Обмотка трансформатора: классификация, устройство, материалы

Как устроена обмотка и из чего она состоит

Обмотка трансформатора – это совокупность витков провода, которые размещаются на специальной основе, чаще всего цилиндрической формы. Эти витки создают замкнутую электрическую цепь, в которой и происходит основное действие – индукция. Когда по одной из обмоток проходит переменный ток, рядом возникает магнитное поле, которое индуцирует напряжение в другой обмотке. Вроде бы просто, но за этим кроется множество технических нюансов.

Основа конструкции – это провод и изоляция. Провода могут быть медными или алюминиевыми. Медь лучше проводит ток, но тяжелее и дороже. Алюминий – легче, экономичнее, но требует больших сечений. Изоляционные материалы защищают витки от пробоя и не дают им смещаться под действием сил, возникающих во время работы.

Витки в обмотке могут быть одиночными или состоять из нескольких параллельных проводников. Они наматываются слоями – один поверх другого. Слои изолируются между собой бумагой, электрокартоном или другими материалами. Такая многослойная структура улучшает охлаждение и снижает риски перегрева.

Основные типы обмоток

Обмотки делятся по разным признакам: по напряжению, по материалу, по конфигурации и по технологии изготовления. Но чаще всего в технической практике говорят о типах намотки.

Наиболее распространённый вариант – цилиндрическая обмотка. Это может быть однослойная намотка из прямоугольного провода – простая в изготовлении, с хорошим охлаждением, но невысокой механической прочностью. Обмотка трансформаторов становится прочнее, если слоёв больше. Но она уже хуже охлаждается, особенно если отсутствуют специальные вентиляционные каналы.

Интересны винтовые обмотки – витки укладываются по спирали, и между ними оставляют зазоры для циркуляции масла или воздуха. Эти конструкции часто применяются в мощных трансформаторах, потому что они лучше противостоят коротким замыканиям. Есть и непрерывные обмотки, где катушки наматываются последовательно без перерывов и паяных соединений. Они особенно удобны для включения ступеней регулирования напряжения.

Кроме того, обмотки различаются по способу размещения на сердечнике. Бывают концентрические – одна внутри другой, как матрёшки. А бывают чередующиеся – когда элементы высокого и низкого напряжения чередуются по высоте. От расположения витков зависит устойчивость к перегреву, равномерность распределения поля и даже уровень шума при работе трансформатора.

Что важно знать об эксплуатации и надёжности обмоток

Учитывая, что трансформаторы могут проработать десятки лет, к обмоткам предъявляются особые требования.

1. Электрическая прочность. Обмотка должна выдерживать перенапряжения, вызванные грозой, резким отключением нагрузки или другими нештатными ситуациями.
2. Механическая прочность. В момент пуска или короткого замыкания в системе возникают значительные силы, способные буквально сдвинуть витки. Если изоляция слабая, это приведёт к аварии.
3. Способность обмотки к теплоотдаче. Во время работы она нагревается. Если температура превышает допустимые пределы, изоляция теряет свойства, ускоряется старение, появляется риск пробоя. Поэтому в конструкции обмотки часто закладываются каналы для охлаждения, а в масляных трансформаторах – целые системы циркуляции охлаждающей жидкости.

Иногда на этапе проектирования предусматриваются специальные приёмы для выравнивания токов между параллельными проводниками. Например, делают так называемые транспозиции – меняют местами провода в процессе намотки. Это нужно, чтобы компенсировать разницу в длине и положении проводов по отношению к магнитному полю. Без этого часть провода перегреется, а другая будет работать вхолостую.

Реклама. ООО «РИНК»