Из чего делают трансформаторы: Трансформаторы, их виды и назначение

Трансформаторы, их виды и назначение

Что такое трансформатор
Принцип работы трансформатора
Виды трансформаторов
Режимы работы трансформатора
Уравнения идеального трансформатора
Магнитопровод трансформатора
Обмотка трансформатора
Применение трансформаторов
Схема трансформатора

Что такое трансформатор

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник. Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневыми, броневыми или тороидальными. Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стержневого типа обмотка включается в сердечник.

В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть. Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку. Обмотки трансформатора стержневого типа расположены горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Независимо от типа трансформатора, в его состав входят такие три функциональные части: магнитная система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

В начало

Принцип работы трансформатора

В трансформаторе принято выделять первичную и вторичную обмотку. К первичной обмотке напряжение подводится, а от вторичной отводится. Действие трансформатора основано на законе Фарадея (законе электромагнитной индукции): изменяющийся во времени магнитной поток через площадку, ограниченную контуром, создает электродвижущую силу. Справедливо также обратное утверждение: изменяющийся электрический ток индуцирует изменяющееся магнитное поле.

В трансформаторе есть две обмотки: первичная и вторичная. Первичная обмотка получает запитку от внешнего источника, а с вторичной обмотки напряжение снимается. Переменный ток первичной обмотки создает в магнитопроводе переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает ток во вторичной обмотке.

В начало

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены. Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора.

Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны, поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения.

Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:
U_2/U_1 =N_2/N_1

, где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке. Если U2 > U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

В начало

Виды трансформаторов

В зависимости от своего применения и характеристик трансформаторы бывают нескольких видов. К примеру, в электрических сетях населенных пунктов, промышленных предприятий применяют трансформаторы силовые, основной задачей которых является понижение напряжения в сети до общепринятого – 220 В.

Если трансформатор предназначен для регулировки тока, он называется трансформатор тока, а если устройство регулирует напряжение – то это трансформатор напряжения. В обычных сетях применяются однофазные трансформаторы, в сетях на три провода (фаза, ноль, заземление) нужен трехфазный трансформатор.

Бытовой трансформатор, 220В предназначается для защиты бытовой техники от перепадов напряжения.

Сварочный трансформатор предназначен для разделения сварочной и силовой сети, для понижения напряжения в сети до нужной для сварки величины.

Масляный трансформатор предназначается для использования в сетях с напряжением выше 6 000 Вольт. Конструкция трансформатора включает в себя: магнитопровод, обмотки, бак, а также крышки с вводами. Магнитопровод состоит из 2 листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга, обмотки, как правило, делают из алюминиевого или медного провода. Регулировка напряжения производится с помощью ответвления, которое соединяется с переключателем.

Существует два вида переключения ответвлений: переключение под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой), а также без нагрузки, после того, как трансформатор отключен от внешней сети (ПБВ, или переключение без возбуждения). Большее распространение получил второй способ регулировки напряжения.

Говоря о видах трансформаторов, нельзя не рассказать об электронном трансформаторе. Электронный трансформатор представляет собой специализированный источник питания, который служит для преобразования напряжения 220В в 12 (24)В, при большой мощности. Электронный трансформатор намного меньше обычного, при тех же самых параметрах нагрузки.

В начало

Уравнения идеального трансформатора

Для того чтобы рассчитать основные характеристики трансформаторов, принято пользоваться простыми уравнениями, которые знает каждый современный школьник. Для этого используют понятие идеального трансформатора. Идеальным трансформатором называется такой трансформатор, в котором нет потерь энергии на нагрев обмоток и вихревые токи. В идеальном трансформаторе энергия первичной цепи превращается полностью в энергию магнитного поля, а затем – в энергию вторичной обмотки. Именно поэтому мы можем написать:

P1= I1*U1 = P2 = I2*U2,
где P1, P2 – мощности электрического тока в первичной и вторичной обмотке соответственно.

В начало

Магнитопровод трансформатора

Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, которые концентрируют в себе магнитное поле трансформатора. Полностью собранная система с деталями, скрепляющими трансформатор в единое целое – это остов трансформатора. Та часть магнитопровода, на которой крепятся обмотки, называется стержнем трансформатора. Часть магнитопровода, которая не несет на себе обмотку и замыкает магнитную цепь, называется ярмом.

В трансформаторе стержни могут располагаться по-разному, поэтому выделяют такие четыре типа магнитопроводов (магнитных систем): плоская магнитная система, пространственная магнитная система, симметричная магнитная система, несимметричная магнитная система.

В начало

Обмотка трансформатора

Теперь поговорим об обмотке трансформатора. Основная часть обмотки – виток, который однократно обхватывает магнитопровод и в котором индуцируется магнитное поле. Под обмоткой понимают сумму витков, ЭДС всей обмотки равна сумме ЭДС в каждом витке.

В силовых трансформаторах обмотка обычно состоит из проводников, имеющих квадратное сечение. Такой проводник по-другому еще называется жилой. Проводник квадратного сечения используется для того, чтобы более эффективно использовать пространство внутри сердечника. В качестве изоляции каждой жилы может использоваться либо бумага, либо эмалевый лак. Две жилы могут быть соединены между собой, и иметь одну изоляцию – такая конструкция называется кабелем.

Обмотки бывают следующих типов: основные, регулирующие и вспомогательные. Основной называется обмотка, к которой подводится или от которой отводится ток (первичная и вторичная обмотка). Обмотка с выводами для регулирования коэффициента трансформации напряжения называется регулирующей.

В начало

Применение трансформаторов

Из курса школьной физики известно, что потери мощности в проводах прямо пропорциональны квадрату силы тока. Поэтому для передачи тока на большие расстояния напряжение повышают, а перед подачей потребителю наоборот, понижают. В первом случае нужны повышающие трансформаторы, а во втором – понижающие. Это основное применение трансформаторов.

Трансформаторы применяются также в схемах питания бытовых приборов. Например, в телевизорах применяют трансформаторы, имеющие несколько обмоток (для питания схем, транзисторов, кинескопа, и т.

д.).

В начало

Схема трансформатора

1. Изоляция трансформатора на основе безматричной вакуумной пропитки и работает в среде с высокой влажностью воздуха и в химически агрессивной атмосфере.
2. Минимальное выделение энергии горения (например, 43 кг для трансформатора 1600 кВА соответствуют 1,1% веса). Другие изоляционные материалы являются практически негорючими, самозатухающими и не содержат каких-либо токсичных добавок.
3. Устойчивость трансформатора к загрязнениям благодаря конвекционным самоочищающимся дискам обмотки.
4. Большая длина утечки по поверхности дисков обмотки, которые создают эффект изоляционных барьеров.
5. Устойчивость трансформатора к температурной ударной нагрузке даже при крайне низких температурах (-50°С).
6. Керамические блоки прокладки (без возможности возгорания) между дисками обмотки.
7. Изоляция проводников стекло-шелк.
8. Безопасность эксплуатации трансформатора благодаря специальной структуре обмотки Воздействие напряжения на изоляцию никогда не превышает напряжение изоляции (не более 10 В). Частичные разряды в изоляции физически невозможны.
9. Охлаждение трансформатора обеспечивается вертикальными и горизонтальным каналам охлаждения, а минимальная толщина изоляции обеспечивают возможность работы трансформатора при больших кратковременных перегрузках в защитном корпусе IP 45 без принудительного охлаждения.
10. Изоляционный цилиндр сделан и практически негорючего и самозатухающего материала, армированного стекловолокном.
11. Обмотка низкого напряжения из стандартного провода или фольги; в качестве материала обмотки используется медь.
12. Динамическая устойчивость трансформатора к коротким замыканиям обеспечивается керамическими изоляторами.

В начало

Материалы, применяемые в производстве трансформаторов

Страница 27 из 79

Глава третья
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ
§ 26. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Для изготовления трансформаторов требуется много разных материалов. Однако основные части трансформаторов выполняют из специальных электротехнических материалов, свойства которых отличаются от свойств обычных конструкционных материалов. Электротехническими материалами называют материалы, обладающие особыми свойствами по отношению к электрическому и магнитному полю.
Электротехнические материалы, применяемые в трансформаторостроении, делят на проводниковые, электроизоляционные и магнитные.
Проводниковые материалы обладают способностью хорошо проводить электрический ток, т. е. они имеют высокую электропроводность. Эти материалы применяют для выполнения токоведущих частей трансформаторов.
Электроизоляционные материалы-диэлектрики обладают весьма малой электропроводностью? Их используют для изоляции токоведущих частей трансформаторов, находящихся под разными электрическими потенциалами.
Магнитные материалы характеризуются большой величиной магнитной проницаемости, благодаря чему в них легко создаются значительные магнитные потоки. Их применяют для изготовления магнитопроводов трансформаторов.
Таким образом, свойства электротехнических материалов очень разнообразны .
Знание свойств электротехнических материалов определяет наиболее целесообразный способ их обработки и рациональное применение, обеспечивающее надежность работы трансформаторов.

§ 27. ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В трансформаторостроении наибольшее применение в качестве проводниковых материалов имеют медь и алюминий, кроме того, используют латунь.
Медь — металл характерного красновато-оранжевого цвета. Температура плавления меди 1083° С, удельный вес 8,9 кг/дм³. Добывают ее из медных руд.
Медь в качестве проводникового материала имеет следующие достоинства: сравнительно высокую электропроводность, т. е. малое удельное электрическое сопротивление р (при 20° С оно равно 0,0175 ом*мм²/м), сравнительно высокую механическую прочность и высокую стойкость по отношению к атмосферной коррозии. Кроме того, медь хорошо поддается механической обработке (обточке, строжке, сверловке, штамповке), а также ковке, сварке и пайке.
В трансформаторостроении используют медь марки Ml (99,9% чистого металла) в виде шин, листов, лент, а также в виде изолированных обмоточных проводов круглого и прямоугольного сечений. В табл. 1 приведены применяемые размеры ленточной (голой) меди, в табл. 2 —медных круглых проводов (голых), в табл. 3 — медных круглых проводов- (изолированных) и в табл. 4 — медных шин. Расчетные сечения шин, указанные в табл. 4, меньше произведения сторон, так как в медных шинах, изготовляемых по ГОСТ 434—53, скруглены углы.
Обмоточные провода, применяемые для изготовления обмоток трансформаторов, различают по форме и типу изоляции. Размер провода определяют по медной жиле, не принимая во внимание толщину изоляции.
Основные типы обмоточных проводов с волокнистой и комбинированной эмалеволокнистой изоляцией по ГОСТ 6324—52:
ПЭЛБО — провод, изолированный масляной эмалью и одним слоем хлопчатобумажной пряжи;
ПЭЛШО — провод, изолированный масляной эмалью и одним слоем натурального шелка;
ПЭЛШКО — провод, изолированный масляной эмалью и одним слоем капронового шелка;
ПБ — провод круглого сечения, изолированный несколькими слоями ленты из кабельной бумаги;
ПББО — провод прямоугольного сечения, изолированный несколькими слоями ленты из кабельной бумаги и спиралью из хлопчатобумажной пряжи;
ПСД — провод нагревостойкий обмоточный с двухслойной обмоткой из стеклянной нити, пропитанной теплостойким лаком. Этот провод широко применяют для выполнения обмоток сухих специальных трансформаторов.

Медь ленточная (голая) МГМ (ГОСТ 434-53)

Размер, мм	Сечение, мм2	Вес одного метра, кг	Размер, мм	Сечение, мм2	Вес одного метра, кг
0,1X30	3	0,027	0,3X50	15	0,134
о,зх10	3	0,027	0,3X60	18	0,16
0,3X20	6	0,053	0,3X80	24	0,214
0,3X30	9	0,08	0,5X12,5	6,25	0,056
0,3X40	12	0,107

Таблица 2
Медные круглые провода (голые)

Диаметр, мм	Сечение, мм2	Вес одного метра, кг	Диаметр, мм	Сечение, мм?	Вес одного метра, кг
2,44	4,68	0,042	7,4 8	43	0,383
3,05	7,3	0,065		50,3	0. 446
4,1	13,2	0,118	8,6	58,1	0,514
4,8	17,3	0,161	9	63,6	0,565
5,5	23,8	0,212	10	78,5	0,698
6,5	32,2	0,287	12	113,1	1,01

Таблица 3
Медные круглые провода (изолированные) ПБ (ГОСТ 6324—52)

Провод		Толщина бумажной изоляции на диаметр, мм	Допускаемые	Вес одного метра провода, кг
диаметр, мм	сечение, мм2		отклонения толщины изоляции, мм
2,44 3,05 4,1	4,68 7,3 13,2	4,25 4,25 4,25	±0,3	0,064 0,099 0,158
4,8 4,8 «5,2	13,2 17,3 17,3 21,2 21,2	5,8 4,25 5. 8 4,25 5,8	±0,4 ±0,3 ±0,4 ±0,3 ±0,4	0,179 0,206 0,229 0,236 0,26

Медные шины (голые) МГТ

Размер, мм	Сечение, мм2	Вес одного метра, кг	Размер, мм	Сечение, мм2	Вес одного метра, кг
2,83X30	83,2	0,756	5X30	399,1	3,56
4,4X25	109,1	0,98	6X30	479,1	4,27
4,4X30	131,1	1,18	5ХЮ0	499,1	4,45
4,5X40	179,1	1,57	7X50	559,1	4,98
5X40	199,1	1,78	8×30	639,1	5,7
5X50	249,1	2,22	8X100	799,1	7,12
4,5X60	269,1	2,35	10X100	999,1	8,9
5X60	299,1	2,67	12,5X100	1249,1	11,12
6X60	359,1	3,2

Алюминий — металл серебристо-белого цвета. Температура плавления 657° С. Удельный вес 2,7 кг\дм³: Добывают алюминий из бокситовых руд, но для получения его в чистом виде требуются сложные электрохимические процессы. По электропроводности алюминий несколько уступает меди. Удельное электрическое сопротивление р алюминия при температуре 20° С равно 0,0292 ом • мм²/м (в 1,65 раза больше меди).
Алюминий хорошо поддается обработке прокаткой, протяжкой и ковкой. При опиловке алюминия рекомендуется употреблять напильники с острой насечкой, а резцы и фрезы следует затачивать острее, чем при обработке других металлов.
Алюминий устойчив к атмосферной коррозии. На воздухе поверхность алюминиевых изделий всегда покрыта тонкой пленкой окиси алюминия (оксидной пленкой), которая предохраняет лежащий под ней металл от дальнейшего окисления. Пайка и сварка алюминия сложнее, чем пайка меди. В трансформаторостроении алюминий применяют в виде шин, круглого провода для отводов и изолированного провода круглого и прямоугольного сечения для обмоток. В табл. 5 приведены применяемые размеры алюминиевого круглого провода, в табл. 6 — алюминиевых шин.
Таблица 5
Алюминиевые круглые (голые) провода Ai (ГОСТ 7871—56)

Диаметр, мм	Сечение, мм2	Вес одного метра, кг	Диаметр, мм	Сечение, мм2	Вес одного метра, кг
5	19,6	0,053	8	50,3	0,136
6	28,3	0,077	10	78,5	0,213
7	38,5	0,104	12	113,1	0,306

Алюминиевые шины (голые) Ai (ГОСТ 5414—50)

Размер, мм	Сечение, мм2	Вес одного метра, кг	Размер, мм	Сечение, мм2	Вес одного метра, кг
4X30	120	0,325	6X80	480	1,301
4X40	160	0,434	8X80	640	1,734
5X30	150	0,407	10X60	600	1,626
5X40	200	0,542	10X100	1000	2,71
5X60	300	0,813	12ХЮ0	1200	3,252

Алюминиевые провода изготовляют тех же стандартных размеров, что и медные (вес и электрическое сопротивление их отличаются от медных проводов). Марки алюминиевых проводов, применяемых для обмоток, содержат в обозначении букву А (например, АПББО; АПБ и др.).
Латунь — сплав меди с цинком. В обозначение марок латуней входит буква Л, за которой следуют буквы и цифры, указывающие содержание меди и других компонентов.
Латуни Л62 (содержат 35—40% цинка) и ЛС59 (содержат 38—42% цинка и 0,8—2% свинца) нашли широкое применение в трансформаторостроении. Температура плавления указанных марок латуней примерно 920° С, удельный вес приблизительно 8,5 кг\дм³ . Латунь лучше обрабатывается и значительно дешевле меди, поэтому, если не нужна высокая электропроводность, а необходима значительная твердость, целесообразно применять латунь (для изготовления контактов в переключающих устройствах трансформаторов, крепежных деталей и др.).

Из чего делают сердечник трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомство с электронными компонентами и в этой статье рассмотрим устройство и принцип работы трансформатора.

Трансформаторы нашли широкое применение в радио и электротехнике и применяются для передачи и распределения электрической энергии в сетях энергосистем, для питания схем радиоаппаратуры, в преобразовательных устройствах, качестве сварочных трансформаторов и т.п.

Трансформатор предназначен для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

В большинстве случаев трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя катушками (обмотками) электрически не связанных между собой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитного материала, а обмотки мотают медным изолированным проводом и размещают на магнитопроводе.

Одна обмотка подключается к источнику переменного тока и называется первичной (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки и обмотка называется вторичной (II). Схематичное устройство простого трансформатора с двумя обмотками показано на рисунке ниже.

1. Принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.

При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1, образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2, создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2, стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.

В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопроводе устанавливается магнитный поток Фo равный разности потоков Ф1 и Ф2 и являющийся частью потока Ф1, т.е.

Результирующий магнитный поток Фo обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2, под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2. Именно благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2, который будет тем больше, чем больше Фo. Но и в то же время чем больше ток I2, тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo.

Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2, тока I2 и потока Ф2, обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.

Таким образом, разность потоков Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фo, а без него не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2. Следовательно, магнитный поток Ф1, создаваемый первичным током I1, всегда больше магнитного потока Ф2, создаваемого вторичным током I2.

Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.

Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным.

Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим.

Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют понижающим.

Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получают желаемое выходное напряжение U2. Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.

2. Устройство трансформатора.

2.1. Магнитопровод. Магнитные материалы.

Назначение магнитопровода заключается в создании для магнитного потока замкнутого пути, обладающего минимальным магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы для трансформаторов изготавливают из материалов, обладающих высокой магнитной проницаемостью в сильных переменных магнитных полях. Материалы должны иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при достаточно больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки.

Магнитные материалы, используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент определенной толщины и ширины и называются электротехническими сталями.
Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки.

Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты.

Для изготовления разнообразных относительно недорогих трансформаторов широко применяются электротехнические стали, имеющие небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. Наибольшее применение нашли холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки.

Сплавы с высокой магнитной проницаемостью применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50 – 100 кГц.

Недостатком таких сплавов является их высокая стоимость. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 – 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра – в 150 раз. Однако в ряде случаев их применение позволяет существенно снизить массу, объем и даже общую стоимость трансформатора.

Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, переменных магнитных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям – удар, давление и т.п.

Из магнитомягких низкочастотных ферритов с высокой начальной проницаемостью изготавливают прессованные магнитопроводы, которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 – 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а недостатком является низкая индукция насыщения (0,4 – 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях.

Выбор магнитных материалов производится исходя из электромагнитных характеристик с учетом условий работы и назначения трансформатора.

2.2. Типы магнитопроводов.

Магнитопроводы трансформаторов разделяются на шихтованные (штампованные) и ленточные (витые), изготавливаемые из листовых материалов и прессованные из ферритов.

Шихтованные магнитопроводы набираются из плоских штампованных пластин соответствующей формы. Причем пластины могут быть изготовлены практически из любых, даже очень хрупких материалов, что является достоинством этих магнитопроводов.

Ленточные магнитопроводы изготавливаются из тонкой ленты, намотанной в виде спирали, витки которой прочно соединены между собой. Достоинством ленточных магнитопроводов является полное использование свойств магнитных материалов, что позволяет уменьшить массу, размеры и стоимость трансформатора.

В зависимости от типа магнитопровода трансформаторы подразделяются на стрежневые, броневые и тороидальные. При этом каждый из этих типов может быть и стрежневым и ленточным.

В магнитопроводах стержневого типа обмотки располагается на двух стержнях (стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки). Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что способствует снижению индуктивности рассеяния, расхода проволоки и увеличивает поверхность охлаждения.

Стержневые магнитопроводы используют в выходных трансформаторах с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под влиянием внешнего магнитного поля в обеих катушках индуцируются напряжения, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Как правило, стержневыми выполняются трансформаторы большой и средней мощности.

В магнитопроводе броневого типа обмотка располагается на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой, а также создает некоторую механическую защиту обмотки. Поэтому такие магнитопроводы получили наибольшее применение.

Некоторым недостатком броневых магнитопроводов является их повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает их малопригодными к использованию в качестве выходных трансформаторов с малым уровнем помех. Чаще всего броневыми выполняются трансформаторы средней мощности и микротрансформаторы.

Тороидальные или кольцевые трансформаторы позволяют полнее использовать магнитные свойства материала, имеют малые потоки рассеивания и создают очень слабое внешнее магнитное поле, что особенно важно в высокочастотных и импульсных трансформаторах. Но из-за сложности изготовления обмоток не получили широкого применения. Чаще всего их делают из феррита.

Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные магнитопроводы набираются из штампованных пластин толщиной 0,35 – 0,5 мм, которые с одной стороны покрывают слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой.

Лента для ленточных магнитопроводов имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм и также покрывается электроизолирующей и одновременно склеивающейся суспензией или оксидной пленкой. И чем тоньше слой изоляции, тем плотнее происходит заполнение сечения магнитопровода магнитным материалом, тем меньше габаритные размеры трансформатора.

За последнее время наряду с рассмотренными «традиционными» типами магнитопроводов находят применение новые формы, к числу которых следует отнести магнитопроводы «кабельного» типа, «обращенный тор», катушечный и др.

На этом пока закончим. Продолжим во второй части.
Удачи!

1. В. А. Волгов – «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.
2. В. Н. Ванин – «Трансформаторы тока», Издательство «Энергия» Москва 1966 Ленинград.
3. И. И. Белопольский – «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.
4. Г. Н. Петров – «Трансформаторы. Том 1. Основы теории», Государственное Энергетическое Издательство, Москва 1934 Ленинград.
5. В. Г. Борисов, – «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г.

Порошковые сердечники изготавливаются из множества материалов. Магнитному сплаву придается форма мелкодисперсных частиц диаметром от 5 до 200 мкм. Частицы покрываются изолирующим материалом толщиной от 0,1 до 3 мкм, и прессуют в пресс-формах при усилии до 300. 000 фунтов на квадратный дюйм (21.000 кг/см 2 ).

Порошковые сердечники.
Порошковые сердечники изготавливаются из множества материалов. Магнитному сплаву придается форма мелкодисперсных частиц диаметром от 5 до 200 мкм. Частицы покрываются изолирующим материалом толщиной от 0,1 до 3 мкм, и прессуют в пресс-формах при усилии до 300.000 фунтов на квадратный дюйм (21.000 кг/см 2 ).

При таких высоких давлениях необходимо использовать оснастку из карбида вольфрама. Возможно большое разнообразие форм порошковых сердечников, но самыми распространенными являются тороиды. На маленькие тороиды наносится покрытие из парилена (поли-n-ксилилен, parylene), а на большие – эпоксидное. Покрытие необходимо для предотвращения короткого замыкания в процессе намотки обмотки и эксплуатации.

Изменение размера частиц, толщины их покрытия и давления позволяет изменять проницаемость готовых порошковых сердечников в диапазоне от 14 до 350. Затем сердечники отжигаются при высокой температуре в атмосфера водорода. Отжиг снимает внутренние напряжения, возникшие при прессовании, препятствует окислению и улучшает магнитные свойства порошковых сердечников.

Потери на вихревые токи в порошковых сердечниках минимальны из-за того, что каждая частица магнитного материала изолирована от других. Изолирующий материал обеспечивает распределенный воздушный зазор, который снижает проницаемость и дает возможность сердечнику запасать значительное количество энергии. Отсутствие локализованного воздушного зазора устраняет вредное действие краевого эффекта и связанных с ним потерь.

Порошковое железо выпускается с проницаемостью от 10 до 90 и является самым дешевым порошковым материалом. Из-за сложности производства изготовление сердечников с более высокими проницаемостями практически нецелесообразно. Кроме тороидов оно выпускается в виде стержней и Е – и I – сердечников. Насыщается в районе 10 кГс, но имеет очень большие потери.

Хотя потери в порошковом железе и высокие, они ниже, чем в трансформаторной стали. Оно эффективно применяется в виде стержней при очень низких уровнях потока для подстройки резонансных контуров с трансформаторной связью. Порошковое железо также используется в фильтрах с низкими эксплуатационными характеристиками, которые должны выдерживать большие постоянные токи, а цена имеет определяющее значение. Под воздействием высокочастотного пульсирующего тока значительной величины порошковое железо становится очень горячим.

МРР – порошковый молибденовый пермаллой, также известный как Мо-пермаллой. Мо-пермаллой (МРР) сердечники производят из сплава, состоящего из 2% молибдена, 81% никеля и 17% железа. Мо-пермаллой (МРР) тороиды изготавливаются с проницаемостью от 14 до 350. Это самый широкий диапазон проницаемостей для всех порошковых материалов. Мо-пермаллой (МРР) насыщается при 7 кГс и обладает самыми низкими потерями из всех порошковых материалов. У Мо-пермаллоя (МРР) самая лучшая температурная стабильность наряду с самым малым изменением проницаемости при малом и среднем уровне возбуждения. Высокое содержание никеля в Мо-пермаллое (МРР) делает его самым дорогим из всех порошковых сердечников, но его превосходные характеристики более чем компенсируют его стоимость.

Мо-пермаллой (МРР) наилучший материал для фильтров звуковой частоты, среднечастотных низкоуровневых резонансных контуров и сглаживающих дросселей в переключаемых источниках питания. Мо-пермаллой (МРР) сердечники можно использовать в мощных резонансных контурах, работающих в области насыщения на частотах до 3,5 кГц. При введении в насыщение на частотах выше этой выделяется слишком много тепла. Это самый лучший материал для трансформаторов тока в диапазоне 10 кГц – 1 МГц, особенно если необходимо выдерживать большие постоянные токи. Наиболее эффективное решение, из-за очень низких потерь на вихревые токи, при необходимости изолировать шину питания от коротких мощных пиков напряжения.

Сендаст был изобретен в Японии перед Второй мировой войной. Он состоит из 6% алюминия, 9% кремния и 85% железа. Тороиды из сендаста производятся с проницаемостями от 60 до 125 под торговой маркой Super-MSS. Свойства сендаста при подмагничивании постоянным током схожи с Мо-пермаллоем (МРР), а потери меньше, чем у порошкового железа, но больше, чем у Мо-пермаллоя (МРР). Из сендаста изготавливались высококачественные магнитные головки. MSS хорошо подходит для сетевых и выходных фильтров средних характеристик.

И хотя он слегка дороже порошкового железа, его значительно более низкие потери оправдывают разницу в цене. В переключаемых источниках питания, где потери не так критичны, Super-MSS (сендаст) обычно используют как замену Мо-пермаллою (МРР). Часто это – наилучший выбор, потому что Super-MSS (сендаст) стоит дешевле Мо-пермаллоя (МРР).

High Flux (HF) порошковые сердечники изготавливают из сплава 50% никеля и 50% железа. HF тороиды имеют проницаемость от 14 до 200. Сердечник из Hi-Flux (HF) может запасти в четыре раза больше энергии, чем сердечник МРР (Мо пермаллоя) или MSS (сендаста) такой же проницаемости и размеров, так как его практическое насыщение – 11 кГс. Hi-Flux (HF) стоит немного дешевле МРР (Мо-пермаллоя) и является самым лучшим выбором для применений, в которых требуется накопление максимальной энергии, а стоимость не имеет большого значения. Его потери значительно меньше, чем у порошкового железа, но больше, чем у МРР (Мо-пермаллоя) или Super-MSS (сендаста). Hi-Flux (HF) – лучший выбор для мощных низкочастотных резонансных контуров и дросселей, через которые должны протекать большие постоянные токи. Это делает возможным создание RFI фильтров для сетевых источников питания, которые могут удлинять импульсы выпрямителя и улучшать коэффициент мощности.

Ферриты являются керамическими материалами, изготовленными из окиси железа с добавлением окислов марганца, цинка или других металлов. Компоненты в виде порошков смешиваются, помещаются в форму и спекаются. В результате получается твердое, хрупкое стеклоподобное вещество. Обычно проницаемость имеет диапазон от 750 до 10000. Плотность потока насыщения – от 3 до 5 кГс. Ферриты можно производить в любой удобной форме – тороиды, Е – и I – образные сердечники, броневые сердечники и стержни.

Ферриты могут обладать самыми низкими потерями из всех широко применяемых материалов из-за их низкого остаточного намагничивания и высокого удельного сопротивления. Они – наилучший выбор для трансформаторов в диапазоне частот от 1 кГц до 1 Мгц. Они не очень хорошо подходят для высокочастотных применений, если не снабжены зазором. Это обусловлено большим влиянием температуры и уровня возбуждения на проницаемость и Q (добротность).

Обычно, удельное сопротивление ферритов в миллионы раз больше, чем у магнитомягких сплавов. Хотя это обуславливает самые низкие потери на вихревые токи из всех твердотельных материалов, все равно обмотка должна быть изолирована от сердечника. Кромки феррита, острые как бритва, легко нарушат изоляцию провода во время намотки.

Для предотвращения короткого замыкания во время намотки на ферритовые тороиды наносится париленовое или эпоксидное покрытие. Не смотря на то, что ферриты обладают достаточно высоким удельным сопротивлением, потери на вихревые токи иногда могут создавать проблемы. Это происходит в применениях с высоким напряжением на виток, таких как дроссели в низкочастотных цепях с высоковольтными импульсами. В этих случаях лучший выбор – МРР (Мо-пермаллой).

Формы сердечников.
Тороиды являются самой эффективной магнитной формой и при этом самой дешевой в производстве. Для намотки большого количества витков необходимы специальные машины, что несколько корректирует их низкую цену в сторону повышения. В тороидах обычно зазоры не используют из-за сложности соединения двух секций вместе.

Е – и I – сердечники более дорогие в изготовлении из-за необходимости точного совмещения. Если они не точно совмещены, то при креплении они расколются. При необходимости зазор вводится стачиванием среднего стержня Е- сердечника. Иногда, для удвоения зазора, соединяются два сердечника. Катушки для таких сердечников наматывают с большой скоростью на недорогих машинах, что частично компенсирует высокую стоимость сердечников.

Наиболее дорогие в производстве – броневые сердечники. Их изготавливают в виде двух половин, которые должны очень точно подходить друг к другу. Сердечник почти полностью окружает катушку, за исключением небольших отверстий для выводов. Практически все магнитное поле катушки заключено внутри сердечника. Если сердечник заземлен, феррит, обладающий средней электропроводностью, действует так же хорошо, как электромагнитный экран. Таким образом, броневые сердечники экранированы лучше, чем все другие типы сердечников.

Броневые сердечники подвергаются перегреву, потому что их обмотка окружена материалом сердечника, который плохо проводит тепло и препятствует циркуляции воздуха. Как и для Е – сердечника один или оба центральных стержня могут быть сточены, чтобы обеспечить воздушный зазор. Однако при этом тепловое действие краевых эффектов на обмотку приводит к еще большему возрастанию температуры. У броневых сердечников с зазором для подстройки индуктивности могут быть винтовые сердечники в центральной части.

Воздушным зазором можно обеспечить как стабильность проницаемости ферритов, так и способность запасать значительные количества энергии. При снижении проницаемости ферриты способны выдерживать большие значения постоянного тока без насыщения. На высоких частотах для минимизации потерь на краевые эффекты необходимо использовать литцендрат.

В начале 1980-х Stackpole Carbon Company выпускала ферритовые тороиды с низкой проницаемостью для накопления энергии. Однако по неизвестным причинам производственная линия была ликвидирована.

Потери в сердечнике.
Истинная стоимость потерь в сердечнике часто недооценивается конечным пользователем. Рассмотрим, например, сердечник, потери в котором составляют 1 Вт при стоимости электроэнергии 10 центов за кВт в час. За год непрерывной работы сердечник потратит 88 центов. Это тепло может принести пользу в Маренго, штат Иллинойс в январе, но абсолютно бесполезно в Финиксе, штат Аризона в июле. В последнем случае необходимо потратить дополнительный доллар на кондиционирование, чтобы выкачать наружу потраченную впустую энергию.

Когда размеры сердечника удваиваются, площадь поверхности увеличивается в четыре раза, а объем и потери возрастают в восемь раз. Рост температуры пропорционален отношению потерь в сердечнике к площади поверхности, то есть в больших сердечниках она больше в два раза. Сердечники с диаметром больше 3 дюймов (76,2 мм) могут потребовать принудительного воздушного охлаждения даже при умеренных уровнях потока.

Потери в сердечнике вызывают увеличение температуры обмотки. Сопротивление меди увеличивается на 0,4%/ о С. Таким образом, увеличение температуры на 30 о С из-за потерь в сердечнике, на 12% увеличивает потери в меди, что еще больше повышает температуру. Высокая температура сердечника также приводит к деградации изоляции обмотки и вызывает тепловые напряжения, которые могут привести к закорачиванию витков обмотки.

Большинство химических реакций примерно удваивают скорость с увеличением температуры на 10 о С. Механизм старения большинства электронных компонентов зависит от температуры и, таким образом, увеличение рабочей температуры на 10 о С сокращает срок службы вдвое. Растраченная впустую мощность повышает температуру внутри электронного оборудования, что приводит к снижению срока службы компонентов.

Избыточное тепло медленно окисляет и делает хрупкими паяные соединения и обугливает печатные платы. Долговременно воздействие высокой температуры на электролитические конденсаторы высушивает их и сокращает срок службы. Резисторы в условиях работы при повышенной температуре меняют свой номинал. Функционирование при повышенной температуре полупроводников приводит к перераспределению введенных в них примесей и увеличивает перетекание зарядов. Это перетекание может еще больше увеличить температуру полупроводника.

Для поддержания стабильности полупроводников при повышенной температуре окружающей среды необходимы более массивные и более дорогие радиаторы. Во многих случаях стоимость радиатора превышает экономию на сердечнике, работающем при повышенной температуре. Очень часто применение дорогих сердечников, температура которых при работе ниже, позволяет отказаться от вентилятора и снизить общую стоимость. Кажущаяся экономия в 1$ на стоимости сердечника может обернуться потерями 100$ если источник питания придется ремонтировать в полевых условиях.

Кривые В/Н.
На рис. 1 показана петля гистерезиса ферритового сердечника ЕС70/70 (3С81) без зазора производства Phillips (Ferroxcube) с обмоткой из 200 витков провода #17. Его индуктивность около 160 мГн при 90 мА. Тот же самый сердечник, но с воздушным зазором (EC70/70G) приведен на рис. 2. Напряжение возбуждения осталось неизменным, а ток значительно вырос. Индуктивность равна 4 мГн при 3,5 А и масштаб изменился. Петля гистерезиса стала значительно более линейной от введения зазора величиной 190 мил (0,48 мм), но насыщение происходит при тех же 3 кГс. Воздушный зазор, распределенный или нет, просто расширяет ось Н. Он не влияет на потери в сердечнике при одинаковых частоте и уровне потока.

Сердечники из MPP (Мо-пермаллоя), Super-MSS (сендаста), Hi-Flux и порошкового железа использовались для изготовления 4 мГн дросселей. Диаметр тороида был 1,84 дюйма (46,73 мм), проницаемость 60, обмотка состояла из 172 витков провода #17. На рис. 3 приведена петля гистерезиса для МРР (Мо пермаллоевого) сердечника. Петля гистерезиса для сердечника из порошкового железа приведена на рис. 4. Она более «массивная» по сравнению с петлей сердечника из МРР (Мо пермаллоя) и потери значительно больше. У многих видов порошкового железа существует значительное падение проницаемости при очень низких уровнях возбуждения. У используемого сердечника это падение составляло порядка 45%. Во время этого теста сердечник был очень горячим и производил неприятный звуковой шум.

На рис. 5 приведена тройная экспозиция правых половин петель гистерезиса порошковых сердечников из MPP (Мо-пермаллоя), Super-MSS (сендаста) и Hi-Flux. У сердечников из MPP (Мо-пермаллоя) и Super-MSS (сендаста) кривые почти идентичны, за исключением большего гистерезиса у MPP (Мо-пермаллоя). Насыщение этих сердечников происходит в районе 7 кГс. У порошковых сердечников из Hi-Flux гистерезис больше, чем у Super-MSS (сендаста) и насыщение происходит более плавно на уровне, большем 11 кГс. Потери для MPP (Мо-пермаллоя) и Super-MSS (сендаста) так малы, что их петли гистерезиса представляют практически прямую линию. Петлю гистерезиса Hi-Flux можно видеть, но она совсем не такая, как у порошкового железа на рис.4.

Акустический шум, производимый сердечниками из порошкового железа и феррита с зазором при измерениях на частоте 1 кГц достаточно неприятный. Hi-Flux шумит на 3дБ тише, а MPP (Мо-пермаллой) и Super-MSS (сендаст) – на 6 дБ. Но даже эти сердечники могут производить раздражающий шум при работе на частоте около 3 кГц при максимальных уровнях потока.

Измерение потерь в сердечниках.
На рис. 6 приведены идеальные формы волн, соответствующие 4 мГн дросселю, введенному в насыщение прямоугольным сигналом с частотой 1 кГц. Когда ток втекает в индуктивность, запасенная в ней энергия пропорциональна значению индуктивности и квадрату тока. Когда ток уменьшается, индуктивность возвращает энергию в цепь. Энергия запасается при положительном напряжении, и ток увеличивается от нуля до максимума. Это период положительной мощности, так как энергия течет из источника в индуктивность.

Когда напряжение возбуждения внезапно становится отрицательным, энергия из индуктивности возвращается в источник. Мощность становится отрицательной, так как напряжение отрицательное, а ток положительный. Когда ток переходит через ноль и становится отрицательным, энергия начинает течь в индуктивность и мощность снова становится положительной. В этой точке и ток, и напряжение отрицательные.

Когда при следующем переключении напряжения напряжение возбуждения становится положительным, мощность снова становится отрицательной и энергия из индуктивности возвращается в источник. В этом случае напряжение положительное, а ток отрицательный. Наконец ток пересекает ноль в положительном направлении, и мощность становится положительной. Формой изменения мощности является пилообразная волна с частотой 2 кГц со смещением на 5 Вт по постоянному току из-за потерь в сердечнике. Для измерения таких малых потерь при ±400 Вт реактивной мощности необходим очень точный умножающий ваттметр.

В типовом переключаемом источнике питания удвоенная амплитуда тока пульсаций, протекающего через сглаживающий дроссель, зависит от размера применяемого сердечника. Уменьшение размеров сердечника с целью экономии средств приводит к увеличению тока пульсаций. Больший ток пульсаций вызывает больший нагрев из-за потерь на гистерезис, что делает необходимым применение конденсатора фильтра большей емкости. Наиболее экономически обоснованным является использование сердечника, обеспечивающего ток пульсаций около одной четверти от тока нагрузки.

Потери на гистерезис, вызванные током пульсации часто больше потерь в меди. Полезным показателем производительности индуктивности в переключаемом источнике питания является Q, измеренная на частоте 40 кГц. Это позволяет определить ESR индуктивности. Измерения Q были проведены для MPP (Мо-пермаллоя), Super-MSS (сендаста), Hi-Flux, порошкового железа и феррита. Уровни постоянного тока были 6, 6, 15, 13 и 3,5 А. Проницаемость порошковых сердечников равна 60. Q на частоте 40 кГц измерялась при двойной амплитуде 2А для порошковых сердечников и 1А для феррита. Сопротивление обмотки было около 0,18 Ом у порошковых сердечников и 0,28 Ом у феррита. Результаты измерений приведены в Таб.1.

Таблица 1.

Тип сердечника

Ток (А)

Выходное напряжение (В)

Выходная мощность (кВт)Потери мощности (Вт)Потери мощности (%)Q (40 кГц)ESRЦена $МРР (Мо пермаллой)63201,92110,6741410,97Super-MSS (Сендаст)63201,92160,834303,02Hi-Flux15800121571,3195610,68Порошковое железо1369391311,516640,64Феррит с зазором3,51870,65172,6811912,00Феррит/лит-цендрат3,51870,6581,21001013,00

Все сердечники тороидальные с диаметром 1,84 дюйма (46,7 мм), за исключением ферритового ЕС70/70G с зазором. Индуктивность 4,0 мГн. Ток пульсаций представляет собой треугольную волну с двойным размахом амплитуды, составляющим 33% от указанной во второй колонке таблицы.

В Таблице 2 приведены результаты сравнения сердечников для различных применений.

Два составных корня «магнит» и «провод», соединенные буквой «о», определяют назначение этого электротехнического устройства, созданного для надежного пропускания магнитного потока по специальному проводнику с минимальными или, в отдельных случаях, определенными потерями.

