ЭЛЕКТР МАШИНАЛАРИ трансформатор. Электр машиналари трансформаторлар
 Скачать 4.38 Mb.
|
|
ЎЗБЕКИСТОН РЕСПУБЛИКАСИ ОЛИЙ ва ЎРТА МАХСУС ТАЪЛИМ ВАЗИРЛИГИ К.Т.Олимхўжаев, У.Т.Бердиев ЭЛЕКТР МАШИНАЛАРИ ТРАНСФОРМАТОРЛАР Тошкент ─ 2008 УДК 621.314 Электр машиналари (Трансформаторлар). Техник ва технологик олий ўқув юртлари учун ўқув қўлланма. К.Олимхўжаев умумий таҳрирлигида. Тошкент. 2009. -228 б. Трансформаторларнинг умумлаштирилган назарий асослари, уларнинг тузилиши ва элементлари ҳамда режимлари хоссаларининг таҳлиллари келтирилган. Трансформаторларнинг турлари, магнит ўзакларининг хоссалари, чулғамларининг уланиш, ўткинчи жараёнларни ҳисоблаш усуллари батафсил тушунтирилган ва физик жараёнлар кенг математик ифодаларда келтирилган. Ўқув қўлланма техник ва технологик олий ўқув юртларининг бакалавриат, магистратура талабалари, аспирантлари ҳамда ишлаб чиқариш корхоналарининг мутахассислари учун мўлжалланган. Ўзбекистон республикаси Олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги ҳузуридаги илмий-услубий бирлашмалар фаолиятини мувофиқлаштирувчи Кенгаш техник ва технологик олий ўқув юртларининг электроэнергетика, электротехника, электромеханика, электротехнологиялар ва гидроэнергетика бакалавр таълим йўналишлари ва мазкур соҳалар магистрлари, аспирантрари ҳамда мутахассислари учун дарслик сифатида тавсия этилган. Кириш Инсоният моддий ишлаб чиқариш маданиятининг ривожланиш даражаси биринчи галда энергия манбаини ҳосил қилиш ва уни ишлатиш билан аниқланади. Бунинг ишлатилиши, кейинги I00 йил ичида эса, электр қувватидан фойдаланиш, саноатнинг ривожланишида техник инқилобини келтирди ва социал муносабатларда ҳал қилувчи ахамиятга эга бўлди. Ҳозирги пайтда ривожланган мамлакатларда электр энергияси киши бошига I0 кВт с. га тўғри келади. Бу эса 200 йил илгари саноатда асосий иш кучи ҳисобланган инсоннинг қувватидан I00 марта кўпдир. Ўзбекистон ҳудудида жойлашган электр станцияларининг умумий қуввати 1913 йилда 3000 кВт бўлиб, уларда 3,3 миллион кВт.с. электр энергияси ишлаб чиқарилган. ГОЭЛРО плани асосида 1926 йил 1 майида қуввати 4000 кВт бўлган Бўз сув ГЭСи қуриб ишга туширилди. Урушдан олдинги беш йилларда Қодирия (13600 кВт.), Бўржар (6400 кВт), Товоқсой (биринчи навбати) ГЭСлари ишга туширилди. Улуғ Ватан уруши даврида босиб олинган ҳудудлардан Ўзбекистонга эвакуация қилинган корхоналарни электр энергияси билан таъминлаш мақсадида Оқтепа (1943, 15 МВт), Қибрай (1943, 11,2 МВт), Салар (1944, 11,2 МВт.), 1-Оққовоқ (1943, 26,1 МВт) ГЭСлари ишга туширилди. Фарход ГЭСи қурила бошланди. Уришдан кейинги даврда Наманган ГЭС лар каскади (1,2+2, 1+2, 4+2,4 МВт), 19 та ГЭС лардан иборат Чирчиқ-Бўзсув каскади каби йирик гидроэнергетика тизимлари бунёд этилди. Ривожланаётган халқ хўжалигини электр энергияси билан таъминлаш мақсадида Оҳангарон (600 МВт), Тошкент (1920 МВт), Навои (830 МВт), Сирдарё (3000 МВт), Давлат район электр станциялари (ДРЭС) ва Фарғона иссиқлик электр маркази (ИЭМ) (230 МВт) қурилди. Электр энергиясини узатиш ва тақсимлаш учун трансформаторлар қўлланилади. Собиқ Иттифоқ электромеханиклари узоқ масофаларга ўта катта электр энергетик қувватларни узатиш учун мўлжалланган, кучланиши 1150 кВ ва 1500 кВ бўлган трансформаторлар яратдилар. Электр станциялардаги турбогенераторлар кучланишини оширувчи 1000-1200 МВА қувватли трансформаторлар ҳам нодир қурилмалар қаторига киради. Трансформатор заводлари, шу жумладан, Чирчиқ трансформатор заводи (ЧТЗ) истеъмолчиларни электр энергияси билан барқарор таъминловчи махсус трансформаторлар, реакторлар ва трансформаторли нимстанциялар комплектларини кўплаб ишлаб чиқармоқдалар. Электр станциялари, нимстанциялари ҳамда ҳалқ хўжалигининг ҳар бир корхонасида ишлатилувчи трансформатор ускуналари электр энергияси билан сифатли ва ишончли таъминлашнинг гаровидир. Ушбу ўқув қўлланма Тошкент давлат техника университети Энергетика факультети хамда Тошкент темир йўл муҳандислари институти Электромеханика факультети талабалари учун кўп йиллар мобайнида ўқитилиб келинган маърузалар баёни асосида тузилган бўлиб, унда трансформаторлар ишлашининг назарияси, улар тузилиши, махсус режимлари ва махсус