Магнитопровод є магнітну систему трансформатора, по якій замикається основний магнітний потік. Одночасно муздрамтеатр служить основою для установки і кріплення обмоток, відводів, перемикачів та інших деталей активної частини трансформатора.
Магнитопровод збирають з окремих тонких пластин електротехнічної сталі, ізольованих один від одного плівкою спеціального жаростійкого покриття або лаку. Жаростойкое покриття зазвичай наносять безпосередньо на металургійному заводі, виготовляють сталь; плівку лаку - на трансформаторному заводі після різання (штампування) пластин.
Лінії по переробці виконують двох типів: стрижневого і броньового.
У муздрамтеатрі стрижневого типу (рисунок 1, а) вертикальні стрижні 1 мають ступеневу розтин, вписується в коло. На них розташовані обмотки 2 циліндричної форми. Частини муздрамтеатру, що не мають обмоток і що використовуються для утворення замкнутого кола, називають ярмамі.
У броньовий магнітопроводі (рисунок 1, б) стрижні розташовані горизонтально і мають прямокутний поперечний переріз. Відповідно до цього і обмотки такого муздрамтеатру мають прямокутну форму. Через дуже складною технологією виготовлення броньовий конструкцію застосовують тільки для деяких типів спеціальних трансформаторів; всі силові трансформатори вітчизняного виробництва мають стрижневу конструкцію.
а - стрижнева; б - броньовий; 1 - стрижень; 2 - обмотки; 3 - ярмо
Малюнок 1 - Основні типи конструкцій магнитопроводов
За способом з'єднання стрижнів з ярмамі розрізняють стикового і шіхтованного конструкції стрижневого муздрамтеатру.
При стикового конструкції стрижні і ярма збирають роздільно, насаджують обмотки на стрижні, а потім зверху приставляють верхнє ярмо. Щоб уникнути замикання пластин, між стикуються частинами магнітопровода поміщають прокладки з електрокартону. Після установки верхнього ярма всю конструкцію пресують і стягують вертикальними шпильками.
Стикова конструкція істотно полегшує збірку, так як для насадки обмоток досить зняти верхнє ярмо. Однак необхідність у громіздких стяжних пристроїв, а також в механічній обробці стикуються поверхонь стрижнів і ярем (що необхідно для зменшення магнітного опору) призвела до того, що для силових трансформаторів стикового конструкцію магнитопроводов не застосовують. Найчастіше її використовують для токоограничивающих або шунтуючих реакторів.
При шіхтованной конструкції стрижні і ярма збирають у халепу, т. Е. Розбивають по товщині на шари (зазвичай по два або три листа), складені з окремих пластин так, щоб в кожному шарі частина пластин стрижня заходила в ярмо. При цьому пластини одного шару перекривають стики пластин суміжного шару. Перевагою шіхтованной конструкції перед стикового є менша маса і велика механічна міцність, невеликі зазори в місцях стиків і менший струм холостого ходу трансформаторів.
Однак при шіхтованной конструкції ускладнюється складання трансформатора: для насадки на стрижні обмоток доводиться спочатку расшіхтовать верхнє ярмо по окремим верствам, а потім після насадки обмоток знову зашіхтовать. Ця робота трудомістка і дуже відповідальна, тому що при недостатньо ретельному її виконанні можуть різко погіршитися характеристики трансформатора.
Якщо після зашіхтовкі виявляться збільшеними зазори між пластинами ярма і стержня, це погіршить умови для проходження магнітного потоку і збільшить струм холостого ходу трансформатора. Якщо з яких-небудь причин в ярмо буде укладено менше пластин, ніж це необхідно, зменшиться його поперечний переріз, отже, зросте щільність магнітних силових ліній (магнітна індукція), збільшаться втрати і струм холостого ходу. Якщо при расшіхтовке або шихтовці ярма будуть недбало звертатися з пластинами (удари, механічні пошкодження, псування ізоляції), то це також стане причиною погіршення економічних характеристик трансформатора.
Останнім часом в конструкції стрижневих магнитопроводов внесені значні зміни. Змінилася форма пластин, з яких збирається муздрамтеатр: замість прямокутних пластин часто застосовують пластини, одна або дві вузькі боку яких зрізані під кутом (найчастіше 45 °). «Косий стик» в конструкції магнітопроводів дозволяє помітно зменшити втрати холостого ходу за рахунок деякого ускладнення у виготовленні. На малюнку 2, а, б показані пластини з косим стиком і муздрамтеатр однофазного трансформатора з косим стиком пластин після расшіхтовкі верхнього ярма, а на малюнку 3 - частина верхнього ярма (в процесі шихтовки) над крайнім і середнім стрижнями трифазного трансформатора потужністю 1000 кВА.
1 - магнітопровід; 2 - ярмова балка; 3 - нижня ярмо
Малюнок 2 - Пластини муздрамтеатру з косим стиком (а) і муздрамтеатр однофазного трансформатора з косим стиком пластин після расшіхтовкі верхнього ярма (б)
а - над крайнім стрижнем; б - над середнім стрижнем; 1 - пластини крайнього стержня; 2 - верхнє ярмо; 3 - пресувальне кільце; 4 - пластини середнього стержня; 5 - пристрій для підйому; 6 - обмотка ВН
Малюнок 3 - Магнитопровод трифазного трансформатора з косим стиком пластин
Обмотки стрижневого муздрамтеатру мають в горизонтальному перетині форму кола. Для кращого використання площі кола поперечний переріз стрижнів муздрамтеатру також прагнуть наблизити до кола. Однак круглий перетин стрижнів зажадало б великого числа різних по ширині пластин стали, що значно ускладнило б технологію виготовлення. Тому перетин стрижнів роблять багатоступеневим.
Ярма магнітопровода трансформаторів I-III габаритів, що випускалися вітчизняними заводами ще зовсім недавно, мали прямокутну або Т-подібну форму зі сходинкою, зверненої в бік «вікна» муздрамтеатру. У нових конструкціях форма перетину ярма (для кращого розподілу магнітного потоку) повторює форму перетину стрижня, та й самі стрижні стали «повніше»: кількість ступенів (пакетів з пластин різної ширини) збільшилася, отже, збільшилася і перетин активної стали в площі кола. На малюнку 4 показані перетину Т-образного і багатоступінчастого ярм магнитопроводов трансформаторів I- III габаритів.
а - Т-образного, б - багатоступінчастого; 1 - верхнє ярмо, 2 - верхня ярмова балка, 3 - нижня ярмова балка, 4 - нижня ярмо
Малюнок 4 - Форма перетину ярм магнитопроводов трансформаторів I-III габаритів
Готовий муздрамтеатр повинен володіти достатньою жорсткістю. Нерівномірне і недостатня опресовування, недобір або перебір пластин в одному зі стрижнів або в ярмі викликають підвищену вібрацію, що може привести до механічного руйнування деталей кріплення муздрамтеатру. Підвищена вібрація супроводжується шумом. Тому при складанні муздрамтеатру пластини стрижнів і ярем повинні бути опресовані і скріплені як би в одне ціле.
Існують різні способи пресування. У трансформаторах невеликої потужності стрижні пресують дерев'яними планками, що забиваються при складанні активної частини трансформатора між циліндром внутрішньої обмотки і стрижнем муздрамтеатру. Ці планки розклинюють стрижні щодо обмоток і обпресовують їх.
Для пресування магнитопроводов більш потужних трансформаторів широко застосовують стяжку стрижнів металевими шпильками.
До останнього часу в трансформаторобудуванні широко застосовувалися конструкції магнітопроводів з отворами в активній стали. Такі магнітопроводи стягувалися горизонтальними шпильками, що проходять в отворах, виштампувані в кожній пластині. Шпильки доводилося надійно ізолювати від стали щоб уникнути замикання пластин, яке може викликати збільшення вихрових струмів, місцевий нагрів і «пожежа в стали».
Однак конструкції магнітопроводів з отворами в активній стали стрижнів і ярем мають істотні недоліки. Отвори штампуються на спеціальних пресах (ця одна з найбільш трудомістких операцій при виготовленні магнітопроводів); навколо кожного отвори з'являється зона механічно деформованої сталі (для зняття виник наклепу необхідний отжиг пластин); отвори зменшують перетин і викликають місцеве збільшення втрат холостого ходу. Нарешті, навіть сама надійна ізоляція шпильок, пресуючих стрижні і ярма магнітопровода, може з плином часу порушитися з важкими наслідками для трансформатора. Тому останнім часом набули широкого поширення конструкції так званих бесшпілечних магнитопроводов. Існує досить багато конструкцій бесшпілечних магнитопроводов, що відрізняються способом пресування стрижнів і ярем. Так, у трансформаторів потужністю 250-630 кВА стрижні затягують тимчасовими струбцинами ще в горизонтальному положенні відразу після збирання. При насадці обмоток (як правило, намотаних на паперово-бакелітові циліндрі) струбцини знімають, а між циліндром і магнітопроводом встановлюють дерев'яні планки і клини, жорстко пресуючі пластини стержня.
У трансформаторів більшої потужності стрижні пресують сталевими бандажами або бандажами з стеклоленти. Щоб уникнути утворення замкнутого витка, сталеві бандажі виконують з ізолюючої пряжкою. Бандажі з стеклоленти намотують за допомогою спеціального пристрою, що дозволяє рівномірно укладати стрічку з необхідним для запресовування стержня натягом.