Электротехническая промышленность широко использует взаимную зависимость электрической и магнитной энергий, переход их из одного состояния в другое. На этом принципе работают многочисленные трансформаторы, дроссели, контакторы, реле, пускатели, электродвигатели, генераторы и другие подобные устройства.

В их конструкцию входит магнитопровод, пропускающий магнитный поток, возбужденный прохождением электрического тока, для дальнейшего преобразования электрической энергии. Он является одной из составных частей магнитной системы электротехнических устройств.

Магнитопровод электротехнического изделия (устройства) (Coil flux guide) – магнитная система электротехнического изделия (устройства) или совокупность нескольких ее частей в виде отдельной конструктивной единицы (ГОСТ 18311-80).

Из чего изготавливают магнитопровод

Вещества, которые входят в его конструкцию, могут обладать различными магнитными свойствами. Их принято классифицировать на 2 вида:

Для их отличия используется термин «магнитная проницаемость µ», которая определяет зависимость созданной магнитной индукции B (силы) от величины приложенной напряженности H.

Приведенный график показывает, что ферромагнетики обладают сильно выраженными магнитными свойствами, а у парамагнетиков и диамагнетиков они слабые.

Однако, индукция ферромагнетиков при дальнейшем увеличении напряженности начинает снижаться, имея одну ярко выраженную точку максимальной величины, характеризующей момент насыщения вещества. Она используется при расчетах и эксплуатации магнитных цепей.

После прекращения действия напряженности какая-то часть магнитных свойств остается у вещества и, если к нему приложить противоположное поле, то часть его энергии станет расходоваться на преодоление этой доли.

Поэтому у цепей переменного электромагнитного поля наблюдается отставание индукции от приложенной напряженности. Подобную зависимость намагниченности вещества ферромагнетиков характеризует график, получивший название гистерезиса.

На нем точками Нк показана ширина петли, которая характеризует остаточный магнетизм (коэрцитивную силу). По ее размеру ферромагнетики подразделяют на две категории:

1. мягкие, с узкой характеристикой петли;

2. твердые, имеющие большую коэрцитивную силу.

К первой категории относят мягкие сплавы железа и пермолой. Из них изготавливают сердечники для трансформаторов, электродвигателей и генераторов переменного тока потому, что они создают минимальные затраты энергии на перемагничивание.

Жесткие ферромагнетики из углеродистых сталей и специальных сплавов применяются в различных конструкциях постоянных магнитов.

При выборе материала для магнитопровода учитывают потери на:

вихревые токи, создаваемые от действия ЭДС, наведенной магнитным потоком;

последействие, обусловленное магнитной вязкостью.

Для конструкций магнитопроводов, работающих на переменном токе, выпускаются специальные сорта листовой или рулонной тонкостенной стали с различной степенью легирующих добавок, которые производятся методами холодного или горячего проката. Причем холоднокатаная сталь дороже, но обладает меньшими потерями индукции.

Из стальных листов и рулонов механическими методами обработки создают пластины или ленты. Их покрывают слоем лака для защиты и обеспечения изоляции. Двухстороннее покрытие более надежное.

Для реле, пускателей и контакторов, эксплуатируемых в цепях постоянного тока, магнитопроводы отливают цельными блоками.

Цепи переменного тока

Среди них распространены два вида магнитопроводов:

Первый тип выполнен двумя стержнями, на каждом из которых раздельно надеты две катушки с обмотками высокого или низкого напряжения. Если размещать на стержне по одной обмотке ВН и НН, то возникают большие потоки рассеивания энергии, возрастает составляющая реактивного сопротивления.

Магнитный поток, проходящий по стержням, замыкается верхним и нижним ярмом.

Броневой тип имеет стержень с обмотками и ярмами, от которого магнитный поток раздваивается на две половины. Поэтому его площадь в два раза превышает сечение ярма. Такие конструкции чаще встречаются в трансформаторах малой мощности, где не создаются большие тепловые нагрузки на конструкцию.

Силовым трансформаторам нужна большая поверхность охлаждения обмоток, вызванная преобразованием повышенных нагрузок. К ним лучше подходит стержневая схема.

Для них можно использовать три однофазных магнитопровода, разнесенных на одну треть длины окружности или собрать обмотки на общем железе в своих ячейках.

Если рассматривать общий магнитопровод из трех одинаковых конструкций, разнесенных по углу на 120 градусов, как показано на левой верхней части картинки, то внутри центрального стержня суммарный магнитный поток будет сбалансирован и равен нулю.

Однако, на практике чаще используют упрощенную конструкцию, расположенную в одной плоскости, когда три разных обмотки располагают на отдельном стержне. При этом способе магнитный поток от крайних катушек проходит по большому и малому кольцу, а от средней — по двум соседним. За счет образования неравномерного распределения дистанций создается определенный дисбаланс магнитных сопротивлений.

Он накладывает отдельные ограничения для расчетов конструкции и некоторых режимов эксплуатации, особенно холостого хода. Но в целом такая схема магнитопровода широко применяется на практике.

Приведенные на верхних картинках магнитопроводы делают из пластин, а на собранные стержни надевают катушки. Эта технология применяется на автоматизированных предприятиях с большим станочным парком.

На маленьких производствах может использоваться технология ручной сборки за счет ленточных заготовок, когда первоначально изготавливается катушка с намотанным проводом, а после этого вокруг нее последовательными витками монтируется магнитопровод из ленты трансформаторного железа.

Подобные витые магнитопроводы тоже создаются по стержневому и броневому типу.

У ленточной технологии допустимой толщиной материала является величина 0,2 или 0,35 мм, а для сборки пластинами она может быть выбрана 0,35 либо 0,5 или даже больше. Это объясняется необходимостью плотной намотки ленты между слоями, что сложно выполнять вручную при работе с толстыми материалами.

Если при намотке ленты на катушку ее длины не хватает, то допускается стыковать к ней продолжение и надежно прижимать его новым слоем. Аналогичным образом собираются пластины стержней и ярма в пластинчатых магнитопроводах. Во всех этих случаях стыки необходимо делать с минимальными размерами, ибо они влияют на общее магнитное сопротивление и потери энергии в целом.

Для точной работы создания подобных стыков стараются избегать, а когда их исключить невозможно, то применяют шлифовку краев, добиваясь плотного прилегания металла.

При ручной сборке конструкции довольно сложно бывает точно сориентировать пластины между собой. Поэтому в них делали отверстия и вставляли шпильки, которые обеспечивали хорошее центрирование. Но такой способ слегка уменьшает площадь магнитопровода, искажает прохождение силовых линий и магнитное сопротивление в целом.

Большие автоматизированные предприятия, занимающиеся специализированным выпуском магнитопроводов для точных трансформаторов, реле, пускателей, отказались от пробивных отверстий внутри пластин и применяют другие технологии сборки.

Шихтованные и стыковые конструкции

Магнитопроводы, создаваемые на основе пластин, могут собираться за счет отдельной подготовки стержней с ярмами и последующего монтажа катушек с обмотками, как показано на картинке.

Справа приведена упрощенная стыковая схема сборки. У нее может проявиться серьезный недостаток — «пожар в стали», который характеризуется возникновением вихревых токов в сердечнике до критической величины, как показано на картинке внизу слева волнистой красной линией. Это создает аварийную ситуацию.

Устраняют этот дефект изоляционным слоем, который значительно влияет на увеличение намагничивающего потока. А это уже лишние потери энергии.

В отдельных случаях необходимо увеличить такой зазор для повышения реактивного сопротивления. Этот прием используется в индуктивностях и дросселях.

По перечисленным причинам стыковая схема сборки используется в неответственных конструкциях. Для точной работы магнитопровода используют шихтованную сборку пластин.

Ее принцип основан на четком распределении слоев и создании в нем одинаковых зазоров в стержне и ярме таким образом, чтобы при сборке все созданные полости заполнялись с минимальными стыками. При этом пластины стержня и ярма переплетаются между собой, образуя прочную и жесткую конструкцию.

На предыдущей верхней картинке показан шихтованный способ соединения прямоугольных пластин. Однако, меньшими потерями магнитной энергии обладают косоугольные конструкции, создаваемые обычно под 45 градусов. Они применяются в мощных магнитопроводах силовых трансформаторов.

На картинке показана сборка нескольких косоугольных пластин при частичной расшихтовке общей конструкции.

Даже при этом методе необходимо следить за качеством прилегания стыкуемых поверхностей и отсутствием в них недопустимых зазоров.

Метод применения косоугольных пластин обеспечивает минимальные потери магнитного потока в углах магнитопровода, но он значительно усложняет процесс изготовления и технологию сборки. За счет повышенной трудоемкости работ его используют очень редко.

Шихтованный метод сборки более надежен. Конструкция отличается прочностью, для нее требуется меньше деталей, а сборка проводится по заранее подготовленной методике.

При этом способе из пластин создается общая конструкция. После полной сборки магнитопровода возникает необходимость монтажа обмотки на нем.

Для этого приходится разбирать уже собранное верхнее ярмо поочередным изъятием всех его пластин. Чтобы исключить такую лишнюю операцию разработана технология сборки магнитопровода непосредственно внутри подготовленных катушек с обмотками.

Упрощенные модели шихтованных конструкций

На трансформаторах малой мощности часто не требуется точное выдерживание магнитных параметров. Для них создают заготовки методами штамповки по подготовленным шаблонам с последующим покрытием изоляционным лаком, причем, чаще всего, с одной стороны.

Левая сборка магнитопровода создается вводом в катушки заготовок сверху и снизу, а правая позволяет отгибать и вводить во внутреннее отверстие обмотки центральный стержень. При этих методах образуется небольшой воздушный зазор между стыкуемыми пластинами.

После сборки комплекта пластины плотно сжимаются крепежными элементами. Для уменьшения вихревых токов с магнитными потерями на них наносится слой изоляции.

Особенности магнитопроводов реле, пускателей

Принципы создания пути для прохождения магнитного потока остались теми же. Только магнитопровод разделяется на две части:

2. стационарно закрепленную.

При возникновении магнитного потока подвижный якорь вместе с закрепленными на нем контактами притягивается по принципу электромагнита, а при исчезновении — возвращается в исходное состояние под действием механических пружин.

Переменный ток постоянно меняется по величине и амплитуде. Эти изменения передаются магнитному потоку и подвижной части якоря, который может гудеть и вибрировать. Для исключения этого явления расщепляют магнитопровод вставкой короткозамкнутого витка.

В нем образуется раздвоение магнитного потока и сдвиг фазы одной его части. Тогда при переходе через нулевую точку одной ветви во второй действует сила, препятствующая вибрациям, и наоборот.

Магнитопроводы для устройств постоянного тока

В этих цепях отпадает необходимость бороться с вредным воздействием вихревых токов, которые проявляются при гармоничных синусоидальных колебаниях. Для магнитопроводов не используют наборы из тонких пластин, а изготавливают их прямоугольными или закругленными деталями методом цельных отливок.

При этом сердечник, на который насаживается катушка, делается круглым, а корпус и ярмо — прямоугольной формы.

С целью уменьшения первоначального тягового усилия воздушный зазор между разведенными частями магнитопровода имеет маленькую величину.

Магнитопроводы электрических машин

Наличие подвижного ротора, который вращается в поле статора, накладывает особенности на конструкции электродвигателей и генераторов. Внутри них необходимо расположить обмотки, по которым протекает электрический ток таким образом, чтобы обеспечить минимальные габариты.

С этой целью прямо в магнитопроводах изготавливаются полости для укладки проводов. Для этого сразу при штамповке пластин в них создаются пазы, которые после сборки представляют готовые магистрали под обмотки.

Таким образом, магнитопровод является неотъемлемой частью многих электротехнических устройств и служит для передачи магнитного потока.

Выбор материала обмоток трансформатора

4 мая 2014Сухие трансформаторы,Технологии

В трансформаторах обмотки служат для преобразования электрической энергии. Изменяя напряжение и силу тока, они сохраняют передаваемую мощность. Вместе с обмотками в преобразовании энергии участвует набор из металлических пластин, который играет роль магнитопровода.

Трансформаторные обмотки изготавливаются из проводников, покрытых слоем изоляции, который также удерживает провода в определенном положении и создает канал охлаждения. Различные конструкции обмоток предусматривают нейтральные и линейные ответвления, а также отводы для регулировки. Во время работ, связанных с конструированием обмоток, рассчитываются такие параметры:

• допустимое значение превышения температуры при номинальной мощности и рабочей нагрузке;
• электрическая прочность при повышенном напряжении;
• механическая прочность во время короткого замыкания.

Для изготовления обмоток преобразователей чаще всего используется медный провод. Это делается из-за того, что медь имеет малое электрическое сопротивление и высокую электропроводность. Благодаря своей гибкости и механической прочности, она хорошо обрабатывается и плохо поддается коррозии.

Однако медь – это достаточно ценный и дефицитный металл. Высокая стоимость меди связана с небольшими мировыми запасами ее руды. Из-за этого стоимость металла постоянно увеличивается, так что производители трансформаторов вынуждены искать ему замену. На сегодняшний день лучшей альтернативой меди является алюминий. Его запасы значительно превосходят медные, и в природе он встречается намного чаще.

Однако алюминий имеет меньшую электропроводность. Также он менее гибок и уступает меди в пределе прочности. Его редко применяют в обмотках мощных трансформаторов. Кроме того, достаточно сложно в техническом плане делать внутренние соединения обмоток при помощи сварки. Выполнение этой операции требует от работников, соединяющих обмотки, соответствующих знаний и умений, большого опыта и определенных навыков. В случае когда соединяются медные проводники, все обстоит гораздо проще.

Сравнительные характеристики металлов

УТВЕРЖДЕНИЕ	ПРАВДА	МИФ
Оконечные заделки намотанных алюминием трансформаторов несовместимы с медной линией и силовыми кабелями.		Х
Оконцевание выводов должным образом – более сложная задача для намотанных алюминием трансформаторов.	Х
Соединения с линией и нагрузкой трансформаторов с медными обмотками более надежны, чем у трансформаторов с алюминиевыми обмотками.		Х
Трансформаторы с алюминиевыми обмотками весят легче, чем аналогичные с медными обмотками.	Х
Намотанные медью обмотки низкого напряжения трансформаторов лучше подходят для «ударных» нагрузок, потому что у меди более высокая прочность на растяжение чем у алюминия.		Х
Трансформаторы с алюминиевыми обмотками имеют более высокие потери, чем аналогичные с медными обмотками.		Х

Споры о том, какой металл лучше использовать для трансформаторных обмоток, не прекращаются на протяжении многих лет. Оппоненты, приводящие различные технические аргументы в пользу разных металлов, постоянно меняют свои взгляды. Большая часть из всех аргументов не столь существенна, а некоторые из, так называемых фактов, являются откровенной дезинформацией.

Чтобы правильно выбрать материал для обмотки преобразователя, следует произвести сравнительный анализ рабочих параметров алюминия и меди, и определить степень их различия. Внимание обращают на те параметры, которые вызывают наибольшее беспокойство, поскольку являются наиболее важными в работе преобразующего устройства.

Характерные различия между медью и алюминием

Параметр	Алюминий	Медь
Температурный коэффициент линейного расширения, х10-6/°С	21-23	16,4-16,6
Теплопроводность, Вт/м∙°С	218	406
Удельное сопротивление, Ом∙мм2/м	0,026-0,028	0,017-0,018
Предел прочности на разрыв, Н/мм2 (мягкие марки)	79-108	197-276

Коэффициент расширения

Когда нагревается алюминий, он имеет расширение на 30% больше, чем медь. Если алюминиевые наконечники соединяются при помощи болта и гайки, под прижимную гайку нужно обязательно подкладывать пружинистую шайбу. В этом случае контактное соединение не будет ослабляться в то время, когда напряжение отключено, и наконечники остывают, уменьшая при этом свои размеры.

Вывод: Чтобы качество соединения алюминиевых кабелей не уступало качеству медных контактов, необходимо использовать должную арматуру.

Теплопроводность

Медь намного лучше проводит тепло, чем алюминий. Поэтому если разные металлы обмоток в трансформаторах имеют одинаковое сечение, то изделие из меди охлаждается гораздо лучше, чем из алюминия. Чтобы добиться одинаковой электропроводности, а значит одной и той же отдачи тепла, алюминиевый провод в преобразователе должен иметь сечение на 60% больше медного.

Проектировщики, разрабатывая пакет документов для производства трансформаторов, учитывают особенности материала, конструкцию, а также суммарную площадь охлаждающейся поверхности обмотки.

Вывод: Все трансформаторы, невзирая на то, из какого металла выполнены их обмотки, имеют очень сходные тепловые характеристики.

Электропроводность

Вследствие того, что алюминий имеет электрическую проводимость на 60% меньше чем медь, в обмотках из алюминия более высокие потери. Разработчики преобразователей с алюминиевыми обмотками в проектной документации закладывают сечения проводников, которые превышают значения для аналогичных изделий из меди. Это уравнивает потерю энергии в изделиях, имеющих в обмотках различные материалы.

Вместе с тем производители имеют определенные рамки, ограничивающие выбор сечения провода. Поэтому иногда получается, что медная обмотка в трансформаторе имеет более значительные потери, чем аналогичное изделие из алюминия. Это происходит из-за того, что производители по тем или иным причинам в качестве обмотки использовали медный провод, сечение которого не соответствует расчетной норме.

Что же касается сухих трансформаторов, то вне зависимости от металла обмотки у них потери в сердечнике, набранном из металлических пластин, остаются неизменны. Добиться более высокой эффективности работы преобразователя можно только путем изменения сечения обмоточного провода. Это и является основным критерием, который указывает на более высокую степень результативности того или иного устройства.

Вывод: Благодаря тому, что алюминиевый провод стоит намного дешевле, за те же деньги им можно намотать обмотку, имеющую большее сечение. Это приведет к значительному снижению энергетических потерь во время работы преобразователя. В некоторых случаях такие обмотки намного эффективней медных.

Предел прочности металлов

Алюминий для своего разрыва требует на 40% меньше усилий, чем медь. У производителей электротехнических изделий этот факт вызывает определенное беспокойство, поскольку большинство выпускаемых ими товаров часто подвергается циклическим нагрузкам. Это связано с большими пусковыми токами, которые возникают при запуске некоторых электрических силовых аппаратов. Мощные электромагнитные силы, возникающие при таких токах, вызывают усиленное движение молекул в проводниках, что приводит к смещению обмоток в изделиях.

Сравнительный анализ технических показателей различных проводников делается исходя из площади их поперечного сечения. На основании данных анализа одинаковая электропроводность в трансформаторах с разными обмотками обеспечивается следующим образом. В изделиях с алюминиевой обмоткой площадь сечения провода должна быть больше на 60%, чем в аналогичном устройстве, имеющем обмотку из меди. В этом случае технические показатели изделий, сделанных из различных материалов, будут примерно одинаковы.

Вывод: Трансформатор не может получить механическое повреждение из-за резкого изменения нагрузки, поскольку сечение обмотки подобрано таким образом, чтобы имелся необходимый запас прочности. Повреждения могут случиться только вследствие ненадежного крепления в местах соединения проводов.

Внешние подключения трансформаторов

В настоящее время использование меди в трансформаторных обмотках вызвано стремлением производить более качественные и надежные преобразующие устройства. Известно, что как алюминий, так и медь легко поддаются разрушающему воздействию окружающей среды. Из-за этого в металлах происходит коррозия, окисление и другие химические изменения.

Поверхность алюминиевого провода, покрытая окисью, становится изолятором и не пропускает электрический ток. Из-за этого своевременная очистка алюминиевых контактов имеет большое значение и должна производиться регулярно, в строгом соответствии с графиком проведения профилактических работ.

Окисленная же медь утрачивает свою электропроводность значительно меньше, поскольку появляющиеся на ней сульфиды и оксиды, конечно, не в той мере в какой бы хотелось, но все же имеют некоторую электропроводность. Все это хорошо знает персонал, который обслуживает трансформаторные подстанции. Поэтому специально обученная бригада электриков регулярно производит плановую проверку болтовых соединений рабочего оборудования.

Кроме того, существует проблема подключения алюминиевых обмоток преобразователя к медным проводам внешней электрической сети. Напрямую соединять алюминиевые и медные наконечники болтами нельзя. Дело в том, что металлы имеют различную электропроводность, из-за чего места соединений постоянно перегреваются, и соединенные поверхности разрушаются. Разработанные специально для этого сварочные технологии оказались малоэффективными, поэтому для сваривания кабелей из разного металла их не применяют.

Для соединения медных и алюминиевых кабелей сейчас используют луженые наконечники, покрытые тонким слоем олова либо серебра. При соединении алюминиевых обмоток трансформаторов с медными сетевыми кабелями наконечники покрывают оловом. Серебро используется в электронике, где требуется более высокое качество соединения деталей. Практика таких соединений общепринята. Надежность соединений подтверждается большими сроками бесперебойной работы оборудования.