трансформаторларни ўз ичига олади. Ушбу қўлланма трансформаторларни лойиҳалаш, ишлаб чиқариш ва уларни эксплуатация қилишда ишловчи юқори малакали мутахассисларни тайёрлашда ўз ҳиссасини қўшишига муаллифлар умид қиладилар. БИРИНЧИ БОБ умумий тушунчалар трансформаторларнинг энергетикадаги ўрни. Умумий тушунчалар ва таърифлар. Номинал Қийматлар Бирор кучланишли ўзгарувчан токни бошқа кучланишли ўзгарувчан токка айлантирувчи статик электромагнит ускунага трансформатор деб аталади. Трансформаторлар ўзгарувчан токнинг кучланиши қийматини ўзгартириш билан бирга, ўзгарувчан ток фазалар сони ва частотаси қийматини ўзгартирадиган мосламалар таркибида ҳам ишлатилади. Электр энергиясини узоқ масофаларга узатиш учун ўзгарувчан ток генераторларининг 6-30 кВли кучланишини трансформаторлар ёрдамида 110, 150, 220, 330, 400, 500, 750, 1150 кВ гача кучайтириб электр ўтказиш тармоқларига узатилади. Кучланишнинг шу қадар кучайиши токнинг пропорционал камайишига олиб келади ва узатиш тармоғидаги қувват исрофи шу токнинг квадратига пропорционал равишда камаяди. Шу сабабли электр станцияларида кучайтирувчи трансформаторлар ишлаши зарурдир. Электр энергиясини саноат корхоналарига, шаҳар, қишлоқ ҳудудлари ва корхоналар ичига кучланишлари 110, 35, 10 ва 6 кВ бўлган ҳаво электр тармоқлари ёки кабель йўллари ёрдамида тарқатилади. Демак, ҳар бир электр тарқатиш тугунида кучланишни пасайтирувчи трансформаторлар ўрнатилиши лозим. Бундай трансформаторлар кўпчилик истеъмолчиларнинг кириш қисмида ҳам жойланиши керак. Чунки улар 220, 380, 660 В кучланишда ишлайдилар. Шу тариқа электр энергияси электр станцияларидан истеъмолчига етиб боргунга қадар кўп марта (5 мартагача) трансформацияланади. Электр энергиясини қабул қилувчи, узатувчи ёки тарқатувчи энегия тизимларда қўлланувчи трансформаторлар куч трансформаторлар (КТ) дейилади. КТларга уч фазали трансформаторларнинг қуввати 6,3 кВА ва ундан ҳам юқори бўлганлари киради. Ўзгарувчан токни тўғриловчи (ўзгармасга айлантирувчи) ва ўзгармас токни инверторловчи (ўзгарувчанга айлантирувчи) ярим ўтказгич асбоблари бўлган схемаларда ишлатилувчи трансформаторлар ўзгарткич трансформаторлари (ЎТ) дейилади. қуввати бир неча Вольт-Ампердан бир неча юз мега Вольт-Ампергача (МВА) бўлган ўзгарткич трансформаторлари саноат корхоналарининг электр ускуналарида қўлланилади. Бундан ташқари махсус трансформаторлар ҳам ишлаб чиқариладики, улар электротермик ўчоқларда (ўчоқ трансформаторлари), электр пайвандлаш, электр транспорти ускуналари, электрон схемалар, ток ва кучланиш ўлчагичлари схемаларида қўлланиладилар. Уч фазали КТларнинг қувватлари 1250 МВА гача, уч фазали гуруҳ трансформаторларининг қувватлари эса (учта бир фазали трансформатордан ҳосил бўлган) 2000 МВА гача бўлиб, оғирлиги эса 500 т. гача боради. Трансформаторлар асосан: а) электротехник пўлат тунукачалардан ташкил топган магнит ўзакдан ва б) бир-бири билан электромагнит (автотрансформаторларда эса электрик) боғланишда бўлган икки ёки ундан кўпроқ чулғамлардан иборат. Ток турига қараб трансформаторлар бир фазали, уч фазали ва кўп фазалиларга бўлинадилар. Кўп фазали трансформаторлар чулғами деб маълум усулда ўзаро уланган ҳамма фазаларнинг бир хил кучланишли чулғамлари мажмуасига айтилади. Трансформаторларнинг электр энергияни қабул қилувчи чулғами - бирламчи, истеъмолчига энергияни узатувчи чулғами - иккиламчи чулғам дейилади. Номларига ўхшаш, ҳар бир чулғамга қарашли қийматлар (масалан, ток, кучланиш, қувват, қаршилик ва ҳ.к) бирламчи ва иккиламчи қийматлар дейилади (бирламчи ток, иккиламчи индуктив қаршилик, ва ҳ.к). Трансформаторларнинг юқорироқ кучланишли тармоққа уланган чулғами юқори кучланишли (ю.к.) чулғам дейилади. Кичикроқ кучланишли тармоққа уланган чулғами қуйи кучланишли (қ.к.) чулғами ва ниҳоят, уч чулғамли трансформаторларнинг ю.к. ёки қ.к. чулғамларига таалуқли бўлмагани - ўрта кучланишли (ў.к.) чулғам дейилади. Агар иккиламчи чулғам кучланиши бирламчиникидан кичикроқ бўлса трансформатор пасайтирувчи, акс ҳолда кучайтирувчи дейилади. Битта бирламчи ва битта иккиламчи чулғамли трансформатор икки чулғамли трансформатор дейилади. Ҳар бир фазада учтадан чулғами бўлган, масалан битта юқори кучланишли ва иккита қуйи кучланишли ёки тескариси - битта қуйи кучланишли ва иккита юқори кучланишли трансформаторлар уч чулғамли деб аталади. Бир фазали ёки уч фазали трансформаторларнинг бир фазасида учтадан кўпроқ чулғами бўлиши мумкин. Бундай трансформаторлар кўп чулғамли трансформаторлар дейилади. Кучли трансформаторлар тузилиши бўйича икки турга бўлинадилар: мойли ва қуруқ трансформаторлар. Мойли трансформаторларда магнит ўзак ва чулғамлар яхши изолятор ва совутувчи модда ҳисобланган трансформатор мойи тўлдирилган идишга жойлаштириладилар. Трансформатор мойи чулғам изоляцияларини ҳавонинг зарарли таъсиридан ҳам сақлайди. Уламали трансформаторлар деб трансформациялаш коэффициент-ларини ўзгартириш учун чулғамларда махсус уламалари бўлган трансформаторларга айтилади. Трансформаторларнинг номинал режими деб ишлаб чиқарган корхона тайёрлаган паспортда кўрсатилган режимга айтилади. Трансформаторларнинг номинал қийматлари - қувват, кучланишлар, токлар, частота ва ҳ.к. трансформаторларнинг паспортида кўрсатилган бўлиб, у трансформаторларнинг номинал режимини кўрсатувчи бошқа қийматлар, масалан, ф.и.к. кабиларга ҳам тааллуқлидир. Трансформаторларнинг номинал қуввати деб, иккиламчи чулғамда Вольт-Ампер билан ўлчанган ва паспортда кўрсатилган қувватга айтилади. Трансформаторларнинг номинал бирламчи кучланиши деб, паспортда кўрсатилган кучланишга айтилади; агар бирламчи чулғам уламалари мавжуд бўлса, у ҳолда номинал кучланиш алоҳида таъкидланади. Трансформаторларнинг номинал иккиламчи кучланиши деб бирламчи чулғамда номинал кучланиш бўлиб, юксиз ишлагандаги иккиламчи кучланишга айтилади; агар иккиламчи чулғам уламалари мавжуд бўлса, унинг номинал кучланиши алоҳида таъкидланади. Трансформатор бирламчи ва иккиламчи чулғамлари номинал токлари деб трансформатор паспортида кўрсатиладиган ва номинал қувват ва номинал кучланишлар билан маълум боғланишда бўлган бирламчи ва иккиламчи чулғамлар токларига айтилади. Бунда трансформатор ф.и.к. и 100% га яқин деб фараз қилиниб иккала чулғам номинал қувватлари тенг қилиб олинади. Агар, мисол учун, юлдуз-юлдуз уланган уч фазали трансформаторнинг номинал қуввати кВА, номинал бирламчи ва икккиламчи кучланишлари u1nқ=380 В ва u2nқ =36 В бўлса, бирламчи ва иккиламчи номинал токлар қуйидагича аниқланади: ва Овропа ва Осиё давлатларидаги каби, Ўзбекистон Республикасида ҳам кучланиш частотаси 50 (Гц) қабул қилинган. Кучланиш, Э.ЮК ёки токларнинг вақтга боғлиқлик функциясининг синусоидадан фарқи қуйидагича аниқланади. Даврий функция гармоник қаторга ажратилади. Амплитудалари қиймати энг катта деб ҳисобланган учта юқори гармоник ташкил этувчилари амплитудалари квадратлари йиғиндиси квадрат илдизининг биринчи гармоника амплитудасига нисбатан фоиз ҳисобида олинган қиймати аниқланади. Қуввати 1000 кВА дан катта бўлган тарнсформаторларда бу қиймат 5% дан катта бўлмаса ва 1000 кВА дан кичикларида 10% дан катта бўлмаса, кучланиш, Э.Ю.К. ёки ток синусоидал бўлади деб ҳисобланади. Уч фазали кучланиш ёки токлар тизимининг симметрик ёки носимметриклигини аниқлаш учун уларнинг векторлари тўғри ва тескари фазалар кетма-кетлигига ажратилади. Агар векторлар тескари кетма-кетлиги векторлар тўғри кетма-кетлигининг 5% га тенг ёки ундан кичик бўлса симметрик ва 5% дан катта бўлса - тизим носимметрик тизим деб ҳисобланади. 1.2. Трансформаторларнинг тузилиши ва асосий Қисмлар Трансформаторлар асосий ва ёрдамчи қисмлардан иборат. Асосий қисм-трансформаторларнинг электромагнит жараёнларини вужудга келтирувчи чулғамлардан ва магнит оқимни кучайтирувчи магнит ўзакдан иборат. Ёрдамчи қисмлар эса трансформаторнинг қуввати, кучланиши, турлари ва ҳакозаларга қараб бир неча ўнлаб бўлаклардан иборат. Улар қаторига мойли трансформаторнинг баклари, тармоқни ва чулғамларни боғловчи изоляторлар ва бошқалар киради. 1.2.1. Трансформатор магнит ўтказгичи Магнит ўтказгич деб магнит занжирни ҳосил қилувчи электротехник пўлат тунукачалар мажмуасига айтилади. Магнит ўтказгичларнинг турларига қараб трансформаторлар устунли ва қобиқли (броневўе) трансформаторларга айтилади. Устунли магнит ўтказгичларда трансформаторларда трансформаторнинг чулғамлари магнит ўзакларга ўрнатиладилар. Бундай магнит ўзаклар деярли ҳамма ўрта ва йирик қувватли трансформаторларда қўлланилади. Қобиқли магнит ўтказгичларда чулғамлар ўзаклар билан қисман ўралган бўлади. Бундай трансформаторлар кичик қувватли схемаларда ишлатилади. Магнит ўзак қалинлиги 0,35 ёки 0,5 мм бўлган махсус электротехник пўлат тунукачалардан йиғилади. Ҳозирги замон трансформаторлари асосан икки хил трансформатор пўлатларидан иссиқ жўваланган (горячекатаная) ва совуқ жўваланган (холоднокатаная) пўлатлардан ясалади. Совуқ жўваланган трансформатор пўлат жўваланиш йўналиши бўйича иссиқ жўваланганникига кўра бир неча марта яхшироқ магнит хусусиятларга эга. Аммо бундай магнит ўзакни йиғиш технологик жараёни анча мураккабдир. Пўлат тунукачаларни ўзаро изоляцияланиши учун қалинлиги 0,03 мм бўлган қоғоз ёки мойли лок ишлатилади. қоғоз изоляция лок изоляциясидан арзонлигига қарамай, унинг паст иссиқлик ўтказувчанлиги, иссиққа чидамсизлиги ва механик чидамсизлиги кенг қўлланишига тўсқинлик кўрсатади. Шу билан бирга, қоғоз изоляцияси қалин бўлганлиги сабабли, магнит ўтказгич кесим юзасининг пўлат билан тўлдирилиш коэффициенти Ктўл ни камайтиради (изоляцияланмаган магнит ўтказгич кесим юзаси Sў нинг изоляцияланган магнит ўзаги кесим юзаси Sn га нисбатан Ктўл=Sў/Sn пўлат билан тўлдирилиш коэффициенти дейилади). Шу сабабли мазкур камчиликлари эътиборга лойиқ бўлган катта қувватли трансформаторларда локли изоляциялар ишлатилади. Бир фазали устунли ва қобиқли ҳамда уч фазали устунли трансформаторларнинг магнит ўзаклари ва схематик тарзда келтирилган чулғамлари 1.1 ва 1.2-расмларда кўрсатилган. Расмдаги белгилар: 1 - юқори кучланишли чулғам; 2 - паст кучланишли чулғам; 3 - устун (стержень); 4 - тўсин (ярмо). Устун ва тўсин тунукачалари бир-бири билан уланиши икки усулда бажарилиши кўзда тутилади: туташма (в стўк) ёки тўқима (шихтованной). Уланишлари туташма тарзда йиғилган магнит ўтказгичларнинг устунлари ва тўсинлари алоҳида йиғилиб, сўнгра улар туташтирилади. Бунда устунга чулғам ўрамасини жойлаштириш осон бажарилади, чунки чулғам жойлаштириш учун фақат юқориги тўсинлар олиб турилиши етарлидир. Тўқима усулда уланганда устун ва тўсинлар олиб турилиши етарлидир. Тўқима усулда уланганда устун ва тўсинлар биргаликда йиғилади, яъни аввал 1.3-а расмдагидек биринчи қатлам йиғилади. Сўнгра 1.3-б расмдагидек иккинчи қатлам йиғилади. Шу тариқа иккала шаклдаги ўтказгичлар галма-галдан устма-уст йиғилади. Натижада, бир қатламдаги ўзак ва тўсин тунукачаларининг улоқ чизиқлари кейинги қатлам устун ва тўсинлари билан қопланадилар. Чулғам ўрамаси устунга жойлаштирилиши учун қуйидагича амаллар бажарилади. Юқоридаги йиғилган (йиғиқ) тўсин тунукачалари қайта бузилиб устунларга чулғамлар кийгизилади ва яна юқориги тўсин қайта йиғилади. Шундай қилиб, иккинчи йиғиш усули биринчисидан мураккаброқдир, аммо унинг қуйидаги яхши хусусиятлари мавжуд: А. Тўқима усулида йиғилганда ўзак тунукачалари улоқларидаги ҳаво оралиқлари минимумлаштириш эҳтимоли кўпаяди, чунки бир қатламдаги улоқ чизиқлари кейинги қатлам тунукачалари бирдан қопланади. Аксинча, туташма усулда йиғилганда устун ва тўсин оралиғига қалинлиги 0,5-1,0 мм. бўлган изоляцияловчи қатлам (қоғоз) қўйилиши лозим. Бу қатлам улоқ чизиғи атрофида уюрма токлар ҳосил бўлишини ва улар билан боғлиқ бўлган қувват исрофлари ошиш эҳтимолини камайтиради (1.4-расм). Тўқима усулдаги изоляция қатламининг йўқлиги магнитловчи ток (юксиз ишлаш токи) ни кескин камайтиришга имкон беради. Б. Тўқима усулда йиғилган магнит ўтказгичнинг механик чидамлилиги ошади, ва аксинча, туташма усулда устун ва тўсинларнинг керакли тортилиш кучини ҳосил қилиш учун нисбатан қувватли маҳкамлаш мосламалари ўрнатилиши лозим. Туташма усулдаги бундай мосламаларнинг оғирлиги тўқима усулдагига нисбатан бир неча марта кўпроқ бўлади 1.1-расм. а – бир фазали устунлик концентрик чул\амли; б – =оби=ли трансформатор. 1.2-расм. Уч фазали устунли концентрик чулгамли трансформатор. 1.3-расм. Магнит ызакни ты=има усулда йи\иш: а – 1-, 3-, 5- ва =.к. то= =атламлар; б – 2-, 4-, 6- ва =.к. жуфт =атламлар. Масалан, ЧТЗ нинг ҳисобларига кўра 5600 кВА бўлган трансформаторлардаги туташма усул билан йиғилган ўзакнинг маҳкамлаш мосламалари оғирлиги актив пўлат оғирлигининг 21,5% ни ташкил қилган бўлса, тўқима усул билан йиғишга ўтилганда бу улуш 8% гача камайган. Тўқима усулнинг бундай ижобий хусусиятлари мавжудлиги Европа ва Осиё давлатлари корхоналарида тайёрланаётган кучли трансформаторларнинг ҳамма қувватларида шу усулни татбиқ қилишга олиб келади. Шу туфайли кейинчалик биз фақат тўқима усулда йиғилган магнит ўзакларини кўзда тутамиз. Ўзак кесим юзаси D0 диаметрли айлана ичига жойлашган зиначалар ёки кўпбурчак шаклида бажарилади (1.5-а, б, в. расмлар). Бундай шакл чулғамларнинг ички айланаси пўлат билан кўпроқ тўлдирилиши мақсадида бажарилади. Зиналар сони n3 ички диаметр Д0 нинг қийматига боғлиқ: агар 100 мм бўлса n3= 4; агар 150 мм бўлса n3 = 56; в а агар мм бўлса n3 нинг қиймати 9-10 гача етказилади. 1 1.4-расм. Туташма усулда йи\илган магнит ызакда тысин ва устун орали\ида (изоляция =атламисиз) уюрма токлар щосил былиши. .5-а, расмда n3=5 (беш зинали) магнит устунининг кесим юзаси кўрсатилган. Унда пўлат тунукачаларни тортиш ва маҳкамлаш учун шпилькалар ишлатилган. Устун диаметри 350 мм бўлган ўрта ва катта қувватли трансформаторларда, пўлат ўзакни яхши совутиш мақсадида, уни алоҳида дасталар (пакетлар) дан тузилади. Дасталар орасига кенглиги 6 мм бўлган мой ўтар оралиқлар (каналлар) қолдирилади. (1.5,б-расм). Устун диаметри 800 мм бўлган ўта юқори қувватли трансформаторлар кенглиги 10-12 мм бўлган қўшимча кўндаланг оралиқлар билан жиҳозланадилар (1.5,в-расм). Бу ҳолда трансформаторларнинг магнит ўзаги икки табақали дарчадан иборат бўлади. Тўсиннинг кесим юзаси SТ устуннинг кесим юзаси SУ билан тенг қилиб бажарилади, ёки тўсин пўлатининг қувват исрофи ва юксиз ишлаш токининг қийматларини камайтириш мақсадида SТ ни SУ дан 5-10% га каттароқ қилинади. Трансформатор магнит ўзаги ишлаб чиқариш технологиясини соддалаштириш мақсадига тўсиннинг кесим юзаси устуннинг кесим юзасига нисбатан соддароқ шаклда бажарилади. Бундаги магнит майдон тарқалишининг бир хил бўлмаслиги ва натижада пўлатда қўшимча қувват исрофлари вужудга келиши ҳисобга олинмайди. Шу сабабли ЧТЗ даги ишлаб чиқариладиган трансформаторларнинг тўсинлари 1.6-расмда келтирилган шаклларда бажарилади. 1 .6,а-расмда келтирилган тўсин кесим юзаси кичик қувватли трансформаторларда ишлатилади. 1.5-расм. Магнит ызак устуни кесим юзасининг зиначалар шаклида бажарилиши: 1.6-расм. Куч трансформатор магнит ызаги тысинларининг кесим юзалари. 1.6-б,в расмда келтирилган шаклдаги тўсинлар ўрта қўвватли трансформаторларда учратиш мумкин. Катта қувватли трансформаторларнинг тўсинлари 1.6-г расмда келтирилган шаклда ясалади. Агар магнит ўзак устунида мой ўтар оралиқлар (каналлар) мавжуд бўлса, шундай оралиқлар тўсинларда ҳам бўлиши шарт. Магнит ўзакнинг туридан қатъий назар, унинг актив қисми (тортувчи шпилькадан ташқари) заминланиши лозим. Бунинг учун ўзак трансформатор боки билан уланади. Уланишлар сони ва уланишлар ўрни трансформатор тузилишига боғлиқ. 1.2.2. трансформатор чулҒамлари Трансфоматорларнинг чулғамлари бир қанча талабларни қониқтириши шарт. Булардан асосийлари қуйидагилар: - чулғам учун ишлатиладиган миснинг камёблигини ҳисобга олиб, унинг ишлаб чиқарилишидаги харажатлари минимал ва трансформаторнинг ишлаш жараёнидаги фойдали иш коэффициенти мумкин қадар максимал бўлиши лозим; - чулғамнинг иссиқлик ажратиш жараёни стандарт талабларини қондириши шарт, агар чулғам ҳарорати бу шартдан ошса, трансформаторнинг умри кескин қисқаради; - трансформаторнинг бехосдан қисқа туташувидан ҳосил бўладиган электродинамик кучларнинг чулғамга таъсири аянчли бўлмаслиги лозим; - кучланишнинг бехосдан ошиб кетишига чулғамнинг электрик ва механик бардошлик қобилияти мавжуд бўлиши шарт. Бу талаблар кўпинча бир-бирига зиддир. Масалан, миснинг ҳаражати камайтирилса, чулғамдаги токнинг зичлиги ортиб, ундаги қувват исрофи ортади ва шу туфайли, ф.и.к. камаяди. Чулғамлар иссиқлик даражаси ошуви юқорироқ мўлжалда қилинса, трансформатор савлати (габарити) камаяди, зеро унинг умри қисқаради. Шунинг учун чулғамларнинг ҳозирги замон тузилишлари, айниқса юқори кучланишли трансформаторлар чулғамлари тузилиши, тажрибаларда текширилган узоқ муддатли изланиш ишларининг маҳсулидир. Юқори кучланишли (ю.к.) ва қуйи кучланишли (қ.к.) чулғамларнинг бир-бирига нисбатан жойлашишига кўра чулғамлар икки турга бўлинадилар: а) концентрик ва б) алмашинувчи чулғамдир. А. концентрик чулҒамлар Концентрик чулғамлар устуннинг ҳар қандай баландликда олинган кесим юзаси атрофида марказлари мос келадиган алоҳида айланаларни тасвирлайди (1.1, 1,2 а,б, 1.7-расм). Кўпинча қ.к. чулғами устунга яқинроқ жойлаштирилади, чунки ю.к. чулғамига нисбатан қ.к. чулғамини ўзакдан изоляциялаш осонроқ. Концентрик чулғамнинг асосий турлари қуйидагилардир: - цилиндрик қатламсимон чулғам; - винтсимон чулғам ва шу сингарилар; - узлуксиз чулғам. Цилиндрик Қатламсимон чулҒам Агар чулғамнинг ўрам кесим юзаси 8-10 мм2 дан ошмаса, у ҳолда цилиндрик чулғам, кесим юзаси айлана бўлган ўтказгичлардан кўп қатламли қилиб бажарилади; ўрам кесим юзаси 8-10 мм2 дан катта бўлса, у ҳолда чулғам, кесим юзаси тўғри тўртбурчаклардан иборат бўлган ўтказгичлардан, аксарият, икки қатламли қилиб бажарилади (1.7-расм). Чулғамнинг қатлами цилиндрнинг айланаси узунлигида жойлашган винт чизиғи бўйлаб ўралган ўрамларни ёнма-ён жойлаштириш йўли билан ҳосил қилинади. Шундай қилиб чулғам баландлиги қатлам баландлигига тенг бўлади. Ўрам кесим юзаси 40-45 мм2 дан ошса ўрам бир неча алоҳида ўтказгичлардан ташкил қилинади. Бу ҳолда ҳар бир ташкил этувчи чулғам баландлиги бўйича ёнма-ён жойлаштирилади, чунки шу ҳолатлардагина улар тарқоқ магнит оқимига нисбатан бир хил шароитда бўладилар. Чулғамлар яхши совутилиши учун улар қатламлари орасида кенглиги 5-8 мм ли оралиқлар (каналлар) қолдирилади (трансформатор қуввати ошган сари бу рақамлар ошиб боради). Цилиндрик чулғамлар асосан қуввати 560 кВА гача бўлган трансформаторларда қўлланилади. винтсимон чулҒам Бу турдаги чулғамлар бир неча параллел ўтказгичлардан иборат бўладилар (1.8-расм). Чулғамнинг ўрамлари қадами бир ёки бир неча юришли бўлган винт чизиқлари сингари жойлаштириладилар. Ҳар бир юриш ёнма-ён жойлаштирилган 4 тадан 20 тагача параллел ўтказгичлардан иборат. Ўрамлар орасида, ҳамда шохобчалар (юришлар) орасида совутиш мой ўтар каналлари мавжуд. 1.7-расм. Цилиндрик икки =атламли чыл\ам. Винтсимон чулғамларни изоляцион материалдан ясалган цилиндрга жойлаштирилган узун энсиз таёқларга ёки муваққат пўлат цилиндрсимон қолипга ўралади. Винтсимон чулғамнинг параллел ўтказгичлари концентрик жойлашганлиги учун чулғам ўқидан ҳар бир масофаларда жойлашганлар ва шу сабабли ҳар хил узунликка эгадирлар. Бу эса ўтказгичлар актив қаршиликларининг ҳар хиллигига сабаб бўлади. Параллел ўтказгичларнинг тарқоқ магнит оқимида ҳар хил жойлашганлиги улар индуктив қаршиликларнинг ҳар хиллигига олиб келади. Параллел ўтказгичлардаги токларнинг текис тақсимланишини ва қўшимча қувват исрофларини камайтириш мақсадида винтсимон чулғамлардаги ўрамни ҳосил қилувчи параллел ўтказгичларнинг ўрам алмашинуви (транспозиция) амалга оширилади. Ўрин алмашинув бажарилганда ҳар бир ўтказгич бир ўрамдаги мавжуд ўринларни галма-галдан эгаллаши таъминланишига интилинади: бир юришли чулғамда бир умумий (стандарт) ва икки гуруҳли (махсус) ўрин алмашинувлар бажарилади; икки ва тўрт юришли чулғамларда тўлиқ ва текис тақсимланган ўрин алмашинуви бажарилади (1.8-расм). Винтсимон чулғамлар трансформаторнинг қ.к. чулғамларида токнинг қиймати 300 А дан каттароқ бўлганда қўлланилади. Узлуксиз чулҒамлар Кучланиши 35 кВ ва ундан юқори бўлган трансформаторларда узлуксиз чулғамлар қўлланилади. Улар бир-биридан каналлар билан ажратилган ясси гардишсимон (дисксимон) ўрамлардан иборат. Агар узлуксиз чулғам трансформаторнинг ю.к. чулғами бўлса, у ҳолда трансформациялаш коэффициентини 5% атрофида ўзгартириш мақсадида махсус уламаларга эга бўлади. Б. Алмашинувчи чулҒамлар Юқори кучланишли ва қуйи кучланишли чулғамларнинг айрим қисмлари шундай ўзаро алмашиниб жойлаштириладики, унда қ.к. чулғамлари ўрамалари магнит ўзакка яқинроқ жойлашадилар. Бундай чулғамлар қобиқли трансформаторларда ишлатилади. Концентрик чулғамлардан қуйидаги камчиликлари билан ажралиб туради: ишлаб чиқаришдаги мураккаб технологик жараёни; қисқа туташувга бардошсизлиги; магнит ўзакдан ва бир-биридан изоляциялашнинг қийинлиги. 1.8-расм. Винтсимон чўлғам: а – ўрамида 4 та ўтказгичли бир юришли чулғам; б – икки юришли чўлғам; в – бир юришли чўлғам ўрин алмашинув схемаси. 1.2.3. мойлИ трансформаторнинг бОки Ҳозирги замон кучли трансформаторларини совутиш учун уларнинг актив қисмлари, яъни магнит ўзак ва унга маҳкамланган чулғамлар, мойли бакка жойлаштирилади. Бунда чулғамлар ва магнит ўзак ўз ҳароратини ҳаракатланаётган (актив қисмни юваётган) мойга узатади. Мойнинг ҳаракати эса бакнинг ҳар еридаги мой ҳарорати фарқи натижасида ҳосил бўлади. Чунончи, қизиган мой юқорига ҳаракатланиб, унинг ўрнини махсус совутгичлардан келаётган совуқ мой эгаллайди. Совутгичларга эса қизиган мой келади, шу тариқа, мойнинг табиий циркуляцияси (берк контур бўйлаб ҳаракати) трансформаторнинг чулғамлари ва магнит ўзакларини табиий совутади. Бакнинг тузилиши ва шакли трансформаторнинг қизишини ҳисоблаш билан узвий боғлиқдир. Бак материали мойнинг 0,5 атмосфера босимига бардош бера олиши шарт. У ғилдиракли аравачага жойлаштирилади ва трансформаторнинг тўла оғирлигига мўлжалланган бўлади. Трансформаторнинг қуввати ошган сари, унинг совутиш шароитлари мушкуллашади. Шу туфайли бакнинг тузилиши ҳам ўзгариб боради. Масалан: а) 30 кВА. қувватгача бўлган трансформаторлар баки энг содда тузилган яъни текис деворли бўлади; б) 3000 кВА қувватгача бўлган трансформаторларда найли баклар қўлланилади. Бунда бакнинг деворларига диаметри 50 мм ли қалинлиги 2 мм ли 1-3 қатор вертикал найлар пайвандланади; в) қуввати 10000 кВА гача бўлган трансформаторларнинг бакларига табиий сувутувчи радиатор-совутгичлар ўрнатилади; г) қуввати 10000 кВА ундан катта трансформаторлар ҳаво ҳайдагич (вентилятор) ли радиаторлар ёрдамида совутилади. ГЭСларда ўрнатиладиган трансформаторларнинг мойини совутиш учун махсус совутгичлардаги сувдан фойдаланилади. Бу ҳолда мойнинг сунъий (мажбурий) циркуляцияси насослар ёрдамида амалга оширилади. Бу турдаги совутгичли трансформаторларнинг савлати бошқаларникидан анча кичик бўлади. 1.3. трансформаторнинг ишлаш принципи, м.ю.к. ва э.ю.к Лар мувозанат тенгламалари Трансформаторнинг ишлаши икки ёки, умумий ҳолда, бир неча бир-бирига нисбатан қўзғалмас контурларнинг электромагнит таъсири ҳодисасига асосланган. 1.9-расмда бир фазали икки чулғамли трансформаторнинг принципиал схемаси келтирилган. Агар бирламчи чулғамнинг А-Х нуқталарига тармоқдан ўзгарувчан кучланиш берилса, у ҳолда иккала чулғамни бирлаштирувчи магнит оқими таъсирида иккиламчи чулғамда э.ю.к. ҳосил бўлади ва у ердан юкни таъминловчи иккиламчи ток оқиб ўтади. Шу тариқа бирламчи контурдан (биринчи тармоқдан) иккиламчи контурга (иккинчи тармоққа) ўзгарувчан ток қуввати узатилади. Магнит ўзак икки чулғам орасидаги магнит боғланишни кучайтиради. Трансформаторнинг исталган режимини тавсифлаш учун чулғамларнинг э.ю.к. ва м.ю.к. мувозанат тенгламаларидан фойдаланилади. Агар u1 – бирламчи кучланишнинг оний қиймати ва f1 – шу тармоқ кучланишининг частотаси бўлса, бирламчи ва иккиламчи чулғамлардаги i1 ва i2 оний қийматларга эга бўлган токлар оқиб ўтади. Бу токлар бирламчи ва иккиламчи м.ю.к. ларни ҳосил қилади. Бунда w1 ва w2 – бирламчи ва иккиламчи чулғамлар ўрамлари сони. Кирхгофнинг биринчи қонуни магнит занжири учун қўлланилса , (1.1) трансформаторнинг магнит ўзагида ф0 магнит майдони ҳосил қилувчи м.ю.к.ни аниқлаш мумкин. Трансформатор магнит ўзагининг кесим юзасидаги ф0 магнит оқими бирламчи ва иккиламчи чулғамларнинг ҳар бир ўрамини кесиб ўтувчи асосий магнит майдон деб аталади. Бу оқим асосий вазифани бажариб, бирламчи ва иккиламчи чулғамларда e1 ва e2 ни индуктивлайди: (1.2) 1.9-расм. Бир фазали трансформаторнинг принципиал схемаси. (1.3) Бунда ва - фақат магнит оқимига тааллуқли бўлган бирламчи ва иккиламчи чулғамларнинг магнит илашувлари. Бундан ташқари ва м.ю.к.