Для пресування ярм використовують або винесені за крайні стрижні шпильки, що стягують ярмова балки (балки при цьому роблять механічно дуже міцними), або сталеві полубандажі, що охоплюють верхні і нижні ярма. У деяких конструкціях замість полубандажей ставлять сталеві шпильки, які потребують, проте, деякого збільшення вікна муздрамтеатру.
На малюнку 5 показано ярмо муздрамтеатру, запресувати сталевими полубандажамі. Полубандаж являє собою сталеву стрічку 1 шириною 40-60 мм і товщиною 4-6 мм (зазвичай беруть дві стрічки товщиною по 2-З мм). До кінців стрічки приварюють сталеві шпильки 2, пропускаються через пластини 3 з міцного ізоляційного матеріалу (найчастіше для цих цілей застосовують склопластики). При затягуванні гайок 4, навертаються на шпильки, створюється необхідне зусилля запресовування ярма. Щоб уникнути замикання пластин стали ярма полубандажом, під нього підкладають коробочку з електрокартону товщиною 2-3 мм.
1 - сталева стрічка, 2 - шпилька, 3 - пластина зі склопластику, 4 - пресуюча гайка
Малюнок 5 - Ярмо муздрамтеатру, запресувати полубандажамі
Однак одні тільки полубандажі не можуть створити зусиль, достатніх для пресування ярма. Для затягування ярм обов'язково застосовують спеціальні стягнуті пристрою по торцях муздрамтеатру, винесені за активну сталь. У трансформаторах потужністю 4000-6300 кВА це можуть бути просто сталеві шпильки, ізольовані від можливого замикання зі стрижнем паперово-бакелітовими трубками, в трансформаторах більшої потужності - спеціальні «коробки», що впираються в активну сталь крайніх стрижнів муздрамтеатру.
Для багатьох трансформаторів застосовують пресування обмоток нажімнимі кільцями. Справа в тому, що в процесі роботи відбувається поступова усушка Електрокартон деталей обмоток, особливо якщо обмотки і активна частина трансформатора були недостатньо просушені при виготовленні. Така усушка призводить до зменшення висоти і ослаблення запрессовки обмоток, що різко знижує динамічну міцність трансформатора при коротких замиканнях і може стати причиною його руйнування.
Нажімниє кільця дозволяють створити необхідні зусилля запресовування і, що особливо важливо, подпрессовать обмотки, якщо при ревізії виявиться ослаблення їх осьового кріплення. До останнього часу натискні кільця робили зі сталі. В даний час їх часто виконують з різних пластичних матеріалів, головним чином склопластиків. На малюнку 6 показані пресування обмоток нажімнимі кільцями і конструкція пресує пристрою.
1 - верхнє ярмо, 2 - обмотка, 3 - пресувальне кільце, 4 - натискний гвинт, 5 - ярмова балка
Малюнок 6 - Пресовка обмоток нажімнимі кільцями і конструкція пресує пристрої
Під час роботи трансформатора між його обмотками і заземленими частинами (наприклад, баком) існує електричне поле. Всі металеві частини трансформатора, що знаходяться в цьому полі, заряджаються, т. Е. Набувають деякий потенціал. Між зарядженими деталями і заземленим баком виникають різниці потенціалів. Незважаючи на малу величину, вони можуть виявитися достатніми для пробою невеликих ізоляційних проміжків, які поділяють металеві частини. Пробої небажані, так як вони ведуть до розкладання і псування масла і завжди супроводжуються характерним тріском, що викликає сумніви в справності ізоляції трансформатора. Тому муздрамтеатр і деталі його кріплення обов'язково заземлюють, т. Е. Надають їм всім однаковий потенціал - потенціал бака (землі); що виникають при цьому електричні заряди по заземлень «стікають» з металевих деталей трансформатора в землю.
Заземляють ярмова балки, всі металеві кріплення і деталі, за винятком горизонтальних стяжних шпильок, потенціал яких завжди близький до потенціалу стали муздрамтеатру. Заземлення здійснюють за допомогою мідних стрічок, що вставляються між пластинами стали муздрамтеатру і закріплюються іншими кінцями на ярмова балці. Верхню і нижню балки пов'язують вертикальними стяжними шпильками, а з заземленим баком трансформатора - підйомної шпилькою.
Можуть бути різні схеми заземлення металевих деталей: вони залежать від конструкції магнітопровода, кріплення активної частини в баку, зв'язку між окремими деталями. У будь-якому випадку виконання вказівок про заземлення окремих елементів конструкції трансформатора є обов'язковим.