трансформатора температуры масла изменяется его объем, но поскольку бак трансформатора должен быть весь заполнен маслом, то в рас-

Вводы отечественных тяговых трансформаторов на стороне 25 кВ (а), тяговой обмотки (б) и обмотки собственных нужд (виг)

Рис. 113 Вводы отечественных тяговых трансформаторов на стороне 25 кВ (а), тяговой обмотки (б) и обмотки собственных нужд (виг).

I - металлический стержень, 2 - бумажно-бакелитовая трубка, 3 - пространство, заполняемое мае лом, 4 и 13 .- металлические колпаки; 5 - фарфоровый изолятор; 6 и 14 - кольца из масло- и морозо-стойкой резины; 7 - магнезиальный цемент, 8 - чугунный фланец, 9 - прокладка из маслостойкой резины, 10 - крышка бака; 11 - контактный зажим, 12 - гайка; 15-алюминиевый фланец, 16 -

латунная обойма; 17 - втулка ширитель поступают излишки масла (при нагревании) или из расширителя масло поступает в бак (при охлаждении).

Объем расширителя и уровень масла в нем рассчитывают так, чтобы при всех режимах работы трансформатора и колебаниях температуры окружающей среды бак был заполнен маслом. Масло занимает минимальный объем при выключенном трансформаторе и температуре воздуха - 50° С, максимальный объем - при наибольшем допускаемом превышении температуры верхних слоев масла над температурой окружающего воздуха, равной 45° С. Уровень масла в расширителе контролируется по маслоуказателю.

Расширитель свободно сообщается с атмосферой через специальную пробку, имеющую отверстие для входа и выхода воздуха при температурном изменении объема содержащегося в нем масла. Попадающая в расширитель вместе с воздухом влага конденсируется и скопляется в отстойнике, находящемся в нижней части расширителя.

На стенке бака имеются кран для наполнения его маслом, а также для слива масла и пробка для отбора пробы масла, состоящая из корпуса, специального болта и шарика Остатки масла сливают через пробку в дне бака. Готовый бак окрашивают нитроэмалью

Вводы. Ввод обмотки на 25 кВ состоит из токоведушей части (рис. 113, а), выполненной в виде металлического стержня 1 и изолятора 5, отделяющего токоведущую часть от крышки. Один конец изолятора заходит внутрь бака, а другой выступает над крышкой 10 Сечение токоведущего стержня, устройство зажимов и конструкция крепления к крышке определяются током, проходящим через вводы. Вводы тяговых обмоток с большими токами устанавливают группами на одной стальной плите (обойме), имеющей прорези, заваренные немагнитным металлом. Такую обойму приваривают к крышке, вырезав в ней специальное отверстие

При больших токах в токоведущем стержне вокруг него создается значительное магнитное поле, в котором находится крышка трансформатора Вследствие этого в ней возникают потери от вихревых токов и перемагничивання стали, в результате чего крышка нагревается. Для уменьшения таких потерь стремятся установить в одно отверствие на обойме не один, а несколько вводов. При установке в обойме вводов начала и конца одной обмотки магнитных силовых линий в крышке, охватывающих оба ввода, не будет, так как токи во вводах равны, но противоположны по направлению, и их результирующий магнитный поток практически равен нулю Для тяговых обмоток применяют съемные вводы (рис. 113, б), у которых можно в эксплуатации заменить поврежденный фарфоровый изолятор, не поднимая выемную часть.

Вводы обмоток собственных нужд (рис. 113, в) обычно устанавливают в одной латунной обмотке и армируют магнезиальным цементом В целях облегчения эксплуатации для обмоток собственных нужд также применяют и составные вводы (рис. 113, г), при которых не требуется поднимать выемную часть для замены неисправного изолятора Составные вводы состоят из двух изоляторов, расположенных с обеих сторон крышки.

Основные параметры и узлы тяговых трансформаторов | Электровозы и электропоезда | Основные технические данные и примеры конструктивного выполнения тяговых трансформаторов

Рекомендуемый контент: