Конструкция тяговых трансформаторов

Магнитопроводы. В отечественном электровозостроении используют трансформаторы со стержневыми магнитопроводами. Вертикальные стрежни служат для размещения обмоток и соединяют ярма, которые образуют с ними замкнутую магнитную цепь. Магнитопроводы трансформаторов ОЦР-5600/25 и ОДЦЭ-5000/25 набирают из лакированных листов электротехнической холоднокатаной стали Э310 толщиной 0,5 мм.

Вертикальные стержни выполняют из листов разной ширины, а ярма - из листов одинаковой ширины.

Площадь активного поперечного сечения стержня — 629 см², ярма — 661 см². Вертикальные стержни магнитопровода трансформатора ОДЦЭ-5000/25 на 130 мм короче стержней трансформатора ОЦР-5600/25.

Пакеты листов каждого стержня магнитопровода стягивают пятью шпильками с резьбой М12, изолированными от стали бумажно-бакелитовыми трубками и шайбами.

Вертикальные стержни трехстержневого магнитопровода трансформатора ОЦРН-7300/25 изготавливают из того же материала. Поскольку стальные листы имеют разную ширину, поперечные сечения стержней неодинаковы по форме и размерам. Стержень с поперечным сечением эллиптической формы предназначен для размещения обмотки автотрансформатора. На стержне круглой формы устанавливают обмотки трансформатора. Свободный стержень имеет Т-образное сечение.

Обмотки. Непрерывная первичная обмотка А - Х тягового трансформатора ОЦР-5600/25 (рис. 11.3), рассчитанная на напряжение 27,5 кВ, включает в себя четыре катушки, содержащие по 10¹⁵/₁₆ витка размерами сечения 10x3,53 мм, 18 катушек, имеющих по 15¹³/₁₆ витка размерами сечения 8,6x2,83 мм, и 54 катушки, содержащие по 15¹⁵/₁₆ витка того же сечения. Все катушки выполнены из провода марки ПББО. Применяемые катушки дискового типа в слоях имеют по одному витку. Между дисками катушек установлены изоляционные прокладки из электрокартона. Расстояние между катушками равно 5 мм. Для трех верхних и трех нижних катушек это расстояние увеличено до 7,5 мм.

Первичная обмотка распределена поровну на обоих стержнях магнитопровода между нерегулируемыми и регулируемыми частями вторичной обмотки, что позволяет снизить потоки магнитного рассеяния и индуктивное сопротивление трансформатора. Обе половины первичной обмотки соединены друг с другом параллельно.

Нерегулируемые части вторичной обмотки А1 — Х1 и А2 — Х2 состоят из двух катушек (плеч), совмещенных друг с другом по двухходовой спирали. В каждой катушке обмотки содержится 25 витков. Виток катушки включает в себя 10 параллельных прово­дов ПББО размерами сечения 12,5 х 3,53 мм. Нерегулируемые ча­сти обмотки расположены на обоих стержнях магнитопровода в непосредственной близости от их поверхности и соединены друг с другом последовательно, что упрощает их изоляцию от стально­го сердечника.

Регулируемые части вторичной обмотки О1 — 1 и О2 — 5 также состоят из двух плеч, в каждое из которых входят четыре диско­вые катушки, соединенные последовательно. Секция плеча содер­жит две обмотки, включенные параллельно и расположенные на обоих стержнях магнитопровода. Плечи имеют по 48 витков.

Регулируемая часть обмотки включает в себя 64 катушки, каж­дая из которых выполнена из четырех параллельных проводов ПББО размерами сечения 9,3x3,05 мм, намотанных в три слоя, по одному витку в слое.

Для вторичной обмотки допускается работа:

• при согласованном включении регулируемых и нерегулируе­мых частей, т.е. соединении ввода Х1 поочередно с вводами 4, 3, 2 и 1, а ввода X2 — поочередно с вводами 8, 7, 6 и 5;

• при встречном включении нерегулируемых и регулируемых частей, т.е. соединении ввода Х1, поочередно с вводами 5, 6, 7 и 8, а ввода Х2 — поочередно с вводами 1, 2, 3 и 4;

• нерегулируемой части обмотки при соединении вводов Х1 с О1 и О2 с Х2.

При напряжении в контактной сети 25 кВ напряжение холосто­го хода нерегулируемых частей вторичной обмотки трансформа­тора равно 1 052 В, а регулируемых — 1 008 В, по 252 В в каждой из четырех ее секций. При встречном включении регулируемых и нерегулируемых частей минимальное напряжение трансформато­ра равно 44 В, а при согласованном их включении максимальное напряжение трансформатора равно 2 060 В.

Обмотка собственных нужд состоит из четырех двойных диско­вых катушек (по 4⁸/₁₆ и 5 витков каждая), соединенных между собой параллельно. Обмотка расположена на обоих стержнях маг­нитопровода. На каждом стержне помещено по две катушки. Все катушки выполнены из провода марки ПББО размерами сечения 13,5 х 4,7 мм. Обмотка собственных нужд имеет четыре ввода. При напряжении в контактной сети 25 кВ напряжение холостого хода обмотки на вводах Х—А6 равно 210 В, на вводах Х—А5 — 399 В, на вводах Х—А4 — 630 В.

