Котушкові обмотки - студопедія
Обмотка, що складається з ряду послідовно з'єднаних котушок, намотаних у вигляді плоских спіралей з одного або більше проводів прямокутного перетину і розташованих в осьовому напрямку обмотки, з радіальними каналами між всіма або частиною котушок називається катушечной обмоткою. Якщо катушечная обмотка намотується безперервним проводом або декількома безперервними паралельними проводами, вона називається безперервної катушечной обмоткою (рис. 5.31).
Мал. 5.31. Безперервна катушечная обмотка
Мал. 5.32. Перехід між котушками з транспозицією трьох паралельних проводів
Котушкова обмотка, зібрана з окремо намотаних котушок, називається дискової катушечной обмоткою.
Безперервна катушечная обмотка не має обривів і пайок дроти. Всі переходи з однієї котушки в іншу здійснюються найкоротшим шляхом у напрямку внутрішньої або зовнішньої утворює обмотки. Така обмотка може бути намотана також з двох, трьох, а іноді і більше паралельних проводів. У цьому випадку, щоб уникнути зайвого збільшення радіального розміру обмотки в місці переходу з котушки в котушку, кожен з паралельних проводів переходить самостійно так, як зображено на рис. 5.32. При такому переході проводу міняються місцями: зовнішній провід котушки переходить - всередину, внутрішній назовні і т. Д. При цьому одночасно здійснюється і транспозиція проводів, необхідна для зрівнювання повних опорів паралельних проводів. Необхідність транспозиції обумовлюється тим, що паралельні дроти намотуються на кіл різних діаметрів і знаходяться в різних зонах поля розсіювання.
Внаслідок значного кута вигину дроту на ребро в місцях переходу з однієї котушки в іншу, ізоляція проводів може бути пошкоджена. Тому для забезпечення належної електричної міцності зазвичай застосовують в місцях переходу додаткову ізоляцію проводу у вигляді обплетення смужками кабельного паперу або лакоткани або підв'язки ізоляційних коробочок з електроізоляційного картону.
Безперервна катушечная обмотка може бути намотана на жорсткому паперово-бакелітові циліндрі, на рейках, розташованих по утворюючим циліндра. При застосуванні м'яких ізоляційних циліндрів з електроізоляційного картону обмотка намотується на верстаті на рейках, розташованих на тимчасовій циліндричній оправці без ізоляційного циліндра. В цьому випадку циліндр намотується при складанні трансформатора перед насадкою відповідної обмотки. Для освіти радіальних междукатушечних каналів застосовуються прокладки, штамповані з електроізоляційного картону, як показано на рис. 5.9 і 5.10.
Радіальні канали в обмотці зазвичай виконуються між усіма котушками, проте в трансформаторах зі зниженими втратами короткого замикання і в алюмінієвих обмотках (§ 5.2 і 5.7) іноді канали можуть бути зроблені через дві котушки. В цьому випадку половина радіальних каналів між котушками замінюється розрізними шайбами по дві шайби товщиною 0,5 мм замість кожного каналу. Пара котушок, розділених шайбами або радіальним каналом, називається подвійною котушкою.
Перехід дроти з однієї котушки в іншу в безперервній катушечной обмотці робиться в проміжках між прокладками, що утворюють радіальні канали. Число витків в кожній котушці, що визначене в розрахунковій записці, може бути як цілим, так і дробовим. В останньому випадку знаменник дробу вказує число междукатушечних прокладок (рейок) по колу обмотки. Так, при 16 прокладках (рейках) в обмотці правильним буде вказівка намотати в котушці, наприклад, 8 4/16 витка, а не 8 1/4 витка. При намотуванні такої обмотки на верстаті намотують вісім повних витків, а потім відраховують чотири проміжку між прокладками і роблять перехід на наступну котушку.
Максимальний радіальний розмір обмотки при дробовому числі витків визначається числом цілих витків плюс один виток. У розібраному прикладі максимальний радіальний розмір дорівнює 8 + 1 = 9 толщинам дроти з ізоляцією.
Мал. 5.33. Подвійна котушка катушечной обмотки
Можливість намотування в котушці дрібного числа витків завжди дозволяє легко розмістити отримане за розрахунком число витків по котушок, однак для спрощення намотування обмотки на верстаті рекомендується розраховувати котушки з цілим числом витків. В одній обмотці рекомендується застосовувати не більше чотирьох типів котушок з різним числом витків, а загальне число котушок брати парних.
Іноді за умовами складання або ізоляції обмоток, наприклад в обмотках на 220 кВ і більше, безперервна намотування котушкові обмоток незручна. В цьому випадку обмотка виготовляється у вигляді комплекту подвійних котушок (рис. 5.33).
Витки, службовці для регулювання напруги в обмотках ВН, повинні розташовуватися в окремих котушках так, щоб регулювальні відгалуження виконувалися на переходах між котушками, а не від середніх витків котушки. Також в окремих котушках повинні розміщуватися вхідні витки з посиленою ізоляцією, яка може бути виконана у вигляді посиленої ізоляції проводу або обплетення всієї котушки зовні стрічкою з кабельного паперу або лакоткани. Посилена ізоляція між шарами (витками) у вигляді прокладок, як правило, не застосовується.