Различные провода также часто соединяют при помощи специальных металлических клемм. Такая клемма сделана в виде прямоугольной рамки, в которую вставляются два соединяемых проводника. На одной плоскости клеммы имеются отверстия с резьбой. После того как проводники вставлены в рамку, они фиксируются винтами, которые закручиваются в резьбу.

Внутреннее соединение трансформаторных обмоток

Соединение медных обмоток преобразователей осуществляется методом спаивания. Тугоплавкий припой, используемый при этом, несколько снижает электропроводность спаянного участка. На этом участке все время выделяется окись меди, из-за которой отслаивается наружный слой, что ведет к повреждению всего проводника. Это является существенным недостатком такого метода соединения.

В алюминиевых же соединениях используется метод сваривания проводов при помощи инертного газа. В них окись алюминия образует стойкое защитное покрытие, которое предохраняет контакт от негативного воздействия окружающей среды. Кроме того, в этом методе соединения проводников большим преимуществом является то, что во время работы устройства на сваренных участках отсутствует потеря электропроводности.

Время эксплуатации трансформаторов в определенной мере связано с теми условиями, в которых они работают. Сюда относятся негативные воздействия окружающей среды, экстремальные нагрузки и другие неблагоприятные условия. Однако люди, пользующиеся электроэнергией не должны беспокоиться по этому поводу. Как показала практика преобразователи, имеющие различные обмотки, способны работать многие годы без особых проблем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Трансформатор с той или иной обмоткой в основном выбирается исходя из личных предпочтений. Более высокая стоимость изделия, имеющего медную обмотку, требует технического обоснования тех дополнительных материальных затрат, которые возникнут во время его приобретения. Сегодня все отзывы, основанные на опыте практического использования оборудования, не указывают на какие-либо явные преимущества в работе тех или иных устройств.

Единственным превосходством медной обмотки можно считать то, что катушка, намотанная медным проводом, имеет значительно меньшие габариты. Это позволяет делать трансформаторы с такой обмоткой более компактными, что позволяет несколько сэкономить то пространство, в котором они находятся.

Однако подавляющее большинство закрытых преобразователей выпускается в стандартных корпусах, имеющих одни размеры, которые подходят и для медных и для алюминиевых катушек. Так что здесь преимущество меди не имеет никакого значения. Поэтому спрос на трансформаторы с алюминиевой обмоткой сейчас намного выше.

Стоимость металлов постоянно увеличивается, а поскольку цена меди в несколько раз превышает цену алюминия, то и стоимость изделия с медной обмоткой намного дороже. Из-за этого многие покупатели предпочитают не переплачивать за медь, а покупать изделия с алюминиевыми обмотками. В дальнейшем они стараются следить за надежностью электрических соединений, и уделять должное внимание профилактическому обслуживанию оборудования.

Ответы на вопросы о трансформаторах.

За время работы нашей компании, а это, на минуточку, более 15 лет, нами был накоплен ценный опыт, который помогает в решении повседневных сложных задач наших заказчиков, и которым мы бы хотели поделиться с пользователями нашего сайта. Благодаря рубрике «Вопрос-ответ» мы производим обратную связь с нашими клиентами, и некоторые вопросы нам показались интересными. Одни вопросы задают очень часто, другие – не очень, однако, в любом случае, мы приняли решение осветить в данной статье те моменты, которые, безусловно, являются очень важными в процессе повседневной эксплуатации трансформаторов.

Итак, начнем с вопросов, которые являются ключевыми. На эти вопросы мы отвечали не раз, однако, они по-прежнему волнуют многих наших посетителей:

— На каком принципе основывается работа трансформатора?

Ответ: В основе принципа действия любого трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Т.е. явлении, связанном с возникновением электрического тока в замкнутом контуре трансформатора.

 

— Что такое анцапфа?

Ответ: Анцапфа – это, так называемый, переключатель ПБВ (сокр., переключение без возбуждения). В силовом трансформаторе такой переключатель устанавливается со стороны высшего напряжения (ВН) и предназначается, в первую очередь, для изменения коэффициента трансформации. При изменениях высшего напряжения в пределах +- 10% от номинального значения, анцапфа позволяет поддерживать напряжение на вторичной обмотке постоянным. Переключение положения ПБВ (анцапфы) необходимо производить только при отключенном трансформаторе (снимая напряжение на стороне ВН).

 

— Почему сердечник трансформатора изготавливают из нескольких изолированных пластин, а не из цельного куска стали?

Ответ: Сердечник трансформатора изготавливается с использованием изолированных пластин для уменьшения или практически полного исключения потерь, вызываемых протеканием вихревых токов. Таким образом, благодаря сердечнику из изолированных пластин, общая сумма потерь, будет в разы ниже, чем потери при использовании цельного сердечника. Стоит отметить, что сердечник может быть изготовлен цельным, однако, обязательным условием является высокое удельное сопротивление материала (это могут быть, например, ферритовые сплавы).

 

— Зачем пластины сердечника трансформатора стягиваются шпильками?

Ответ: Сделано это для того, чтобы обеспечить максимально плотное прилегание изолированных пластин друг к другу, а также, чтобы сделать пакет пластин сердечника прочным и достаточно устойчивым к механическим повреждениям.

 

— Что такое холостой ход трансформатора? Как трансформатор работает в этом режиме?

Ответ: Режим холостого хода трансформатора — это такой режим работы трансформатора, при котором одна из его обмоток запитана от источника переменного тока (напряжения) (линия электропередач), а цепи остальных обмоток разомкнуты. В реальности, такой режим работы встречается у трансформатора, в случае, когда он подключен к сети, а нагрузка, запитываемая от его вторичной обмотки, ещё не подключена.

За время ведения рубрики «Вопрос-ответ» нам не раз приходилось вникать в тонкости частных проблем, возникающих у пользователей. Часто, вопросы задают студенты, или просто люди сомневающиеся, как, например, в следующих вопросах:

— Что происходит на вторичных обмотках трансформатора в случае понижения напряжения на первичной обмотке трансформатора?

Ответ: Напряжение на вторичных обмотках трансформатора снижается строго пропорционально коэффициенту трансформации.

 

— Мы имеем в собственности шесть смежных земельных участков без электричества, однако, рядом проходит ЛЭП на 380В. Для целей электропитания будущих строений, мы собираемся приобрести понижающий трансформатор. Пожалуйста, подскажите какой выбрать?

Ответ: Для начала, необходимо определить планируемую суммарную мощность потребления. Здесь, следует учесть возможность увеличения количества потребителей (и соответственно увеличения потребления). Затем присылайте заявку нам, а мы, по Вашим данным, подберем подходящий вариант понижающего трансформатора.

 

Нам также задают вопросы, которые косвенно касаются выбора трансформатора. Можно назвать их «вопросы от любознательных». И хотя информацию по таким вопросам, часто, можно найти в открытом доступе, мы охотно идем навстречу:

— От чего зависит межповерочный интервал трансформаторов тока?

Ответ: Сроки межповерочных интервалов трансформаторов устанавливаются, непосредственно, заводом-изготовителем, исходя из характеристик данной конкретной модели трансформатора. Как правило, межповерочный интервал трансформатора составляет 4 года.

 

— Что означают обозначения обмоток защиты 5Р и 10Р на трансформаторе?

Ответ: Обозначения 5Р и 10Р применяются для отображения погрешности релейной защиты в 5% и 10% соответственно.

 

— Трансформатор тока и трансформатор оперативного тока – в чем разница?

Ответ: Главное отличие состоит в назначении этих трансформаторов. Трансформаторы тока предназначаются для преобразования тока до таких значений, которые были бы удобны для измерения, а, следовательно, используются для подключения различного измерительного оборудования. Трансформатор оперативного тока предназначается для питания различных цепей управления оборудованием (реле, приводы, и т.п.), автоматики, а также сигнализации и защиты.

 

— Чем отличаются трансформаторы с изолированной нейтралью и глухо заземленной нейтралью?

Ответ: В цепях трансформаторов с глухозаземленной нейтралью, вторичную обмотку соединяют по схеме «звезда с нулевым выводом», и поэтому такой трансформатор имеет 4 вывода. Один из выводов – нулевой. При этом, он соединен с контуром заземления. В цепях трансформаторов с изолированной нейтралью, используют схему соединения вторичной обмотки — «звезда», выводов при этом получается 3. Трансформаторы с глухозаземленной нейтралью, при обрыве одной из фаз – безопаснее, а с изолированной – не прекращают подачу электроэнергии.

Силовые трансформаторы. Устройство трансформатора силового сухого/масляного

 

Силовой трансформатор – это электротехническое оборудование. Он изменяет напряжение переменного электрического тока. Если на входе в трансформатор ток имеет более высокое напряжение, чем на выходе – то перед вами силовой понижающий трансформатор. Если из устройства выходит ток с более высоким напряжением, чем на входе – то трансформатор повышающий. Частота тока на входе и на выходе не меняется.

Работа трансформатора основана на электромагнитной индукции. Суть явления индукции: если через замкнутый контур пропускать магнитный поток, то в контуре возникнет электрический ток. Электромагнитную индукцию в 1831 году открыл знаменитый английский ученый Майкл Фарадей.

 

 

 Устройство силового трансформатора сухого и масляного

Любой трансформатор состоит их магнитопровода, обмоток, системы охлаждения, регулирующих и контролирующих устройств.

Обмотки намотаны на сердечник из специальной электротехнической стали.

Сердечники бывают стержневые, броневые и тороидальные. В трансформаторах стержневого типа обмотка наматывается на весь сердечник. Поэтому вы видите только верхнюю и нижнюю части электромагнитного стержня. Если сердечник броневой – то обмотка почти полностью скрыта внутри сердечника. Тороидальный сердечник – это тот же стержень, но замкнутый в кольцо. Отец трансформатора Фарадей именно с помощью тороидальной катушки открыл электромагнитную индукцию.

Без системы охлаждения силовой трансформатор работать не может. Потому что под нагрузкой нагревается рабочая часть устройства – сердечник и обмотка на нем. Охлаждается трансформатор воздухом или маслом. Соответственно по способу охлаждения выделяют типы силовых трансформаторов: сухие и масляные.

Регулирует работу устройства специалист. Для этого на силовом трансформаторе производитель устанавливает реле и различные переключатели. Некоторые модели трансформаторов можно регулировать под нагрузкой, другие – только в выключенном состоянии.

Контролирует работу трансформатора инженер-электрик. Он следит за показателями датчиков температуры и давления внутри трансформатора.

Конструкция сухого силового трансформатора

Магнитопровод и обмотки есть во всех трансформаторах. Главное отличие между сухими и масляными трансформаторами в системе охлаждения.

• В сухом трансформаторе нагретый воздух от магнитопровода и катушек движется естественным путем или его «гоняют» специальные вентиляторы.
• В защитном кожухе сухого трансформатора делают специальные отверстия для лучшей вентиляции. Потому что воздушное охлаждение менее эффективно, чем масляное. Иногда ТС выпускаются в незащищенном исполнении.
• К изоляции в сухих трансформаторах предъявляются повышенные меры пожарной безопасности. Потому что основная изолирующая среда для устройства – это воздух. А изолирующие свойства у воздуха хуже, чем у масла.

В сухих трансформаторах нет жидкостей. Поэтому обслуживать оборудование не так хлопотно. Кроме того, отсутствие масла в системе охлаждения позволяет устанавливать трансформатор рядом с потребителями электрической энергии.

Устройство трансформатора силового масляного

Рабочая часть масляного силового трансформатора состоит из сердечника и обмоток. А охлаждается трансформатор маслом. Его заливают в специальный бак с крышкой. Сверху на крышке расположены датчики давления и температуры масла, входы и выходы обмоток ВН и НН, регуляторы и переключатели.

Трансформаторы отличаются по конструкции масляного бака. Есть герметичные масляные силовые трансформаторы ТМГ. В них устанавливают бак с гофрированными стенками. Масло заливается в бак в вакууме. Оно не соприкасается с окружающей средой. Масляный силовой трансформатор обычной конструкции имеет на крышке расширитель и газовое реле. При сильном нагреве дополнительный объем масла поступает в расширитель.

Масляная система в состоянии охладить мощный трансформатор. Но масло – это горючая жидкость. Поэтому «начинка» масляного трансформатора спрятана в прочный корпус.

Силовые трансформаторы – это габаритные устройства. Для удобного ремонта и установки их комплектуют дополнительными устройствами. Например, колесиками или дополнительными датчиками.

 

Трансформаторы ABB, SGB, RUHSTRAT

Трансформаторы

Трансформаторы с сухой и масляной изоляцией

Мы предлагаем изделия, которые смогут удовлетворить любые Ваши требования, как по техническим характеристикам, так и по стоимости. При этом качество всегда остается высшим! Заявляем о полном соответствии их ГОСТ, МЭК и другим стандартам. Силовые трансформаторы с литой изоляцией обладают, благодаря оригинальной конструкции, целым рядом замечательных характеристик, которые делают их чрезвычайно рентабельными, надежными и безопасными при использовании на промышленных предприятиях, у бытовых потребителей.

Трансформаторы являются пожаростойкими

Высокая механическая прочность позволяет сохранить работоспособность при коротких замыканиях в нагрузке

Надежные трансформаторы с безупречным немецким качеством

Нашими партнерами являются ведущие немецкие производители:

Благодаря своей уникальной конструкции, трансформаторы с литой изоляцией производства SGB обладают рядом характеристик, которые, во-первых, технически выделяют их из ряда других трансформаторов с литой изоляцией, а во-вторых, делают их одним из самых надёжных и безопасных решений.

Для Вас как для потребителя это означает следующие преимущества:

Стойкость оборудования к ударным перегрузкам по напряжению;

Способность выдерживать перегрузки за счёт тепловых резервов;

Стойкость к резким скачкам температуры;

Гарантированный длительный срок эксплуатации.

Трансформаторы с литой изоляцией — технический каталог
Трансформаторы с литой изоляцией — презентация

Фирма ABB имеет большой опыт производства трансформаторов, которые могут быть сконструированы для небольшого пространства, для нестандартных условий с особыми требованиями. Трансформаторы фирмы ABB с сухой масляной изоляцией, на напряжение 1-6-10-20-35 кВ.

Для Вас как для потребителя это означает следующие преимущества:

Наличие полной актуальной технической информации;

Длительный срок службы оборудования;

Конструкция трансформаторов полностью соответствует требованиям ГОСТ и МЭК;

Постоянное совершенствование конструкции измерительных трансформаторов;

Активное участие в разработке национальных стандартов для высоковольтных измерительных трансформаторов.

Проспект трансформаторы RESIBLOC
Технический каталог трансформаторы RESIBLOC

Фирма Ruhstrat предлагает одно- и трехфазные трансформаторы с литой изоляцией для распределения энергии, эксплуатации выпрямителей переменного тока, увеличения тока или напряжения и т. д.
Диапазон мощности от 160 кВА до 8000 кВА. Напряжение уровня изоляции до 36 кВ.

Для Вас как для потребителя это означает следующие преимущества:

Уменьшение механического давления благодаря похожему коэффициенту теплового расширения смолы и алюминия;

Обмотка высшего напряжения из метал-лических полос и обмотка низшего напряжения из пленки: более низкое электрическое и механическое напряжение;

Обеспечивает самопроизвольное погасание в любых случаях;

Заливка под высоким вакуумом: более низкий уровень частичного разряда.

Трансформаторы с литой изоляцией

Высоковольтные трансформаторы напряжения

Аппаратные трансформаторы напряжения VРТ, VTO — это однофазные трансформаторы, предназначенные для применения в сетях высокого напряжения. Они предназначаются для измерений и защиты распределительных устройств ВН открытого исполнения.
Аппаратные трансформаторы напряжения VTS, VTD – это однофазные двухполюсные изолированные трансформаторы, предназначенные для применения в сетях высокого напряжения.

Высоковольтные трансформаторы тока

Опорные трансформаторы тока CTSO, CTO предназначены для измерений и защиты распределительных устройств ВН открытого исполнения на напряжение до 38,5 кВ.

Для Вас как для потребителя это означает следующие преимущества:

Прошли испытания в соответствии с нормой IEC 60044-1;

Гарантированное качество;

Сервис.

Высоковольтные трансформаторы тока и напряжения

Трансформаторы ввода: с твердой изоляцией (RIP), маслоизолированные, элегазовые,
произведенные на заводах в ФРГ, серийные и сделанные на заказ (рефиттинг).

Трансформаторы, их виды и назначение

Что такое трансформатор
Принцип работы трансформатора
Виды трансформаторов
Режимы работы трансформатора
Уравнения идеального трансформатора
Магнитопровод трансформатора
Обмотка трансформатора
Применение трансформаторов
Схема трансформатора

Что такое трансформатор

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник. Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневыми, броневыми или тороидальными. Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от способа изготовления.

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стержневого типа обмотка включается в сердечник.В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть. Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку. Обмотки трансформатора стержневого типа располагаются горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

от типа трансформатора, в его состав входят такие функциональные части: независимая система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

В начало

Принцип работы трансформатора

В трансформаторе принято выделять первичную и вторичную обмотку. К первичной обмотке напряжение подводится, а от вторичной отводится. Действие трансформатора основано на законе Фарадея (законе электромагнитной индукции): изменяющийся во времени магнитной поток через площадку, ограниченную контуром, электродвижущую силу. Справедливо также обратное утверждение: изменяющийся электрический индуцирует изменяющееся магнитное поле.

В трансформаторе есть две обмотки: первичная и вторичная. Первичная обмотка получает запитку от внешнего источника, с вторичной обмотки источника напряжения. Переменный ток первичной обмотки в магнитопроводе переменное магнитное поле, в свою очередь.

В начало

Режимы работы трансформатора

Существуют такие режимы работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим.Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены. Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичной обмотку небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора.Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС питания и ЭДС индукции питания не равны, поэтому в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достиг прежнего значения.

Для трансформатора в режиме нагрузки справедливо равенство:
U_2 / U_1 = N_2 / N_1 , где U2, U1 — мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 — количество витков в первичной и вторичной обмотке. Если U2> U1, трансформатор называется повышающим. Любой трансформатор принято характеризовать число k, где k — коэффициент трансформации.

В начало

Виды трансформаторов

В зависимости от своего применения и характеристик трансформаторы бывают нескольких видов.К примеру, в электрических сетях населенных пунктов, промышленных предприятий используют трансформаторы силовые.

Если трансформатор предназначен для настройки тока, он называется трансформатор тока, а если устройство регулирует напряжение — то это трансформатор напряжения. В обычных сетях используются однофазные трансформаторы, в сетях три провода (фаза, ноль, заземление) нужен трехфазный трансформатор.

Бытовой трансформатор, 220В предназначается для защиты бытовой техники от перепадов напряжения.

Сварочный трансформатор для установки сварочной и силовой сети, для понижения напряжения в сети до нужной для сварки величины.

Масляный трансформатор предназначается для использования в сети с напряжением выше 6 000 Вольт. Конструкция трансформатора включает в себя: магнитопровод, обмотки, бак, а также крышки с вводами. Магнитопровод состоит из 2 листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга, обмотки, как правило, делают из алюминиевого или медного провода.Регулировка напряжения создается с помощью ответвления, которое соединяется с переключателем.

Существует два вида переключения ответвлений: переключение под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой), а также без нагрузки, после того, как трансформатор отключен от внешней сети (ПБВ, или переключение без возбуждения). Большее распространение получил второй способ регулировки напряжения.

Говоря о трансформаторе, нельзя не рассказать об электронном трансформаторе.Электронный трансформатор представляет собой специализированный источник питания, который служит для преобразования напряжения 220В в 12 (24) В, при большой мощности. Электронный трансформатор намного меньше обычного, при тех же самых параметров нагрузки.

В начало

Уравнения идеального трансформатора

Для того, чтобы использовать основные характеристики трансформаторов, принято простыми уравнениями, которые знает каждый современный школьник.Для этого используют понятие идеального трансформатора. Идеальным трансформатором называется такой трансформатор, в котором нет потерь энергии на нагрев обмоток и вихревые токи. В идеальном трансформаторе энергии первичной цепи превращается в энергию магнитного поля, а затем — в энергии вторичной обмотки. Именно поэтому мы можем написать:
P1 = I1 * U1 = P2 = I2 * U2 ,
где P1, P2 — мощность электрического тока в первичной и вторичной обмотке соответственно.

В начало

Магнитопровод трансформатора

Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, которые концентрируют в себе магнитное поле трансформатора.Полностью собранная система с деталями, скрепляющая система трансформатора в единое целое — это остов трансформатора. Та часть магнитопровода, на которой крепятся обмотки, называется стержнем трансформатора. Часть магнитопровода, которая не несет на себе обмотку и замыкает магнитную цепь, называется ярмом.

В трансформаторе стержни можно располагать по-разному, поэтому выделяют такие четыре магнитопроводы (магнитных систем): плоская магнитная система, пространственная магнитная система, симметричная магнитная система, несимметричная магнитная система.

В начало

Обмотка трансформатора

Теперь поговорим об обмотке трансформатора. Основная часть обмотки — виток, который однократно обхватывает магнитопровод и в котором индуцируется магнитное поле. Под обмоткой понимают сумму витков, ЭДС обмотки равна сумме ЭДС в каждом витке.

В силовых трансформаторах обмотка обычно состоит из проводников, имеющего квадратное сечение. Такой проводник по-другому еще называется жилой. Проводник квадратного сечения используется для того, чтобы более эффективно использовать пространство внутри сердечника. В качестве изоляции каждой жилы может быть одна бумага, либо эмалевый лак. Две жилы могут быть соединены между собой, и иметь одну изоляцию — такая конструкция называется кабелем.

Обмотки бывают следующих типов: основные, регулирующие и вспомогательные. Основная называется обмотка, к которой подводится или от которой отводится ток (первичная и вторичная обмотка). Обмотка с выводами для регулирования коэффициента трансформации напряжения называется регулирующей.

В начало

Применение трансформаторов

Из курса школьной физики известно, что силы мощности в проводах прямо пропорциональны квадрату тока.Поэтому для передачи тока на большее напряжение повышают, а перед подачей потребителю, понижают. В первом случае нужны повышающие трансформаторы, а во втором — понижающие. Это применение трансформаторов.

Трансформаторы применяются также в схемах питания бытовых приборов. Например, в телевизорах применяют трансформаторы, имеющие несколько обмоток (для питания, транзисторов, кинескопа и т. д.).

В начало

Схема трансформатора

1. Изоляция трансформатора на основе безматричной вакуумной пропитки и работает в среде с высокой влажностью воздуха и в химической агрессивной атмосфере.
2. Минимальное выделение энергии горения (например, 43 кг для трансформатора 1600 кВА соответствуют 1,1% веса). Другие изоляционные материалы являются практически негорючими, самозатухающими и не содержат каких-либо токсичных добавок.
3. Устойчивость трансформатора к загрязнению благодаря конвекционным самоочищимся дискам обмотки.
4. Большая длина утечки на поверхности дисков обмотки, которые представляют эффект изоляционных барьеров.
5. Устойчивость трансформатора к температурной ударной нагрузке даже при крайне низких температурах (-50 ° С).
6. Керамические блоки прокладки (без возможности возгорания) между дисками обмотки.
7. Изоляция проводников стекло-шелк.
8. Безопасность эксплуатации трансформатора благодаря специальной конструкции обмотки Воздействие напряжения на изоляцию никогда не превышает напряжение (не более 10 В). Частичные разряды в изоляции физически невозможны.
9. Охлаждение трансформатора обеспечивается вертикальными и горизонтальным охлаждением, а минимальная толщина обеспечивает возможность работы трансформатора при кратковременных перегрузках в защитном корпусе IP 45 без принудительного охлаждения.
10. Изоляционный цилиндр сделан и практически негорючего и самозатухающего материала, армированного стекловолокна.
11. Обмотка низкого из напряжения стандартного провода или фольги; в качестве материала обмотки используется медь.
12. Динамическая устойчивость трансформатора к коротким замыканием обеспечивается керамическими изоляторами.

В начало

Из чего делают сердечник трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.RU. Продолжаем знакомство с электронными компонентами и в этой статье устройство и принцип работы трансформатора .

Трансформаторы нашли широкое применение в радио и электротехнике и применяются для передачи и распределения электрической энергии в сетях энергосистем, для питания схем радиоаппаратуры, в преобразовательных устройствах, в качестве сварочных трансформаторов и т. п.

Трансформатор Предназначен для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

В большинстве случаев трансформатор состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) с расположенными на нем двумя катушками (обмотками) электрическими не связанными между собой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитного материала, а обмотки мотают медным изолированным проводом и размещают на магнитопроводе.

Одна обмотка подключается к другому валу переменного тока и называется первичной (I), с другой обмотки снимается напряжение для питания нагрузки и обмотка называется вторичной (II).Схематичное устройство простого трансформатора с двумя обмотками показано на рисунке ниже.

1. Принцип работы трансформатора.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции .

Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1 , то по виткам обмотки потечет переменный ток Io , который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле . Магнитное поле образует магнитный поток Фo , который проходит по магнитопроводу, пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС — е1 и е2 .И если к выводам вторичной обмотки подключают вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2 , которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2 .

При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке ток I1 , образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же системой, что и ток I1 . Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2 , создающий свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2 , стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.

В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопровод устанавливается магнитный поток Фо равный поток потока Ф1 и Ф2 и являющийся частичным потоком Ф1 , т. е.

Результирующий магнитный поток Фо обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичной и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2 , под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2 .Благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2 , который будет тем больше, чем больше Фo . Но и в то же время чем больше ток I2 , тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo .

Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2 , ток I2 и поток Ф2 , обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выраженную формулой приведенной выше.

Таким образом, разность потоков Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фо , а без не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2 . Следовательно, магнитный поток Ф1 , создаваемый первичным током I1 , всегда больше магнитного потока Ф2 , создаваемый вторичным током I2 .

Величина магнитного потока зависит от создания его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.

Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках . При одинаковом напряжении на вторичной обмотке будет напряжение равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным .

Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, потребляемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим .

Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичное, то напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют нижним .

Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получить желаемое выходное напряжение U2 . Для этого нужны специальные методики по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяется числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока . Если его первичная обмотка подключается к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, и, следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичной. Если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение, частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.

2. Устройство трансформатора.

2.1. Магнитопровод. Магнитные материалы.

Назначение магнитопровода заключается в создании для магнитного потока замкнутого пути, обладающего минимальным магнитным сопротивлением. Поэтому магнитопроводы для трансформаторов изготавливают из материалов, обладающих высокой магнитной пронемостью в сильных магнитных полях. Необходимо иметь малые потери на вихревые токи, чтобы не перегревать магнитопровод при больших значениях магнитной индукции, быть достаточно дешевыми и не требовать сложной механической и термической обработки.

Магнитные материалы , используемые для изготовления магнитопроводов, выпускаются в виде отдельных листов, либо в виде длинных лент толщиной и ширины и называются электротехническими сталями .
Листовые стали (ГОСТ 802-58) изготавливаются методом горячей и холодной прокатки, ленточные текстурованные стали (ГОСТ 9925-61) только методом холодной прокатки.

Также применяют железноникелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью, например, пермаллой, перминдюр и др. (ГОСТ 10160-62), и низкочастотные магнитомягкие ферриты.

Для изготовления различных трансформаторов широко используется электротехническая сталь , имеющая небольшую стоимость и позволяющие трансформатору работать как при постоянном подмагничивании магнитопровода, так и без него. На наибольшее применение холоднокатаные стали, имеющие лучшие характеристики по сравнению со сталями горячей прокатки.

Сплавы с высокой магнитной проницаемостью применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, предназначенных для работы при повышенных и высоких частотах 50–100 кГц.

Недостатком таких сплавов является их высокой стоимостью. Так, например, стоимость пермаллоя в 10 — 20 раз выше стоимости электротехнической стали, а пермендюра — в 150 раз. Однако в случаях их первого низкого сопротивления по массе и общей стоимости трансформатора.

Другим их недостатком является сильное влияние на магнитную проницаемость постоянного подмагничивания, чиселных полей, а также низкая стойкость к механическим воздействиям — удар, давление и т. п.

Из магнитомягких низкочастотных ферритов с высокой начальной проницаемостью изготавливают прессованные магнитопроводы , которые применяют для изготовления импульсных трансформаторов и трансформаторов, работающих на высоких частотах от 50 — 100 кГц. Достоинством ферритов является невысокая стоимость, а низкая индукция насыщения (0,4 — 0,5 Т) и сильная температурная и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости. Поэтому их применяют лишь при слабых полях.

Выбор магнитных материалов основан на электромагнитных характеристиках с учетом условий работы и назначения трансформатора.

2.2. Типы магнитопроводов.

Магнитопроводы трансформаторов разделяются на шихтованные (штампованные) и ленточные (витые), изготовленные из листовых материалов и прессованные из ферритов.

Шихтованные магнитопроводы набираются из плоских штампованных пластин формы формы.Причем могут быть изготовлены пластины практически из любых, даже очень хрупких материалов, что является достоинством этих магнитопроводов.

Ленточные магнитопроводы изготавливаются из тонкой ленты, намотанной в виде спирали, витки которой прочно соединены между собой. Достоинством ленточных магнитопроводов является полное использование свойств магнитных материалов, что позволяет уменьшить массу, размеры и стоимость трансформатора.

В зависимости от типа магнитопровода трансформаторы подразделяются на стрежневые , броневые и тороидальные .При этом каждый из этих типов может быть и стрежневым и ленточным.

В магнитопроводах стержневого типа обмотки на двух стержнях ( стержнем называют часть магнитопровода, на которой размещают обмотки). Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что снижает индуктивности рассеяния, увеличивает расход проволоки и увеличивает поверхность охлаждения.

Стержневые магнитопроводы используют в выходных трансформаторах с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под разными внешними магнитными полюсами в катушках индуцируют напряжение, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Как правило, стержневыми выполняются трансформаторы большой и средней мощности.

В магнитопроводе броневого типа обмотка предоставляется на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой, а также некоторую механическую защиту обмотки.Поэтому такие магнитопроводы получили наибольшее применение.

Некоторым недостатком броневых магнитопроводов их повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает их малопригодными к использованию в качестве выходных трансформаторов с малым барьером помех. Чаще всего броневыми выполняются трансформаторы средней мощности и микротрансформаторы.

Тороидальные или трансформаторы позволяют полнее использовать магнитные свойства материала, имеют малые потоки рассеивания и очень слабое внешнее магнитное поле, что особенно важно в высокочастотных кольцевых и импульсных трансформаторах. Но из-за сложности изготовления обмоток не получили широкого применения. Чаще всего их делают из феррита.

Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные магнитопроводы набираются из штампованных пластин толщиной 0,35 — 0,5 мм, которые с одной стороны покрывают слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой.

Лента для ленточных магнитопроводов имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм и также покрывается электроизолирующей и одновременно склеивающейся суспензией или оксидной пленкой.И чем тоньше слой изоляции, тем плотнее происходит заполнение сечения магнитопровода магнитным материалом, тем меньше габаритные размеры трансформатора.

За последнее время вместе с рассмотренными «традиционными» типами магнитопроводов находят применение новые формы, к которым следует отнести магнитопроводы «кабельного» типа, «обращенный тор», катушечный и др.

На этом пока закончим. Продолжим во второй части.
Удачи!

1. В. А. Волгов — «Детали и узлы радио-электронной аппаратуры», Энергия, Москва 1977 г.
2. В. Н. Ванин — «Трансформаторы тока», Издательство «Энергия» Москва 1966 Ленинград.
3. И. И. Белопольский — «Расчет трансформаторов и дросселей малой моности», М-Л, Госэнергоиздат, 1963 г.
4. Г. Н. Петров — «Трансформаторы. Том 1. Основы теории », Государственное Энергетическое Издательство, Москва 1934 Ленинград.
5. В. Г. Борисов, — «Юный радиолюбитель», Москва, «Радио и связь» 1992 г.

Порошковые сердечники изготавливаются из множества материалов.Магнитному сплаву придается форма мелкодисперсных частиц диаметром от 5 до 200 мкм. Частицы покрываются изолирующим слоем толщиной от 0,1 до 3 мкм, и прессуют в пресс-форму с усилием до 300 000 фунтов на квадратный дюйм (21 000 кг / см 2).

Порошковые сердечники.
Порошковые сердечники изготавливаются из множества материалов. Магнитному сплаву придается форма мелкодисперсных частиц диаметром от 5 до 200 мкм. Частицы покрываются изолирующим слоем толщиной от 0,1 до 3 мкм, и прессуют в пресс-форму при усилии до 300.000 фунтов на квадратный дюйм (21.000 кг / см 2).

При таких высоких давлениях необходимо использовать оснастку из карбида вольфрама. Возможно большое разнообразие форм порошковых сердечников, но самыми распространенными являются тороиды. На маленькие тороиды наносится покрытие из парилена (поли-н-ксилилен, парилен), а на большие — эпоксидное. Покрытие необходимо для предотвращения короткого замыкания в процессе намотки обмотки и эксплуатации.

Изменение размеров частиц, толщины их покрытия и давления позволяет увеличить проницаемость готовых порошковых сердечников в диапазоне от 14 до 350.Затем сердечники отжигаются при высокой температуре в концентрации. Отжиг снимает напряжение внутренних, возникает при прессовании, препятствует окислению и улучшает магнитные свойства порошковых сердечников.

Потери на вихревые токи в порошковых сердечниках минимальны из-за того, что каждая часть магнитного материала изолирована от других. Изолирующий материал обеспечивает распределенный воздушный зазор, который снижает проницаемость и дает возможность сердечнику запасать значительное количество энергии.Отсутствие локализованного воздушного зазора устраняет вредное действие краевого эффекта и связанных с ним потерь.

Порошковое железо выпускается с проницаемостью от 10 до 90 и является самым дешевым порошковым материалом. Из-за сложности производства изготовление сердечников с более высокими проницаемостями практически нецелесообразно. Кроме тороидов оно выпускается в виде стержней и Е — и I — сердечников. Насыщается в районе 10 кГс, но имеет очень большие потери.

Хотя потери в порошковом железе и высокие, они ниже, чем в трансформаторной стали.Оно эффективно в виде стержней при очень низких уровнях потока для подстройки резонансных контуров с трансформаторной связью. Порошковое железо также используется в фильтрах с низкими эксплуатационными характеристиками, которые выдерживают большие постоянные токи, а цена имеет определяющее значение. Под воздействием высокочастотного пульсирующего силы порошковое железо становится очень горячим.

МРР — порошковый молибденовый пермаллой , также известный как Мо-пермаллой.Мо-пермаллой (МРР) сердечники производят из сплава, состоящего из 2% молибдена, 81% никеля и 17% железа. Мо-пермаллой (МРР) тороиды изготавливаются с проницаемостью от 14 до 350. Это самый широкий диапазон проницаемостей для всех порошковых материалов. Мо-пермаллой (МРР) насыщается при 7 кГс и обладает самыми низкими потерями из всех порошковых материалов. У Мо-пермаллоя (МРР) самая лучшая температурная стабильность, наряду с самым малым изменением проницаемости при малом и среднем уровне возбуждения.Высокое содержание никеля в Мо-пермаллое (МРР) делает его самым дорогим из всех порошковых сердечников, но его превосходные характеристики более чем компенсируют его стоимость.

Мо-пермаллой (МРР) наилучший материал для фильтров звуковой частоты, среднечастотных низкоуровневых резонансных контуров и сглаживающих дросселей в переключаемых источниках питания. Мо-пермаллой (МРР) сердечники можно использовать в мощных резонансных контурах, работающих в области насыщения на частотах до 3,5 кГц.При введении в насыщение на частотах выше этой выделяется слишком много тепла. Это самый лучший материал для трансформаторов тока в диапазоне 10 кГц — 1 МГц, особенно если необходимо выдерживать большие постоянные токи. Наиболее эффективное решение, из-за изолирования очень низких потерь вихревые токи, при необходимости использовать шину питания от коротких мощных пиков напряжения.

Сендаст был изобретен в Японии перед Второй мировой войной. Он состоит из 6% алюминия, 9% кремния и 85% железа.Тороиды из сендаста производятся с проницаемостями от 60 до 125 под торговой маркой Super-MSS. Свойства сендаста при подмагничивании постоянным током схожи с Мо-пермаллоем (МРР), меньше потерь, чем у порошкового железа, но больше, чем у Мо-пермаллоя (МРР). Из сендаста изготавливаются высококачественные магнитные головки. MSS хорошо подходит для сетевых и выходных фильтров средних характеристик.

И хотя он слегка дороже порошкового железа, его значительно более низкие потери оправдывают разницу в цене.В переключаемых источниках питания, где потери не так критичны, Super-MSS (сендаст) обычно используют как замену Мо-пермаллою (МРР). Часто это — наилучший выбор, потому что Super-MSS (сендаст) стоит дешевле Мо-пермаллоя (МРР).

High Flux (HF) порошковые сердечники изготавливают из сплава 50% никеля и 50% железа. ВЧ тороиды имеют проницаемость от 14 до 200. Сердечник из Hi-Flux (HF) может запомнить в четыре раза больше энергии, чем сердечник МРР (Мо пермаллоя) или MSS (сендаста), такой же проницаемости и размеров, так как его практическое насыщение — 11 кГс.Hi-Flux (HF) стоит немного дешевле МРР (Мо-пермаллоя) и является самым лучшим выбором для применений, в которых требуется накопление максимальной энергии, а стоимость не имеет большого значения. Его потери значительно меньше, чем у порошкового железа, но больше, чем у МРР (Мо-пермаллоя) или Super-MSS (сендаста). Hi-Flux (HF) — лучший выбор для мощных низкочастотных резонансных контуров и дросселей, через которые должны протекать большие постоянные токи. Это делает возможным создание RFI фильтров для сетевых систем питания, улучшают коэффициент мощности.

Ферриты керамическими материалами, изготовленными из окиси железа с добавлением окислов марганца, цинка или других металлов. Компоненты в виде порошков смешиваются, помещаются в форму и спекаются. В результате получается твердое, хрупкое стеклоподобное вещество. Обычно проницаемость имеет диапазон от 750 до 10000. Плотность потока насыщения — от 3 до 5 кГс. Ферриты можно задать в любой удобной форме — тороиды, Е — и I — образные сердечники, броневые сердечники и стержни.

Ферриты могут обладать самыми низкими потерями из всех широко применяемых материалов из-за их низкого остаточного намагничивания и высокого удельного сопротивления. Они — наилучший выбор для трансформаторов в диапазоне частот от 1 кГц до 1 Мгц. Они не очень хорошо подходят для высокочастотных применений, если не снабжены зазором. Это обусловлено повышением температуры и возбуждения на проницаемость и Q (добротность).

Обычно, удельное сопротивление ферритов в миллионы раз больше, чем у магнитомягких сплавов.Хотя это обуславливает самые низкие потери на вихревые токи из всех твердотельных материалов, все равно обмотка должна быть изолирована от сердечника. Кромки феррита, острые как бритва, легко нарушат изоляцию провода во время намотки.

Для предотвращения короткого замыкания во время намотки на ферритовые тороиды наносит париленовое или эпоксидное покрытие. Не смотря на то, что ферриты обладают высоким удельным сопротивлением, потери на вихревые токи иногда создают проблемы.Это происходит в применениих с высоким напряжением на виток, таких как дроссели в низкочастотных цепях с высоковольтными импульсами. В этих случаях лучший выбор — МРР (Мо-пермаллой).

Формы сердечников.
Тороиды являются самой эффективной магнитной схемой и при этой самой дешевой в производстве. Для намотки большого количества витков необходимы специальные машины, что несколько корректирует их низкую цену в сторону повышения. В тороидах обычно зазоры не используют из-за сложности соединения двух секций вместе.

Е — и I — сердечники более дорогие в изготовлении из-за необходимости точного совмещения. Если они не точно совмещены, то при креплении они расколются. При необходимости вводится стачиванием среднего стержня Е- сердечника. Иногда, для удвоения зазора, соединяются два сердечника. Катушки для таких сердечников наматывают с большой скоростью на недорогих машинах, что частично компенсирует высокую стоимость сердечников.

Наиболее дорогие в производстве — броневые сердечники.Их изготавливают в виде двух половин, которые должны очень точно подходить друг к другу. Сердечник почти полностью окружает катушку, за исключением небольших отверстий для выводов. Практически все магнитное поле катушки заключено внутри сердечника. Если сердечник заземлен, феррит, обладает средней электропроводностью, работает так же хорошо, как электромагнитный экран. Таким образом, броневые сердечники экранированы лучше, чем все другие типы сердечников.

Броневые сердечники подвергают их перегреву, что обмотка окружена тепло сердечника, который проводит и преподает циркуляции воздуха.Как и для Е — сердечника один или оба центральных стержня могут быть сточены, чтобы обеспечить воздушный зазор. Однако при этом тепловое действие краевых эффектов на обмотку приводит к еще большему возрастанию температуры. У броневых сердечников с зазором для подстройки индуктивности могут быть винтовые сердечники в центральной части.