Отводы и вводы. Отводы представляют собой провода, распо­ложенные вне обмоток и служащие для соединения отдельных частей обмоток, концов обмоток с вводами и регулировочных от­ветвлений с переключающим устройством. В комплект отводов вхо­дят медные шины без изоляции или изолированные проводники и набор деревянных планок для их закрепления.

Схема отводов зависит от устройства обмоток, их группировки и схемы соединения. Так, в трансформаторе ОЦР-5600/25 отводы от первичной обмотки выполнены из изолированного провода, а отводы от вторичных обмоток — из медных шин без изоляции, укрепленных деревянными планками.

В масляных трансформаторах, применяемых на электровозах, обмотки соединяют с силовой схемой через вводы, расположен­ные в крышке трансформатора.

Ввод состоит из токоведущей части, выполненной из медного стержня, и изоляции. Конструкция ввода зависит прежде всего от класса изоляции обмотки, соединенной с ним. Ввод должен обла­дать необходимыми тепловыми характеристиками, электрической и механической прочностью.

Баки. Масляный тяговый трансформатор помешают в бак, пред­ставляющий собой стальной резервуар. При работе трансформато­ра осуществляется непрерывная конвекционная циркуляция мас­ла. Масло, нагретое от магнитопровода и обмоток, отдает теплоту в окружающую среду через стенки бака и охлаждается.

Бак имеет достаточный запас прочности и выдерживает избы­точное внутреннее давление 5 МПа, а при вакуумной сушке в нем обмоток трансформатора — атмосферное давление.

В комплект бака входит расширитель для масла, который пред­отвращает его увлажнение и снижение электрической прочности, а также ускоренное старение изоляции. В трансформаторе без рас­ширителя уровень масла в баке находится ниже крышки, поэтому при изменении температуры масла его уровень поднимается либо опускается, в результате чего часть воздуха вытесняется наружу или засасывается из окружающей среды.

При всех режимах работы трансформатора и любой возможной температуре окружающей среды расширитель обеспечивает пол­ное заполнение бака маслом. Температура масла в расширителе значительно ниже, чем в верхней части бака, что замедляет про­цесс окисления масла. Кроме того, в расширителе почти отсут­ствует конвекционная циркуляция масла. Поэтому влага, попав­шая в масло из воздуха, осаждается в отстойнике и не проникает в бак.

Система охлаждения трансформатора. Система охлаждения вклю­чает в себя масляный насос с электродвигателем и трубопрово­дом, масляные радиаторы, воздухопровод, агрегат мотор-вентилятора и термосигнализирующие приборы.

Масло поступает в систему охлаждения из верхней части бака трансформатора и с помощью насоса подается по маслопроводу в радиаторы. Затем охлажденное масло поступает в нижнюю часть бака, проходит по каналам обмоток и в нагретом состоянии дос­тигает верхней части бака, откуда возвращается в систему охлаж­дения.

В трансформаторах ОЦР-5000/25 и -5600/25 для охлаждения масла применяют моноблочный электронасос ЭЦТ63/10, уста­навливаемый между баком и радиаторами.

Для лучшего рассеяния теплоты радиаторы принудительно об­дуваются воздухом, поступающим по воздухопроводу от вентиля­тора: на электровозе ВЛ80 — от осевого вентилятора СВМ-6М, а на электровозе ВЛ60 — от центробежного вентилятора Ц13-50 или Ц8-19.

Расход воздуха, охлаждающего радиаторы, составляет около 20000 м³/ч, а падение напора в системе охлаждения трансформа­тора — примерно 70 мм вод. ст. (700 Па).

Трансформаторы ОЦР-5600/25, установленные на электрово­зах ВЛ60 до № 754, имеют систему охлаждения, подобную рас­смотренной. Принудительная циркуляция масла в трансформато­ре осуществляется двумя центробежными насосами 2К-9 с при­водом от трехфазных двигателей АОМ42-2. Каждый насос поме­щен в расширитель, наполненный маслом. Подача насоса состав­ляет 22 м³/мин при напоре 17,5 мм вод. ст. (175 Па). Расход воздуха, охлаждающего радиаторы, не превышает 19 500 м³/ч.

На маслопроводе, идущем от насоса к радиаторам, установлено струйное реле СРЭ-2, которое при отсутствии циркуляции масла размыкает цепи управления, прекращая работу электровоза. Тем­пература масла контролируется термометрическим сигнализатором.

Трансформатор ОЦРН-7300/25 имеет систему охлаждения с одним контуром. Циркуляция масла между баком и радиатором осуществляется при помощи насоса 2К-9 с приводом от электро­двигателя АОМ42-2. Подача насоса составляет 22 м³/мин при напоре 17,5 мм вод. ст. (175 Па), а полный расход воздуха — 20 500 м³/ч.

На рис. 11.4 изображена конструкция тягового трансформатора ОДЦЭ-5000/25Б с указанием элементов системы охлаждения. Та­кие трансформаторы применяют на электровозах ВЛ80. Их назна­чение — преобразование напряжения контактной сети в напря­жение цепей тяговых двигателей, включенных через полупровод­никовые преобразователи, и цепей собственных нужд электровоза.