лар бирламчи ва иккиламчи чулғамларнинг тарқоқ магнит оқим ва ларини ҳосил қиладилар. Ш 1.10-расм. Трансформаторнинг Т-симон алмаштириш схемаси уни уқтириш керакки, ни фақат токи ҳосил қилиб, фақат бирламчи чулғамни кесиб ўтади, шунга ўхшаш ни фақат токи ҳосил қилиб, фақат иккиламчи чулғам ўрамларини кесиб ўтадию тарқоқ магнит майдонлари асосан ўзагармас магнит сингдирувчанлигига эга бўлган номагнит муҳитдан (мой, ҳаво оралиғи, мис ва ҳ.к) оқиб ўтиши сабабли, тарқоқ майдон индуктивликлари ўзгармас қийматлар ( ва ) деб қилиш ўринлидир. Унда ва оқимлар бирламчи ва иккиламчи чулғамларда қуйидаги э.ю.к лар ҳосил қилади: (1.4) ва (1.5) Кирхгофнинг иккинчи қонунига асосан бирламчи э.ю.к лар тенгламаси қуйидагича ёзилади: (1.6) бунда, - бирламчи чулғам актив қаршилиги. Юқоридаги (1.6) тенглама кучланишга нисбатан ёзилса (1.7) унга э.ю.к.нинг мувозанат тенгламаси дейилади. Бунда кучланиш u1 ни тармоқнинг бирламчи чулғамга нисбатан таъсири деб қаралади ва (1.7) нинг ўнг томонидаги ҳадлар йиғиндиси ни трансформаторнинг тармоққа нисбатан акс таъсири дейилади. Таъсир этувчи ва акс таъсир этувчи э.ю.к.лар вақтнинг исталган онида қиймат жиҳатидан бир-бирларига тенг, лекин қарама-қарши йўналган бўлишлари шарт. ни «шартли» э.ю.к. деб аталади ва у ток оқимига нисбатан қаршиликли чулғамнинг акс таъсиридир. (1.7) тенгламадаги лар ўрнига уларнинг (1.2) ва (1.4) лардаги қийматларини қўйсак қуйидагилар ҳосил бўлади: (1.8) Бунда - бирламчи чулғамда асосий майдон ф0 ва тарқоқ майдон ф2 лар ҳосил қилган тўла магнит илашувдир. Иккиламчи чулғамда асосий магнит майдон ф0 э.ю.к. ни индуктивлайди, тарқоқ магнит майдон ф2 ни ва «шартли» э.ю.к. ни ҳосил қилади. Бу э.ю.к. ларнинг алгебрик йиғиндиси иккиламчи чулғам кучланиши u2 ни ҳосил қилади: (1.9) ёки э.ю.к лар ва (1.3) ва (1.5) лардаги қийматларини (1.9) га қўйсак қуйидагиларни ҳосил қиламиз: (1.10) Бунда - иккиламчи чулғамда асосий майдон ва тарқоқ майдон лар ҳосил қилган тўла магнит илашувдир. Агар трансформаторнинг магнит ўзагидаги нисбатан кичик бўлган (пўлатдаги) қувват исрофини ҳисобга олмасак ва магнит ўзагидаги магнит сингдирувчанликни ўзгармас деб ҳисобласак, у ҳолда трансформатор чулғамларидаги магнит илашувлар ва ни қуйидагича ёзиш мумкин: ва (1.11) Бунда L1 ва L2 - бирламчи ва иккиламчи чулғамлардаги тўла индуктивликлар; - чулғамларнинг ўзаро индуктивлиги. ва ларнинг (1.11) даги қийматларини (1.8) ва (1.10) ларга қўйсак, қуйидагиларни ҳосил қиламиз: (1.12) (1.13) Трансформаторнинг кучланишлар трансформацияси коэффициенти (қисқача трансформациялаш коэффициенти) деб асосий магнит майдоннинг бирламчи ва иккиламчи чулғамлардаги индуктивланган э.ю.к.лари нисбатига айтилади: (1.14) Трансформациялаш коэффициенти трансформаторлар назарияси ва уларни эксплуатациясида кўп аҳамиятли ҳисобланади. 1.4. кучланиш ва токлари синусоидал бўлган трансформаторнинг э.ю.к. ва м.ю.к. мувозанат тенгламалари Агар чулғамларнинг кучланишлари, э.ю.к. ва токлари вақтнинг синусоидал функцияси бўлса, у ҳолда бу функцияларнинг эффектив қийматлари ва ни комплекс сонлар орқали ифодалаш мумкин. Бунда (1.1) даги м.ю.к. лар тенгламалари қуйидагича ифодаланиши мумкин; (1.15,a) ёки (1.15,б) Бунда I0- магнитловчи токнинг эффектив қиймати. Шунга ўхшаш, (1.6) ва (1.7) лардаги э.ю.к. лар тенгламалари қуйидагича кўринишда бўлади: (1.16) ёки (1.17) Иккиламчи чулғам учун: (1.18) Ток синусоидал ўзгарганида бирламчи чулғам таррқоқ майдонининг э.ю.к. қиймати: (1.19) Шундай қилиб э.ю.к.и уни ҳосил қилган токдан 900 га орқада қолади (кечикади) ва унинг комплекс формадаги қиймати: (1.19) бўлади. Шунга ўхшаш иккиламчи чулғам учун: (1.20) Бунда х1 ва х2 - бирламчи ва иккиламчи чулғамларнинг тарқоқ индуктив қаршиликларидир. E1 ва Er2 э.ю.к. ларнинг (1.19) ва (1.20) да аниқланган қийматларини (1.16) , (1.17) ва (1.18) ларга қўйсак, бирламчи чулғам учун э.ю.к. лар тенгламаси қуйидагича бўлади: (1.21) (1.22) ва иккиламчи чулғам учун (1.23,а) ёки (1.23,б) бўлади. Бу тенгламаларда Z1қr1+jx1 ва Z2қr2+jX2, бирламчи ва иккиламчи чулғамларнинг тўла қаршиликлари; бирламчи ва иккиламчи чулғамларнинг кучланиши пасайиши дейилади. (1.22), (1.23,а) ва (1.24,б) тенгламалар трансформаторлар назарияси ва шу назария қўлланиладиган бошқа электр машиналарида кенг қўлланилади. Шунга ўхшаш (1.12) ва (1.13) даги тенгламалар ҳам комплекс кўринишда ёзилиши мумкин: (1.24) ва (1.25) |