Воздушным зазором можно обеспечить стабильность ферритов, так и способность запасать количество энергии. При снижении проницаемости ферриты без выдерживать большие значения постоянного тока насыщения.На высоких частотах для минимизации потерь на краевые эффекты необходимо использовать литцендрат.

В начале 1980-х Stackpole Carbon Company выпускает фероиды с низкой производительностью для накопления энергии. Однако по неизвестным причинам производственная линия была ликвидирована.

Потери в сердечнике.
Истинная стоимость потерь в часто недооценивается конечным пользователем. Рассмотрим, например, сердечник, потери в котором составляют 1 Вт при стоимости электроэнергии 10 центов за кВт в час.За год непрерывной работы сердечник потратит 88 центов. Это тепло может принести пользуется в Маренго, штат Иллинойс в январе, но абсолютно бесполезно в Финиксе, штат Аризона в июле. В последнем случае необходимо потратить дополнительный доллар на кондиционирование, чтобы выкачать наружу потраченную впустую энергию.

Когда размеры сердечника удваиваются, площадь поверхности увеличивается в четыре раза, а объем и потери возрастают в восемь раз. Рост температуры пропорционален отношению потерь в сердечнике к площади поверхности, то есть в больших сердечниках она больше в два раза.Сердечники с диаметром больше 3 дюймов (76,2 мм) потребительного воздушного охлаждения даже при умеренных уровнях потока.

Потери в сердечнике вызвать увеличение температуры обмотки. Сопротивление меди увеличивается на 0,4% / о С. Таким образом, увеличение температуры на 30 о С из-за потерь в сердечнике, на 12% увеличивает потери в меди, что еще больше повышает температуру. Высокая температура сердечника также приводит к деградации обмотки и вызывает тепловые напряжения, которые приводят к закорачиванию витков обмотки.

Многие химические модели примерно удваивают скорость с изменением температуры на 10 о С. Механизм старения электронных компонентов зависит от температуры и таким образом, рабочая рабочая температура на 10 сокращает срок службы вдвое. Растраченная впустую повышает температуру внутри электронного оборудования, что приводит к снижению срока службы компонентов.

Избыточное тепло медленно окисляет и делает хрупкие паяные соединения и обугливает печатные платы.Долговременно воздействие высокой температуры на электролитические конденсаторы высушивает их и сокращает срок службы. Резисторы в условиях работы при повышенной температуре меняют свой номинал. Функционирование при повышенной температуре полупроводников приводит к перераспределению введенных в них примесей и увеличивает перетекание зарядов. Это перетекание может еще больше увеличить температуру полупроводника.

Для поддержания стабильности полупроводников при повышенной температуре окружающей среды необходимы более массивные и более дорогие радиаторы.Во многих случаях радиатора превышает экономию на сердечнике, работающем при повышенной температуре. Очень часто применение дорогих сердечников, температура которых при работе ниже, позволяет отказаться от вентилятора и снизить общую стоимость. Кажущаяся экономия может обернуться потерями 100 $ если источник питания придется ремонтировать в полевых условиях.

Кривые В / Н.
На рис. 1 провод петля гистерезиса ферритового сердечника ЕС70 / 70 (3С81) без зазора производства Phillips (Ferroxcube) с обмоткой из 200 витков провода № 17.Его индуктивность около 160 мГн при 90 мА. Тот же самый сердечник, но с воздушным зазором (EC70 / 70G) приведен на рис. 2. Напряжение возбуждения осталось неизменным, а ток значительно вырос. Индуктивность равна 4 мГн при 3,5 А и масштаб изменился. Петля гистерезиса стала значительно более линейной от введения за величиной 190 мил (0,48 мм), но насыщение происходит при тех же 3 кГс. Воздушный зазор, распределенный или нет, просто расширяет ось Н. Он не влияет на потери в сердечнике при одинаковых частотах и ​​уровне потока.

Сердечники из MPP (Мо-пермаллоя), Super-MSS (сендаста), Hi-Flux и порошкового железа использовались для изготовления 4 мГн дросселей. Диаметр тороида был 1,84 дюйма (46,73 мм), проницаемость 60, обмотка состояла из 172 витков провода # 17. На рис. 3 приведена петля гистерезиса для МРР (Мо пермаллоевого) сердечника. Петля гистерезиса для сердечника из порошкового железа приведена на рис. 4. Она более «массивная» по сравнению с петлей сердечника из МРР (Мо пермаллоя) и потери значительно больше.У многих видов порошкового железа значительное падение проницаемости при очень низких уровнях возбуждения. У используемого сердечника это падение порядка 45%. Во время этого теста сердечник был очень горячим и производил неприятный звуковой шум.

На рис. 5 приведена тройная экспозиция правых половин петель гистерезиса порошковых сердечников из MPP (Мо-пермаллоя), Super-MSS (сендаста) и Hi-Flux. У сердечников из MPP (Мо-пермаллоя) и Super-MSS (сендаста) кривые почти идентичны, за исключением большего гистерезиса у MPP (Мо-пермаллоя).Насыщение этих сердечников происходит в районе 7 кГс. У порошковых сердечников из Hi-Flux гистерезис больше, чем у Super-MSS (сендаста) и насыщение происходит более плавно на уровне, большем 11 кГс. Потери для MPP (Мо-пермаллоя) и Super-MSS (сендаста) так малы, что их петли гистерезиса представляют практически прямую линию. Петлю гистерезиса Hi-Flux можно видеть, но она совсем не такая, как у порошкового железа на рис.4.

Акустический шум, производимый сердечниками из порошкового железа и феррита с зазором при измерении на частоту 1 кГц достаточно неприятный. Hi-Flux шумит на 3дБ тише, MPP (Мо-пермаллой) и Super-MSS (сендаст) — на 6 дБ. Но даже эти сердечники могут вызывать раздражающий шум при работе на частоте около 3 кГц при максимальных уровнях потока.

Измерение потерь в сердечниках.
На рис. 6 приведены идеальные формы волн, соответствующие 4 мГн дросселю, введенному в насыщение прямоугольным сигналом с параметром 1 кГц. Когда ток втекает в индуктивность, запасенная в ней энергия пропорциональна значению индуктивности и квадрату тока.Когда ток уменьшается, индуктивность возвращает энергию в. Энергия запасается при положительном напряжении, и ток увеличивается от нуля до максимума. Это период положительной мощности, так как энергия течет из источника в индуктивности.

Когда напряжение возбуждения внезапно становится отрицательным, энергия из индуктивности возвращается в источник. Мощность становится отрицательной, так напряжение как отрицательное, а ток положительный. Когда ток переходит через ноль и становится отрицательной, энергия начинает течь в индуктивность и мощность снова становится положительной. В этой точке и ток, и напряжение отрицательные.

Когда при следующем переключении напряжения напряжение возбуждения становится положительным, мощность снова становится отрицательной и энергия из индуктивности возвращается в источник. В этом случае напряжение положительное, а ток отрицательный. Наконец ток пересекает ноль в положительном двигателе, и мощность становится положительной. Формой изменения мощности является пилообразная волна с размером 2 кГц со смещением на 5 Вт по постоянному току из-за потерь в сердечнике.Для измерения малых потерь при ± 400 Вт реактивной мощности необходим очень точный умножающий ваттметр.

В типе переключаемого источника питания удвоенная амплитуда тока пульсаций, протекающего через сглаживающий дроссель, зависит от размера применяемого сердечника. Уменьшение сердечника с целью экономии средств приводит к увеличению тока пульсаций. Больший ток пульсаций вызывает больший нагрев из-за потерь на гистерезис.Наиболее экономически обоснованным использование сердечника, обеспечивающего ток пульсаций около одной четверти от тока нагрузки.

Потери на гистерезис, вызванные током пульсации часто больше потерь в меди. Полезным показателем производительности индуктивности в переключаемом источнике питания Q, измеренная на частоте 40 кГц. Это позволяет определить ESR индуктивности. Измерения Q были проведены для MPP (Мо-пермаллоя), Super-MSS (сендаста), Hi-Flux, порошкового железа и феррита.Уровни постоянного тока были 6, 6, 15, 13 и 3,5 А. Проницаемость порошковых сердечников равна 60. Q на частоте 40 кГц измерялась при двойной амплитуде 2А для порошковых сердечников и 1А для феррита. Сопротивление обмотки было около 0,18 Ом у порошковых сердечников и 0,28 Ом у феррита. Результаты измерений приведены в Таб.1.

Таблица 1.

Тип сердечника

Ток (А)

Выходное напряжение (В)

Выходная мощность (кВт) Потери мощности () Потери мощности (%) ) Q (40 кГц) ESR Цена $ МРР (Мо пермаллой) 6 320 1,92 11 0,6 74 14 10,97 Super-MSS (Сендаст) 6 320 1,92 16 0,8 34 30 3,02 15 800 12 157 1,3 19 56 10,68 Порошковое железо 13 693 905 1 905 5 16 9054 9 64 0,64 Феррит с зазором 3,5 187 0,65 17 2,6 8 119 12,00 Феррит / лит-цендрат 3,5 187 0,65 8 1,2 100 10 13,00

Все сердечники тороидальные с диаметром 1,84 дюйма (46,7 мм), за исключением ферритового ЕС70 / 70G с зазором. Индуктивность 4,0 мГн. Ток пульсаций представляет собой треугольную волну с двойным размахом амплитуды, составляющим 33% от во второй колонке таблицы.

В Таблице 2 приведены результаты сравнения сердечников для различных применений.

Два составных корня «магнит» и «провод», соединенные буквой «о», определяют назначение этого электротехнического устройства, созданного для надежного пропускания магнитного потока по специальному проводнику с минимальными или, в отдельных случаях, определенными потерями.

Электротехническая промышленность широко использует взаимную зависимость электрической и магнитной энергий, переход из состояния в другое. На этом принципе работают эффективоры, дроссели, контакторы, реле, пускатели, электродвигатели, генераторы и другие устройства устройства.

В их конструкцию входит магнит, пропускающий магнитный поток, возбужденный прохождение электрического тока, для дальнейшего преобразования электрической энергии. Он является одной из составных частей магнитной системы электротехнических устройств.

Магнитопровод электротехнического изделия (устройства) (магнитопровод катушки) — магнитная система электротехнического изделия (устройство) или совокупность нескольких ее частей в виде отдельной единицы (ГОСТ 18311-80).

Из чего изготавливают магнитопровод

Вещества, которые входят в его конструкцию, могут обладать различными магнитными свойствами. Их принято классифицировать на 2 вида:

Для их отличия используется термин «магнитная проницаемость µ», которая определяет зависимость созданной магнитной индукции B (силы) от величины приложенной напряженности H.

Приведенный график показывает, что ферромагнетики обладают сильно выраженными магнитными свойствами, а у парамагнетиков и диамагнетиков они слабые.

Однако индукция ферромагнетиков при увеличении напряженности начинает действовать, имея одну ярко выраженную максимальную величину, характеризующую момент насыщения вещества. Она используется при расчетах и ​​эксплуатации магнитных цепей.

После прекращения напряженности какая-то часть магнитных свойств остается у вещества и, если к нему приложить противоположное поле, то часть его энергии станет пропускаться на преодоление этой части.

Поэтому у цепей переменного электромагнитного поля наблюдается отставание индукции от приложенной напряженности. Подобную зависимость намагниченности вещества ферромагнетиков соответствует график, получивший название гистерезиса.

На нем точками Нк широкая петли, которая описывает остаточный магнетизм (коэрцитивную силу). По ее размеру ферромагнетики подразделяют на две категории:

1. мягкие, с узкой характеристикой петли;

2.твердые, имеющие большую коэрцитивную силу.

К первой категории относят мягкие сплавы железа и пермолой. Из них изготавливают сердечники для трансформаторов, электродвигателей и генераторов переменного тока, потому что они минимальные затраты энергии на перемагничивание.

Жесткие ферромагнетики из углеродных сталей и специальных сплавов, применяются в различных конструкциях постоянных магнитов.

При выборе материала для магнитопровода учитывают потери:

вихревые токи, создаваемые от действия ЭДС, наведенной магнитным потоком;

последействие, вызванное магнитной вязкостью.

Для конструкций магнитопроводов, работающих на переменном токе, выпускаются специальные сорта листовой или рулонной тонкостенной стали с различной степенью легирующих добавок, которые производятся методами холодного или горячего проката. Причем холоднокатаная сталь дороже, но обладает меньшими потерями индукции.

Из стальных листов и рулонов механическими методами обработки пластины или ленты. Их покрывают слоем лака для защиты и изоляции. Двухстороннее покрытие более надежное.

Для реле, пускателей и контакторов, эксплуатируемых в цепях постоянного тока, магнитопроводы отливают цельными блоками.

Цепи переменного тока

Среди них распространены два вида магнитопроводов:

Первый тип выполнен двумя стержнями, на каждом из раздельно надеты две катушки с обмотками высокого или низкого напряжения. Если размещать на стержне по одной обмотке ВН и НН, то создается большой потоки рассеивания энергии, возрастает составляющая реактивного сопротивления.

Магнитный поток, проходящий по стержням, замыкается верхним и нижним ярмом.

Броневой тип стержень с обмотками и ярмами, от которого магнитный поток раздваивается на две половины. Поэтому его площадь в два раза больше сечение ярма. Такие конструкции чаще встречаются в трансформаторах малой мощности, где не большие тепловые нагрузки на конструкцию.

Силовым трансформаторам нужна большая поверхность охлаждения обмоток, вызванная преобразованием повышенных нагрузок.К ним лучше подходит стержневая схема.

Для использования можно использовать однофазных магнитопровода, разнесенных на одну треть окружности или собрать обмотки на общем железе в своих ячейках.

рассматривать Если общий магнитопровод из трех одинаковых конструкций, разнесенных по границам на 120 градусов, как показано на левой верхней части картинки, то внутри центрального стержня суммарный магнитный поток будет сбалансирован и равенлю.

Однако, на практике чаще используют упрощенную конструкцию, используемую в одной плоскости, когда три разных обмотки на отдельном стержне.При этом способе магнитный поток от крайних катушек проходит по большому и малому кольцу, а от среднего — по двум соседним. За счет образования неравномерного распределения дистанций создается определенный дисбаланс магнитных сопротивлений.

Он накладывает отдельные ограничения для расчетов конструкции и некоторых режимов эксплуатации, особенно холостого хода. В такой схеме магнитопровода широко применяемого на практике.

Приведенные на верхних картинках магнитопроводы делают из пластин, а на собранные стержни надевают катушки.Эта технология применяется на автоматизированных предприятиях с большим станочным парком.

Установка ручной сборки за счет ленточных заготовок, когда устанавливается катушка с намотанным проводом.

Подобные витые магнитопроводы тоже создают по стержневому и броневому типу.

У ленточной технологии допустимой толщины материала является величина 0,2 или 0,35 мм, а для сборки пластинами она может быть выбрана 0,35 либо 0,5 или даже больше. Это объясняется необходимой плотной намоткой ленты между слоями, что выполнить вручную при работе с толстыми материалами.

Если при намотке ленты на катушку ее длины не хватает, то допускается стыковать к ней продолжение и надежно прижимать его новым слоем. Аналогичным образом собираются пластины стержней и ярма в пластинчатых магнитопроводах. Во всех этих случаях необходимо делать с минимальными размерами, они влияют на общее магнитное сопротивление и потери в общей энергии.

Для точной работы создания подобных стыков стараются не использовать их, применяя шлифовку краев, добиваясь плотного прилегания металла.

При ручной сборке довольно сложно бывает точно сориентировать пластины между собой. Поэтому в них делали отверстия и вставляли шпильки, которые обеспечивали хорошее центрирование. Увеличивает площадь магнитопровода, искажает прохождение силовых линий и магнитное сопротивление в целом.

Большие автоматизированные реле предприятия, занимаемые специализированным выпуском магнитопроводов для точных трансформаторов, пускателей, отказались от пробивных отверстий внутри пластин и применяют технологии сборки.

Шихтованные и стыковые конструкции

Магнитопроводы, создаваемые на основе пластина, могут собираться за счет специальной подготовки стержней с ярмами и последующего монтажа катушек с обмотками, как показано на картинке.

Справа упрощенная стыковая схема сборки.У нее может проявиться серьезный недостаток — «пожар в стали», который показывает появление вихревых токов в сердечнике до критической величины, как показано на картинке внизу слева волнистой красной линией. Это аварийную ситуацию.

Устраняют этот дефект изоляционным слоем, который значительно влияет на увеличение намагничивающего потока. А это уже лишние потери энергии.

В отдельных случаях необходимо увеличить такойзор для повышения реактивного сопротивления.Этот прием используется в индуктивностях и дросселях.

По перечисленным причинам стыковая схема сборки используется в неответственных конструкциях. Для точной работы магнитопровода используют шихтованную сборку пластин.

Ее принцип основан на распределении слоев и создании в нем одинаковых зазоров в стержне и ярме таким образом, чтобы при сборке все созданные полости заполнялись с минимальными стыками. При этом пластины стержня и ярма переплетаются между собой, образуя прочную и жесткую конструкцию.

На предыдущей верхней картинке показан шихтованный способ прямоугольных пластин. Однако, меньшими потерями магнитной энергии создают косоугольные конструкции, создаваемые обычно под 45 градусов. Они применяются в мощных магнитопроводах силовых трансформаторов.

На картинке сборка нескольких косоугольных пластин при частичной растовке общей конструкции.

Даже при этом методе необходимо следить за качеством прилегания стыкуемых поверхностей и отсутствием в них недопустимых зазоров.

Метод применения косоугольных пластин обеспечивает минимальные потери магнитного потока в углах магнитопровода, но он значительно усложняет процесс изготовления и сборки. За счет повышенной трудоемкости работ его используют очень редко.

Шихтованный метод сборки более надежен. Конструкция отличается прочностью, для нее требуется меньше деталей, сборка проводится по заранее подготовленной методике.

При этом создается общая конструкция.После полной сборки магнитопровода необходимость монтажа обмотки на нем.

Для этого приходится разбирать уже собранное верхнее ярмо поочередным изъятием всех его пластин. Чтобы исключить такую ​​лишнюю операцию, технология сборки магнитопровода непосредственно внутри вложенных катушек с обмотками.

Упрощенные модели шихтованных конструкций

На трансформаторе малой мощности не требуется точное выдерживание магнитных часто параметров.Для них используются методы штамповки по подготовленным шаблонам с последующим покрытием изоляционным лаком, причем чаще всего, с одной стороны.

Левая сборка магнитопровода создается вводом в катушки заготовок сверху и снизу, что позволяет отгибать и вводить во внутреннее отверстие обмотки центрального стержня. При этих методах образуется небольшой воздушный зазор между стыкуемыми пластинами.

После сборки пластины плотно сжимаются крепежными элементами.Для уменьшения вихревых токов с магнитными потерями на них наносится изоляция.

Особенности магнитопроводов реле, пускателей

Принципы создания путей для прохождения магнитного потока остались теми же. Только магнитопровод разделяется на две части:

2. стационарно закрепленную.

При возникновении магнитного потока подвижный якорь вместе с закрепленными на нем контактами притягивается по принципу электромагнита, а при исчезновении — возвращается в исходное состояние под действием механических пружин.

Переменный ток постоянно меняется по величине и амплитуде. Эти изменения передаются магнитному потоку и подвижной части якоря, который может гудеть и вибрировать. Для исключения этого явления расщепляют магнитопровод вставкой короткозамкнутого витка.

В нем образуется раздвоение магнитного потока и сдвиг фазы одной его части. Тогда при переходе через нулевую точку одной ветви во второй силе, препятствующая вибрациям, и наоборот.

Магнитопроводы для устройств постоянного тока

В этих цепях возникает необходимость бороться с вредным воздействием вихревых токов, которые проявляются при гармоничных синусоидальных колебаниях.Для магнитопроводов не используют наборы из тонких пластин, а изготавливают их прямоугольными или закругленными деталями методом цельных отливок.

При этом сердечник, на который насаживается катушка, делается круглым, а корпус и ярмо — прямоугольной формы.

С большими уменьшениями частичного тягового усилия воздушный зазор между разведями магнитопровода имеет маленькую уменьшение.

Магнитопроводы электрических машин

Наличие подвижного ротора, которое вращается в поле статора, накладывает особенности на конструкции электродвигателей и генераторов.Внутри них расположить обмотки, чтобы обеспечить минимальные габариты.

С этой целью прямо в магнитопроводах изготавливаются полости для укладки проводов. Для этого сразу при штамповке пластин в наборах пазы, которые после сборки выделяют готовые магистрали под обмотки.

Таким образом, магнитопровод является неотъемлемой частью многих электротехнических устройств и служит для передачи магнитного потока.