Котушки з різною кількістю витків - основні, регулювальні, з посиленою ізоляцією - прийнято для зручності позначати різними буквами алфавіту.
При розміщенні витків обмотки в котушки необхідно стежити за тим, щоб радіальні розміри котушок різних типів були приблизно рівними. Рекомендується це розміщення виробляти так, щоб радіальні розміри найбільш широкої і найбільш вузькій котушок обмотки стрижня, в тому числі і регулювальних, і з посиленою ізоляцією, відрізнялися не більше ніж на подвійну товщину проводу. У тих випадках, коли цього не можна домогтися простим переміщенням витків, наприклад в регулювальних котушках, допускається вирівнювання радіального розміру окремих котушок шляхом вмативанія між їх витками смужок електроізоляційного картону.
Намотування безперервної катушечной обмотки з прямокутного проводу має свої особливості. Для того щоб вести обмотку, не перериваючи дроти і робити перехід проводу з котушки, в котушку то у внутрішнього, то у зовнішнього краю котушки, витки половини котушок (зазвичай непарних) після намотування котушки перекладаються так, що внутрішній виток виявляється зовнішнім, а зовнішній внутрішнім . Решта котушки (зазвичай парні) намотуються без перекладки [5].
У механічному відношенні безперервна катушечная обмотка є однією з найміцніших обмоток, що застосовуються в трансформаторах. Зі збільшенням потужності трансформатора і зростанням осьової складової механічних сил при короткому замиканні ростуть також радіальний розмір котушок обмотки і її механічна стійкість. Таким чином, умови механічної міцності не ставлять ніяких меж застосування обмотки цього типу, і вона може застосовуватися на дуже великому діапазоні потужності трансформаторів від 160 до 1000000 кВ · А. Обмотка цього типу з успіхом застосовується також і в широкому діапазоні напруг від 2-3 до 500 кВ і більше.
При досить високій напрузі ускладнюється захист обмоток від імпульсних атмосферних перенапруг, внаслідок чого обмотку доводиться розділяти на частини, намотують безперервно, і на частини, що складаються з окремо намотуваних котушок. З цією метою частина обмотки може бути зроблена також переплетеної, коли порядок послідовного з'єднання витків відрізняється від послідовності їх розміщення в котушках, наприклад, коли в двох сусідніх котушках з'єднуються послідовно спочатку всі непарні витки, а потім послідовно з ними все парні. Можливі й інші способи отримання переплетеної обмотки (див. § 4.5).
Безперервна катушечная обмотка може бути застосована при всіх токах навантаження, коли при обраної щільності струму і достатній кількості витків перетин провідника виходить рівним або більшим, ніж мінімальна по сортаменту перетин прямокутного мідного дроту 5,04 або алюмінієвого дроту 6,39 мм 2. При найменшій застосовуваної щільності струму в обмотках це відповідає нижній межі робочого струму обмотки в мідному дроті 15-18 і в алюмінієвому дроті 10-13 А.
Щільність теплового потоку на поверхні котушкові обмоток зазвичай допускають не більше 1200-1400 Вт / м 2.
У виробництві безперервна катушечная обмотка при однаковій кількості витків і перетині витка трохи складніше і дорожче, ніж одно- і двошарове циліндрична з прямокутного проводу або багатошарова циліндрична з круглого або прямокутного проводу. Тому в трансформаторах з потужністю на один стрижень до 250 кВ · А краще застосовувати циліндричні обмотки з круглого дроти. У трансформаторах більшої потужності, де вимоги механічної міцності відіграють вирішальну роль, безперервна катушечная обмотка є найбільш вживаною поряд з багатошарової циліндричної з прямокутного проводу. Завдяки високій механічній міцності, легкості розподілу витків обмотки по котушок, зручності виконання регулювальних відгалужень, порівняльної простоті намотування, відсутності пайок між котушками і простоті установки на стрижні трансформатора безперервна катушечная обмотка знаходить широке застосування в масляних силових трансформаторах як обмотки ВН для трансформаторів з потужністю від 160 до 63000 кВ · А і вище при токах навантаження від 10-15 А і вище. Обмотка цього типу застосовується також в якості обмоток НН при токах від 10-15 до 300 А. У цьому випадку для зменшення осьових механічних сил в обмотках трансформаторів потужністю 1000 кВ · А і вище з ПБЗ, у яких регулювальна частина обмотки ВН розташовується в середині висоти стрижня, рекомендується робити в середині висоти обмотки НН розгін між котушками шляхом збільшення двох-трьох радіальних каналів до 15-20 мм.
Безперервна катушечная обмотка з прямокутного проводу знаходить також застосування в якості обмотки ВН в сухих трансформаторах з природним повітряним охолодженням при потужностях від 250 до 1600 кВ · А при виборі розмірів радіальних і осьових повітряних каналів відповідно до вимог табл. 9.26 і 9.2в.