Силовые трансформаторы. Виды и устройство. Работа и применение

Трансформатором электрическое устройство, которое передает электроэнергию от одного контура на другой с помощью магнитной индукции. Трансформаторы наиболее применяемых электрических устройств, применяемых в быту и промышленности. Эти устройства используются для повышения или понижения напряжения, а также в схемах блоков питания для преобразования входящего тока в постоянный ток на выходе.

Способность трансформатора мощности электроэнергию для передачи между разными схемами несогласованных цепей. Рассмотрим различные виды и типы силовых трансформаторов, их установку и технические характеристики.

Устройство трансформатора

Конструкции трансформаторов имеют различное строение. В зависимости от этого ведется расчет номинального напряжения, либо между фазами, либо между фазами.

1 — Первичная обмотка 2 — Вторичная обмотка 3 — Сердечник магнитопровода 4 — Ярмо магнитопровода

Конструкция обычного стандартного трансформатора состоит из двух обмоток с общим ярмом, для создания электромагнитной связи между обмотками.Сердечник изготавливают из электротехнической стали. Катушка, на которую входит электрический ток, является первичной обмоткой. Катушка на выходе называется вторичной.

Существует такой вид трансформаторов, как тороидальный. У такого трансформатора катушки индуктивности пассивными компонентами, состоящими из магнитного сердечника в виде кольца. Сердечник имеет повышенную магнитную проницаемость, изготовлен из феррита. Вокруг кольца намотана катушка. Тороидальные фильтры и катушки применяются для трансформаторов высокой частоты.Они используются для испытаний мощности.

Переменный ток поступает на первичную обмотку трансформатора, образует электромагнитное поле, которое развивается в магнитном потоке сердечника. По принципу электромагнитной индукции во вторичной обмотке образует переменная ЭДС, которая образует напряжение на клеммах выхода трансформатора.

Силовые трансформаторы, имеющие две обмотки, не рассчитаны на постоянный ток. Однако, в момент подключения их к постоянному току, они используют короткий импульс напряжения на выходе.

Конструкция силового аналога обычному бытовому трансформатору.

Виды

Существует множество факторов, по которому можно классифицировать силовые трансформаторы. При общем рассмотрении этих устройств, можно сказать, что они преобразуют электрическую энергию одного размера в электроэнергию с большим или меньшим размером напряжения.

В зависимости от различных факторов силовые трансформаторы делятся на виды:

• По выполняемой задаче .Понижающие трансформаторы. Применяются для применения низкого напряжения из высоковольтных линий питания. Повышающие напряжения, используются для увеличения значения.
• По фазам . Трансформаторы 3-фазные, 1-фазные. Широко применяются в трехфазной сети питания. Оптимальным устройством будет в трехфазной сети установить три однофазных трансформатора на каждую отдельную фазу.
• По количеству обмоток . Двухобмоточные и трехобмоточные.
• По месту монтажа .Наружные и внутренние.

Существует много других факторов, по которым можно разделять силовые трансформаторы. Например, по способу охлаждения или соединения обмоток, и т.д. При установке оборудования роль играют условия климата, что также разделяет трансформаторы на классы.

Трансформаторное оборудование бывает универсальным, специального назначения мощностью до 4000 кВт напряжением 35000 вольт. Конкретную модель выбирают по возлагаемой на трансформатор задаче.

Принцип действия

Трансформатором называется электромагнитное статическое устройство, у которых имеется 2 или больше обмоток, связанных индуктивно. Они предназначены для одного изменения переменного тока в другой. Вторичный ток может различаться любыми фазами напряжения: величина, форма, графика тока, значение. Широкое использование в электроустановках, а также распределительных систем получили силовые трансформаторы.

С помощью таких устройств преобразуют размер напряжения и тока.При этом количество фаз, форма графика тока, частота не изменяются. Элементарный силовой трансформатор магнитопровод из ферромагнитного материала, две обмотки на стержнях. Первая обмотка подключена к линии питания переменного тока. Ее называют первичной. Ко второй обмотке подключена нагрузка потребителя. Ее назвали вторичной. Магнитопровод вместе с катушками обмоток вместе с баке, исполняемый трансформатор масла.

Принцип работы заключается в электромагнитной индукции.При включении питания на первичную обмотку в виде переменного тока в магнитопроводе образует переменный магнитный поток. Он замыкается на магнитопровод и образует сцепление с двумя обмотками, в результате чего в обмотках индуцируется ЭДС. Если к вторичной обмотке подключить какую-либо нагрузку, то подача напряжения ЭДС в цепи этой обмотки образует ток и напряжение.

В повышающих силовых трансформаторах напряжение на вторичной обмотке всегда выше, чем напряжение в первичной обмотке. В нижнем трансформаторе напряжения первичной и вторичной обмоток распределяются в обратном порядке, то есть, на первичной силе выше, а на вторичной ниже.ЭДС обоих обмоток отличаются по количеству обмоток.

Поэтому, используя обмотки с потреблением количества витков, можно получить конструкцию трансформатора для получения любого напряжения. Силовые трансформаторы имеют свойство обратимости. Это значит, что трансформатор можно применить как повышающий прибор, или понижающий. Но, чаще всего, трансформатор предназначен для специальной задачи, либо он должен повышать напряжение, либо снижать.

Сфера использования

Энергетика в современное время не обходится без устройств, преобразующих электроэнергию в сетях и магистралях, а также принимающих и распределяющих ее. Когда появились силовые трансформаторы, уменьшились расходы на использование цветных металлов.

Для эффективной работы оборудования нужно рассчитать потери в силовом трансформаторе. Для этого необходимо обратиться к специалистам. Мощные трансформаторы нашли применение на линиях высокого напряжения и станциях распределения энергии. Без них не обходится ни одна отрасль промышленности, где необходимо преобразование энергии.

Вот некоторые области применения силовых трансформаторов:

• В сварочном оборудовании.
• Для электротермических устройств.
• В схемах электроизмерительных устройств и приборов .

Свойства и расчет трансформатора

Чаще всего основные свойства устройства указаны в инструкции в его комплекте. Для силовых трансформаторов такими значениями являются:

• Номинальное значение напряжения и мощности.
• Наибольший ток обмоток.
• Габаритные размеры.
• Вес устройства.

Мощность трансформатора по номиналу изготовителем, и выражается в кВА (киловольт-амперы). Номинальное напряжение указывается первичное, вторичное значение выхода обмотки, ичное, на клеммах. Размеры этих значений могут не совпадать на 5% в ту или иную сторону. Чтобы ее вычислить, нужно сделать простой расчет.

Номинальный ток и мощность устройства должны удовлетворять стандартам. На сегодняшний день производятся модели сухих трансформаторов, которые имеют такие данные мощности от 160 до 630 кВА.Обычно мощность трансформатора обозначена в его паспорте. По ее значению определяют номинальный размер тока. Для расчета применяют формулу:

I = S х √3U, где S и U — это мощность по номиналу, и напряжение.

Для каждой обмотки в формулу входят свои значения величин. Чтобы рассчитать мощность силового трансформатора при работе с потребляющей энергией нагрузки, необходимо провести сложные сложные расчеты, которые могут сделать специалисты. Такие расчеты необходимы во избежание негативных моментов.

Номинальное напряжение — это линейная величина напряжения холостого хода на обмотках. Они вычисляют, исходя из мощности трансформатора.

Установка и эксплуатация

Многие варианты исполнения силовых трансформаторов имеют большую массу. Поэтому на место монтажа доставляют на специальные транспортные платформы. Их привозят в собранном готовом к подключению виде.

Силовые трансформаторы устанавливаются на специальном фундаменте, либо в определенном для этого помещения.При массе трансформатора до 2 тонн установка производится на фундамент. Корпус трансформатора в обязательном порядке заземляют.

Перед монтажом подвергаются лабораторным испытаниям, в ходе которых измеряется коэффициент трансформации, проверяется качество всех соединений, проверяется изоляция повышенным напряжением, производится качество масла.

Перед установкой трансформатор необходимо тщательно осмотреть. Нужно обратить особое внимание на наличие утечек масла, проконтролировать состояние изоляторов, соединений контактов.

После ввода в эксплуатацию периодически вводить информацию о системе специальными стеклянными термометрами. Температура должна быть не более 95 градусов.

Во избежание аварий при эксплуатации силового трансформатора нужно периодически замеры нагрузки. Это дает информацию о перекосах фаз, искажающее напряжение питания. Осмотр силового трансформатора производится два раза в год. Периоды осмотра устройства могут изменяться в зависимости от состояния.

Похожие темы:

Материалы, применяемые в производстве трансформаторов

Страница 27 из 79

Глава третья
МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ
§ 26. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Для изготовления трансформаторов требуется много разных материалов. Однако основные части трансформаторов используют специальные электротехнические материалы, которые отличаются от свойств обычных конструкционных материалов.Электротехническими материалами называют материалы, обладающие особыми свойствами по отношению к электрическому и магнитному полю.
Электротехнические материалы, применяемые в трансформаторостроении, делят на проводниковые, электроизоляционные и магнитные.
Проводниковые материалы обладают способностью проводить электрический ток, т. е. они имеют высокую электропроводность. Эти материалы применяют для выполнения токоведущих частей трансформаторов.
Электроизоляционные материалы-диэлектрики обладают весьма малой электропроводностью? Их используют для изоляции токоведущих частей трансформаторов, находящихся под разными электрическими частями.
Магнитные материалы характеризуются большой величиной магнитной проницаемости, благодаря чему в них легко образуются магнитные потоки. Их применяют для изготовления магнитопроводов трансформаторов.
Таким образом, свойства электротехнических материалов очень разнообразны.
Знание свойств электротехнических материалов наиболее подходящий способ их обработки и рациональное применение, обеспечивает надежность работы трансформаторов.

§ 27.ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В трансформатостроении наибольшее применение в качестве проводниковых материалов имеют медь и алюминий, кроме того, используют латунь.
Медь — металл характерного красновато-оранжевого цвета. Температура плавления меди 1083 ° С, удельный вес 8,9 кг / дм ³ . Добывают ее из медных руд.
Медь в качестве проводникового материала имеет следующие достоинства: сравнительно высокая электропроводность, т. е. малое удельное электрическое сопротивление р (при 20 ° С оно равно 0,0175 ом * мм ² / м).Кроме того, медь хорошо поддается механической обработке (обточке, строжке, сверловке, штамповке), а также ковке, сварке и пайке.
В трансформатор металла использовать медь (99,9% чистого) в виде шин, листов, лент, а также марки в виде продолжения обмоточных проводов круглого и прямоугольного сечений. В табл. 1 приведены применяемые размеры ленточной (голой) меди, в табл. 2 —медных круглых проводов (голых), в табл. 3 — круглых проводов- медных (медных) и в табл.4 — медных шин. Расчетные сечения шин, основы в табл. 4 меньше произведения сторон, так как в медных шинах, изготовляемых по ГОСТ 434—53, скруглены углы.
Обмоточные провода, применяемые для изготовления обмоток трансформаторов, различают по форме и типу изоляции. Размер провода определяется по медной жиле.
Основные типы обмоточных проводов с волокнистой и комбинированной эмалеволокнистой изоляцией по ГОСТ 6324—52:
ПЭЛБО — провод, изолированный масляной эмалью и одним слоем хлопчатобумажной пряжи;
ПЭЛШО — провод, изолированный масляной эмалью и одним слоем натурального шелка;
ПЭЛШКО — провод, изолированный масляной эмалью и одним слоем капронового шелка;
ПБ — провод круглого сечения, разделенных слоями ленты из кабельной бумаги;
ПББО — прямоугольного сечения, изолированного слоями ленты из кабельной бумаги и спиралью из хлопчатобумажной пряжи;
ПСД — проводостойкий обмоточный с двухслойной обмоткой из стеклянной нити, пропитанной теплостойким лаком.Этот провод широко применяется для выполнения обмоток сухих специальных трансформаторов.

Медь ленточная (голая) МГМ (ГОСТ 434-53)

0,3X10

0,3X10

9492

0,134

одного

Размер, мм	Сечение, мм 2	Вес одного метра, кг	49, мм Сечение, мм 2	Вес одного метра, кг
0,1X30	3	0,027	0,3X10
о, зх10	3	0,027	0,3X60	18	0,16 3	6	0,053	0,3X80	24	0,214
0,3X30	9	0,08	0,5X12,5	6,25	0,056
32	12	0,107

Таблица 2
Медные круглые метые провода (голые)

0,31044

910

0 9,810552 905

44
92 113

Диаметр, мм	Сечение, мм 2		Диаметр, мм	Сечение, мм?	Вес одного метра, кг
2,44	4,68	0,042	7,4 8
3,05	7,3	0,065		50,3	0. 446
4,1	13,2	0,118	8,6	58,1	0,514
17,3	0,161	9	63,6	0,565
5,5	49 0,2	10	78,5	0,698
6,5	32,2	0,287	1,01

Таблица 3
Медные круглые провода (изолированные) ПБ (ГОСТ 6324—52)

Провод 900 13		Толщина бумажной изоляции на диаметр, мм	Допускаемые	Вес одного метра провода, кг
диаметр, мм	сечение, мм 2 толщины изоляции, мм
2,44 3,05 4,1	4,68 7,3 13,2	4,25 4,25 4,25	± 0,3	0,064 0,099 0,158
4,8 4,8 «5,2	13,2 17,3 17,3 21,2 21,2	5 , 8 4,25 5. 8 4,25 5,8	± 0,4 ± 0,3 ± 0,4 ± 0,3 ± 0,4	0,179 0,206 0,229 0,236 0,26

Медные шины (голые) МГТ

^{000 2}

, кг

4X25

9104 4

1,18

49 1,57

7X50

2 9005 905 47 6X10602 900 9000 359,1

Размер, мм	Сечение, мм 2	Вес одного метра, кг	Размер, мм	Сечение, мм 000 2
2,83X30	83,2	0,756	5X30	399,1	3,5556 3	109,1	0,98	6X30	479,1	4,27
4,449,110
4,449,110	5ХЮ0	499,1	4,45
4,5X40	179,1	559,1	4,98
5X40	199,1	1,78	849,19 910	5,7
5X50	249,1	2,22	8X100	799,1	4,5X60	269,1	2,35	10X100	999,1	8,9
5X60	299,1	2,67	12,5X100	1249,1	11,12
3,2

Алюминий — металл серебристо-белого цвета. Температура плавления 657 ° С. Удельный вес 2,7 кг \ дм ³ : Добывают алюминий из бокситовых руд, но для получения его в чистом виде требуются сложные электрохимические процессы. По электропроводности алюминий несколько уступает меди. Удельное электрическое сопротивление р алюминия при 20 ° С равно 0,0292 ом • мм ² / м (в 1,65 раза больше меди).
Алюминий хорошо поддается обработке прокаткой, протяжкой и ковкой. При опиловке рекомендуется употреблять напильники с острой насечкой, а резцы и фрезы следует затачивать острее, чем при обработке других металлов.
Алюминий устойчив к атмосферной коррозии. На поверхности алюминиевых изделий всегда покрыта тонкой пленкой окиси алюминия (оксидной пленкой), которая предохраняет лежащий под ней металл от дальнейшего окисления. Пайка и сварка алюминия сложнее, чем пайка меди. В трансформаторостроении алюминий применяется в виде шин, круглого провода для отводов и изолированного провода круглого и прямоугольного сечения для обмоток. В табл. 5 приведены применяемые размеры алюминиевого круглого провода, в табл.6 — алюминиевых шин.
Таблица 5
Алюминиевые круглые (голые) провода Ai (ГОСТ 7871—56)

Диаметр, мм	Сечение, мм 2	Вес одного метра, кг	Диаметр, мм	Сечение, мм 2	Вес одного метра, кг
5	19,6	0,053	92 810	92 810	0,136
6	28,3	0,077	10	78,5	0,213	0,213 9002 38,5	0,104	12	113,1	0,306

Алюминиевые шины (голые) Ai (ГОСТ 5414—50)

00 94020 9402

1,734

Размер, мм	Сечение, мм 2	Вес одного метра, кг	Размер, мм	Сечение, мм 2	Вес одного метра, кг
4X30	120	0,325	6492 0,325	6492 944
4X40	160	0,434	8X80	640	1,734		1,734	1,734	10X60	600	1,626 9 0549
5X40	200	0,542	10X100	1000	2,71
2,71
		12ХЮ0	1200	3,252

Алюминиевые провода изготовляют тех же стандартных размеров, что и медные (вес и электрическое сопротивление их отличаются от медных проводов). Марки алюминиевых проводов, применяемых для обмоток, содержат в обозначении букву А (например, АПББО; АПБ и др.).
Латунь — сплав меди с цинком. В обозначение марок латуней входит буква Л, за которой следуют буквы и цифры, указывающие содержание меди и других компонентов.
Латуни Л62 (содержат 35—40% цинка) и ЛС59 (содержат 38—42% цинка и 0,8—2% свинца) нашли широкое применение в трансформаторостроении. Температура плавления указанных марок латуней примерно 920 ° С, удельный вес приблизительно 8,5 кг \ дм ³ .Латунь лучше обрабатывается и значительно дешевле меди, поэтому, если не нужна высокая электропроводность, необходима значительная твердость, целесообразно применять латунь (для изготовления контактов в переключающих устройств трансформаторов, крепежных деталей и др.).

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает | Энергофиксик

Трансформатор — это главнейший элемент всей энергосистемы, который позволяет преобразовывать напряжение этого напряжения на значительное расстояние. В этой статье я расскажу, как устроен трансформатор и каким образом он работает.

Что такое трансформатор

Для начала давайте узнаем определение. Трансформатор — это статическое электромагнитное изделие, предназначенное для трансформирования электрического тока одного напряжения и частоты в электрический ток другого напряжения и той же частоты.

Функционирование абсолютно любого трансформатора базовая на таком явлении, как электромагнитная индукция явка.

Для чего необходим трансформатор

Область использования трансформаторов очень широка. Так, например, они принимают непосредственное участие при транспортировке электричества на главном дистанции.

Генераторы вырабатывают напряжение довольно низкое от 10 до 18 киловольт, которое невозможно передать на расстояние (без значительных потерь на нагрев проводников). Поэтому рядом с генерирующими трансформаторами, которые увеличивают напряжение до 110 кВ, 220 кВ, 500 кВ, 750 кВ, и даже такое напряжение вполне возможно передаваемые при минимальных расстояниях.

И уже возле непосредственного потребителя устанавливаются понижающие трансформаторы, оные преобразуют повышенное напряжение в привычные для нас 380 В и 220 В.

Кроме силовых трансформаторов так же распространены трансформаторы тока, трансформаторы напряжения и импульсные трансформаторы.

Как работает трансформатор

Трансформаторы бывают как однофазного исполнения, так и многофазные с одной и более обмоток. Для понимания каким образом он работает, давайте рассмотрим самый простой вариант, а именно однофазный трансформатор.

Итак, трансформатор выполнен из следующих деталей: металлический сердечник и две обмотки, которые гальванически развязаны.

Обмотка, именуемая первичной, подключается к новому новому току, а вторая обмотка (именуемая вторичной) подключается непосредственно к нагрузке.

В подключенной к генератору первичной обмотке процесс протекает ток I1, этот порождает поток Ф, оный проходя через обмотки, и формирует ЭДС.

В случае если ко вторичке не подключена нагрузка, то подобный режим работы трансформатора именуется как режим холостого хода. Если же потребитель подключен, то во вторичной обмотке начинает течь ток I2, формирующийся под воздействием наведенной ЭДС

Причем величина ЭДС имеет прямую связь с витков в обмотках.

Таким образом, изменяя количество витков в обмотках трансформатора, регулирование напряжения для потребителя на вторичной обмотке.

Потери энергии в трансформаторе

Невзирая на высокий КПД трансформатора, он не считается идеальным и в нем непременно присутствуют потери, оные выражаются в нагреве самого трансформатора.

Примечание. Эталонным трансформатором считает тот, в котором отсутствуют всякие потери, и получается мощность первичной обмотки совпадает с мощностью вторичной обмотки.

Так в трансформаторах малой мощности на потерю минимальной и поэтому отводного тепла осуществлен за счет естественной воздушной конвенцией. Подобные трансформаторы еще именуются сухими.

В тех изделиях, где обдув воздухом малоэффективный, охлаждение с трансформаторного масла. Здесь трансформатор погружается в специальный бак залитый маслом и во время работы тепло от трансформатора переходит к маслу, которое рассеивает его через внешний кожух. При этом так же в мощных трансформаторах используется принудительный обдув, охлаждающий радиаторы с маслом.

Заключение

Мы рассмотрели самый простой трансформатор, который позволяет понять принцип работы этого изделия. Если статья оказалась вам интересна, то оцените ее лайком и спасибо за ваше внимание!

назначение, устройство и принцип действия трансформатора

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство предназначенное для преобразователя переменного тока одного напряжения той же частоты подающего на его входную обмотку, в другое переменное напряжение поступающее с его выходной обмотки.

Если на вход трансформатора поступает напряжение ниже, чем образующиеся на его выходе то такой трансформатор называют повышающим . Если на вход поступает напряжение выше чем образующие на его выходе, то это нижний трансформатор .

Есть некая аналогия с передаточным числом шестереночной передачей.

Назначение и принцип действия трансформатора

Назначение и принцип действия трансформатора — передача электрической энергии на больших расстояниях от электростанций к потребителям: промышленным предприятиям, населению и т.п, с помощью электродвижущей силы и магнитной индукции.

Трансформаторы позволяют значительно экономить на стоимости проводов, а также снижают потери электроэнергии в линии электропередач. Так как от силы тока зависит сечение проводов то, увеличивая напряжение и снижая силу тока (не снижающая при этом передаваемую мощность) можно эффективно предавать напряжение на большом расстоянии.

Повышенная сила тока (U), пониженная сила тока (I), передаваемая мощность (Р) остается неизменной.

Формула мощности P = U * I или P = U 2 / I

Трансмиссия трансформатора

Это позволяет экономить на линиих электропередач:

1. Используя провода с меньшим поперечным сечением, снижается расход цветных металлов;
2. Уменьшаются потери мощности при передаче на большие расстояния.

На электростанциях вырабатывается электрическая энергия посредством синхронных генераторов и составляет от 11 кВ до 20кВ, в некоторых случаях напряжение 30-35 кВ.Эти величины не подходят как в быту, так и на промышленном производстве из-за слишком высокого напряжения. Но эти напряжения также недостаточны для экономичной передачи электроэнергии на расстояния. Поэтому на выходе из электростанций ставятся повышающие напряжение до 750 кВ, U = 750 кВ непосредственно передается по линии электропередач.

Приемники электрической энергии: различные бытовые приборы, электродвигатели, станки на производстве из соображений безопасности и конструктивными сложностями изготовления (требования к усиленной изоляции), также не могут работать с такими высокими напряжениями.Они рассчитываются на более низкое напряжение, как правило, это 220 В в быту и 380 В на производстве.

Для понижения напряжения используются низкие понижающие трансформаторы. Любой трансформатор можно использовать как для повышения, так и для понижения напряжения.

Повышающие трансформаторы используют для передачи электроэнергии на большие расстояния, понижающие распределения электроэнергии в точке разветвления потребителей.

Электрическая энергия по пути движения от электростанции до потребителя может трансформироваться 3 или 4 раза.Преобразование электроэнергии происходит с помощью магнитопровода трансформатора и переменного магнитного поля.

Трансформатор работает только с переменным напряжением, на постоянном токе не работает, так как не будет создаваться переменное магнитное поле, которое составляет принцип работы любого трансформатора.

Образ трансформатора

Трансформатор изобрел выдающийся русский ученый П.И. Яблочковым в 1876г. Он использовал индукционную катушку с двумя обмотками для питания своей знаменитой лампы, «свечи Яблочкова».Это был первый генератор переменного тока. Этот трансформатор незамкнутый сердечник. Замкнутые сердечники, используются сейчас, появились только в 1884 г.

В 1889 году русский ученый М. О. Доливо-Добровольским изобрел трехфазную систему переменного тока и построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор.

С 1891г, он демонстрирует на электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне передачу высоковольтного трехфазного тока на расстояние более 100 км.Его трехфазный генератор имел мощность 230 кВА и напряжение U = 95V. С помощью трехфазного трансформатора напряжение возрастало до 15 кВ и повышалось в точке приема до 65 В (фазное напряжение), питая трехфазный асинхронный двигатель мощностью 75 кВт насосной установки. С помощью последовательного включения двух обмоток высокого напряжения удалось повысить 28 кВ и увеличить КПД электропередачи до 77%, что в то время было достаточно высоким.

Как устроен трансформатор

Принцип работы трансформатора

Простейший трансформатор — это две обмотки катушек, на магнитопроводе (замкнутом сердечнике трансформатора) с изоляцией по которому пропускают переменный ток.
Для наглядности обмотки расположены на разных стержнях стального сердечника. На самом деле часть обмоток может находится на одном стержне, а часть на другом. Такое расположение обмоток увеличивает магнитную связь и снижает на магнитный поток рассеяния. Обмотка, на котором подается напряжение, называют первичной обмоткой, а обмотка трансформатора, с которым снимают напряжение, называют вторичным.

Изображение трансформатора на схеме

Обычно в быту для питания различных устройств используются низкие трансформаторы, где напряжение первичной обмотки всегда больше напряжения на вторичной обмотке.
Трансформаторы предназначены не только для передачи электроэнергии, но и осветительной аппаратуры различных электронных устройств: телевизоров и осветительной аппаратуры. В современном мире трансформаторы наиболее употребительными и универсальными устройствами.

Видео: Трансформатор. Принцип работы и советы конструкторам

Видео доступным языком объясняет работу трансформатора и даёт некоторые конструктивные советы

Простое объяснение принципа работы трансформатора

Чтобы понять, что такое трансформатор, попробуем собрать его, попутно разбираясь в каждом шаге.

Для начала соберем электромагнит. Самый простейший электромагнит это ферромагнетика, например гвоздь (сотка), вокруг которого намотана проволока. (катушка).

катушка индуктивности

Намотайте катушку, скажем витков 20-30 на гвоздь, подключите к батарейке или любому блоку питания постоянного напряжения (например, 9 вольт).

При подаче тока на катушку, гвоздь усиливает магнитное свойство и становится постоянным электромагнитом — полной копией простого магнита.

Количеством витков, их толщиной (сечением провода), напряжением и током, способом намотки (например, два провода) Вашей катушки — Вы можете регулировать степень магнитной силы Вашего электромагнита.

А подключением намотки Вы можете регулировать положение полюсов Вашего электромагнита. (это важно)

При подключении катушки к батарейке у гвоздя, т. е. у Вашего собственного магнита образовывается, как и у простого магнита два полюса, условно северный (он же плюс) и южный (он же минус).

Поднесите к Вашему электромагниту простой магнит любым из полюсов. Вы увидите электромагнитное взаимодействие. Магнит будет отталки Вашим электромагнитом.

Теперь поменяйте провода от Вашей батарейки местами, т. е. плюс на минус. При этом Вы заметите, что электромагнит поменял направление силы — теперь он наоборот притягивает.

Чем чаще Вы переключаете плюс на минус, тем чаще Ваш магнит будет менять направление силы. Иными словами будет притягивать отталкивать с питающей его сети.

Северный и южный полюса магнита будут менус между собой, потому что ВЫ создаете переменное напряжение с помощью вашего переключения на минус.

Теперь на гвозде намотайте вторую точно такую ​​же катушку и Вы получите простейший трансформатор.

Трансформатор это прибор, который трансформирует напряжение и ток одной величины в напряжение и ток другой величины.

Первая катушка называется первичной обмоткой, вторая катушка вторичной обмоткой.

Итак соберите такую ​​конструкцию.

• Гвоздь, на нем две одинаковые катушки.
• Подключите первичную обмотку к блоку питания с помощью смены направления тока.
• Ко второй катушке подключите мультиметр.

Теперь включите блок питания и начинайте переключать полярность с некоторой скорости. На второй катушке у Вас появляется напряжение, которое передается посредством того, что называют электромагнитной индукции. В этом случае на вашем гвозде у вас работают два электромагнита, на первом вы подаете ток и напряжение, а на втором электромагните ток и напряжение индуктируются .

Виды трансформаторов

Силовой трансформатор

Так выглядит силовой трансформатор

. Силовые трансформаторы предназначены для преобразование электрической энергии для передачи ее по ЛЭП, например, с 38 кВ до 6кВ, 380В на 220В (380 / 220В). Электро цепи где используется высокое напряжение допускается называть в электротехнике силовыми цепями, трансформаторы соответственно силовые трансформаторы.

Конструкция силового трансформатора состоит из двух или трёх обмоток, возможно больше. Располагаются обмотки на броневом сердечнике, изготавливаются из листов электротехнической стали. Некоторые силовые трансформаторы (с расщепленными обмотками) могут иметь несколько обмоток с низшего напряжения (НН), которые запитаны параллельно. Это позволяет получать напряжение больше чем от одного генератора и больше электроэнергии, тем самым повышая КПД электроустановки.

Мощные силовые трансформаторы очень часто делают масляными, то есть его обмотки помещают в бак со специальным трансформаторным маслом.Трансформаторное масло для активного охлаждения и одновременной изоляции его обмоток.
Трансформаторы мощностью 400 кВА обладают большим весом и монтируются на специальных платформах или помещениях. Они поступают на заводе в собранном состоянии, готовыми к подключению нагрузки на подстанциях или электростанциях. Основное исполнение силовых трансформаторов — это трехфазные трансформаторы. это связно с тем, что потери КПД однофазных трансформаторов на 15% больше.

Сетевые трансформаторы

сетевой трансформатор

Сетевые трансформаторы это самый распространенный вид трансформаторов, который можно встретить практически в любом бытовом электроприборе.Все сетевые трансформаторы, как правило, делают однофазными. Эти трансформаторы напряжения для преобразования напряжения высокого напряжения 220V до приемлемого, используемого в том или иномриборе. Понижающее напряжение может быть: 220 / 12В или 220 / 9В, 220 / 36В и т.д.

Многие изготавливают сетевые трансформаторы не с одним универсальным, часто используемым трансформатором.

Например, часть схемы запитана напряжение 12 В, а другая 3 Вольта от одного трансформатора с использованием обмотками.

конструкция магнитопроводов трансформатора

Изготавливают сетевые трансформаторы чаще всего из электротехнической стали на Ш — образных или стержневых сердечниках. Встречаются тороидальные сердечники. Ш-образный сердечник набирается из пластин, на которые надеются каркас на который наматываются обмотки трансформатора.

Тороидальный трансформатор имеет преимущества из-за своего более компактного вида и обладают более лучшими характеристиками. Обмотки тороидального трансформатора полностью охватывают магнитопровод, нет пустого пространства незанятого обмоткой в ​​отличие от стержневых или броневых трансформаторов.

Сварочные трансформаторы также можно отнести к сетевым, мощность которых не превышает 6 кВт. Все сетевые трансформаторы работают на низкой частоте равной 50-60 Гц.

Автотрансформатор

Автотрансформатор — это трансформатор, где обмотки низшего напряжения являются частью обмотки высшего. Обмотки автотрансформатора имеют прямую электрическую связь, а не только посредством магнитопровода. Делая отводы от одной обмотки можно получить различное напряжение.Отличить обмотки низшего и высшего напряжения можно по различному сечению использованного для намотки провода.

Преимущество автотрансформатора — это меньшие размеры, меньше использованного провода, меньше сердечник, меньше затрачено стали на его изготовление в итоге меньшая цена автотрансформатора.

Главный недостаток трансформатора — это гальваническая связь обмоток низшего и высокого напряжения. Возможность попадания сети высшего напряжения в сеть низшего. Невозможность применения автотрансформаторов в сетях с заземлением.
Автотрансформаторы применяют в сети трехфазного тока соединением обмоток чаще всего в звезду, реже в треугольник.

Автотрансформаторы часто используют в устройствах управления напряжением, в высоковольтных установках, в промышленности для пуска мощных асинхронных электродвигателей переменного тока. Мощность автотрансформаторов может быть до 100 МВт.

«Преимущество автотрансформаторов» увеличится с помощью функции трансформации близкими (К = 1-2).

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Латр

Разновидностью автотрансформатора можно назвать лабораторный трансформатор (ЛАТР). Его назначение назначение — это плавная регулировка напряжения, подающаяся к нагрузке, к любому потребителю электроэнергии. Конструкция автотрансформатора представляет собой тороидальный трансформатор у которого есть только одна обмотка, по которой бежит ползунок (угольный контакт) подключающий каждый виток не изолируемой обмотки (дорожки) автотрансформатора к схеме.Таким образом создается регулируемый эффект.

При замыкании соседних витков роликовым ползунком в ЛАТР, не происходит межвитковых замыканий, так как токи питающей сети и нагрузки автотрансформатора в общей обмотке близки друг к другу и встречно. Самые распространенные ЛАТРы регулируют напряжение от 0 до 250В. Трехфазные регулируют от 0/450 вольт. Автотрансформаторы ЛАТРы часто используют в научно исследовательских лабораториях для пусконаладочных работ различного назначения.

Трансформаторы тока

Трансформатор тока служит в основном в измерительной технике. Первичная обмотка такого трансформатора подключают к источнику тока, вторичная обмотка используется для различных измерительных приборов при небольшом внутреннем сопротивлении (R вн).
Первичная обмотка — это, как правило, всего виток провода включенного последовательно с измеряемой цепью переменного тока. Ток первичной обмотки прямо пропорционален току вторичной, в чем и достигается измерение величины силы тока (А).

Главная особенность трансформаторов тока состоит в том, что вторичная обмотка должна быть всегда нагружена, иначе происходит пробой напряжением, также при отключенной нагрузке магнитопровод трансформатора тока просто сгорает от некомпенсированных наведенных токов.

Конструктивно трансформатор тока это одна или несколько убытков намотанных на шихтованную холоднокатаную электротехническую сталь называемую сердечником. Первичная обмотка может быть просто проводом, который пропущенный через окно магнитопровода трансформатора тока, который измеряет силу тока, проходящий через этот провод или шину.Коэффициент трансформации здесь 100/5, безопасны, так как отсутствует гальваническая связь между обмотками.

Применение трансформаторов тока: измерения силы тока в схемах релейной защиты, в измерительной аппаратуре. Выпускают с 1-2 средних обмоток. Одна группа может, подсоединяется к защитным устройствам, другим к измерительным приборам и счетчикам.

Трансформаторы напряжения

Трансформатор напряжения НОМ-3

Трансформаторы — это трансформаторы, преобразующие напряжение пропорционально и точно в соответствии с фазами в величине, пригодные для измерения.Трансформаторы среднего напряжения имеют единственный магнитопровод и могут быть выполнены с одними или частными обмотками. Заземляемые трансформаторы по желанию дополнительной обмотки могут быть выполнены с дополнительной обмоткой для регистрации замыкания на землю.

Импульсный трансформатор тока

импульсный трансформатор тока

Применяются для измерения направления или силы тока в импульсных схемах. Импульсный трансформатор состоит из кольцевого ферритового сердечника с одной обмоткой.Измеряемый провод проходит сквозь кольцо, обмотку подключают к сопротивлению нагрузке (Rн).
Если обмотка содержит 1000 витков провода, то ток, проходящий через измеряемый провод, будет равен 1000 \ 1, то есть на сопротивление нагрузке будет ток, который в 1000 раз меньше тока проходящего через измеряемый провод.

Производители трансформаторов тока изготовляют импульсные трансформаторы тока с коэффициентом различным трансформации. Инженеру проектировщику нужно лишь рассчитать сопротивление нагрузке и соответствующую схему измерения.
Если нужно измерить направление тока, то вместо сопротивления нагрузки подключают два стабилитрона с встречным включением.

Импульсный трансформатор

Распространен во всех современных электронных схемах. Импульсный трансформатор для предназначенных устройств, блоков питания, импульсных преобразователей. Заменили в настоящее время низкочастотные трансформаторы с сердечниками из шихтованной стали, которые имели больше габариты и вес.
Состоит из ферритового магнитопровода различной формы: кольцо, чашечка, стержень, Ш — образный, П — образный.Ферритовый сердечник импульсных трансформаторов дает им несравненное преимущество перед старыми трансформаторами из стали в том, что они могут работать на частотах до и свыше 500 000 гц.

Импульсный трансформатор — это ВЧ (высокочастотный) трансформатор габариты и вес, которого с ростом частоты становиться только меньше!
Обмотка требует меньшего количества витков, а для регистрации высокочастотного тока достаточно полевого или биполярных транзисторов включенных по специальной схеме:

• Прямоходовая;
• Двухтактная;
• Полумостовая;
• Мостовая схема

Применяют импульсные трансформаторы и дроссели на феррите в энергосберегающих лампах, зарядных для мобильных устройств, в инверторах тока, сварочных аппаратах.

Трансформатор Тесла

Трансформатор Николы Теслы — это аппарат, с помощью которого получают токи высокой частоты. Реализовывается при помощи первичной и вторичной обмотки, но первичная обмотка получает питание на частотном резонансе вторичной обмотки, при этом напряжении на выходе возрастает в десятки раз.

По мнению специалистов, Тесла изобретал трансформатор для решения глобального вопроса передачи энергии из одного пункта в другой без применения проводов. Для того, чтобы была задумана передача энергии при помощи эфира, необходимо на двух удаленных точках иметь по одному мощному трансформатору, которые работали бы на одной частоте в резонансе. сли проект реализовать, тогда неятся гидроэлектростанции, наличие мощных ЛЭП, кабельных линий, что, конечно, противоречит монопольному владению электрической энергией разных производителей.

С проектом Николы Теслы каждый гражданин общества мог бесплатно воспользоваться электричеством в нужный момент в любом месте, где бы он ни находился.

С точки зрения бизнеса эта система нерентабельна, как она не окупится.

Видео: Принцип работы трансформатора

Основы — как работает трансформатор, первичная и вторичная обмотка, каким образом понижается или повышается напряжение трансформатора за счет магнитного поля, для чего нужен магнитопровод и что такое взаимоиндуктивность — обо всем этом смотрите в видео!

Поделиться ссылкой:

Кликните на звездочку, чтобы выставить рейтинг страницы

[Всего: 0 Среднее: 0]

Силовые трансформаторы.Устройство трансформатора силового сухого / масляного

Силовой трансформатор — это электротехническое оборудование. Он изменяет напряжение электрического тока. Если на входе в трансформатор ток имеет более высокое напряжение, чем на выходе — то перед вами силовой трансформатор трансформатор. Если из устройства выходит ток с более высоким напряжением, чем на входе — то трансформатор повышающий. Частота тока на входе и на выходе не меняется.

Работа трансформатора на основе электромагнитной индукции.Суть явления индукции: если через замкнутый контур пропускать магнитный поток, то в контуре возникнет электрический ток. Электромагнитную индукцию в 1831 году знаменитый английский ученый Майкл Фарадей.

Устройство силового трансформатора сухого и масляного

Любой трансформатор состоит из их магнитопровода, обмоток, системы охлаждения, регулирующих и контролирующих устройств.

Обмотки намотаны на сердечник из специальной электротехнической стали.

Сердечники бывают стержневые, броневые и тороидальные. В трансформаторе стержневого типа обмотка наматывается на весь сердечник. Поэтому вы видите только верхнюю и нижнюю части электромагнитного стержня. Если сердечник броневой — то обмотка почти полностью скрыта внутри сердечника. Тороидальный сердечник — это тот же стержень, но замкнутый в кольцо. Отец трансформатора Фарадей именно с помощью тороидальной катушки электромагнитную индукцию.

Без системы охлаждения силовой трансформатор работать не может.Потому что под нагрузкой нагревается рабочая часть устройства — сердечник и обмотка на нем. Охлаждается трансформатор воздухом или маслом. Соответственно по способу охлаждения выделяют тип силовых трансформаторов: сухие и масляные.

Регулируемая работа устройства специалист. Для этого на силовом трансформаторе устанавливает реле и различные переключатели. Некоторые модели трансформаторов можно регулировать под нагрузкой, другие — только в выключенном состоянии.

Контролирует работу трансформатора инженер-электрик.Он следит за показателями датчиков температуры и давления внутри трансформатора.

Конструкция сухого силового трансформатора

Магнитопровод и обмотки есть во всех трансформаторах. Главное отличие между сухими и масляными трансформаторами в системе охлаждения.

• В сухом трансформаторе нагретый воздух от магнитопровода и катушек движется путем естественного или его «гоняют» специальные вентиляторы.
• В защитном кожухе сухого трансформатора делают специальные отверстия для лучшей вентиляции.Потому что воздушное охлаждение менее эффективно, чем масляное. Иногда ТС выпускаются в незащищенном исполнении.
• К изоляции в сухих трансформаторах предъявляются повышенные меры пожарной безопасности. Основная часть устройства — это воздух. А изолирующие свойства у воздуха хуже, чем у масла.

В сухих трансформаторах нет жидкостей. Поэтому обслуживать оборудование не так хлопотно. Кроме того, отсутствие масла в системе охлаждения позволяет устанавливать трансформатор рядом с потребителями электрической энергии.

Устройство трансформатора силового масляного

Рабочая часть масляного силового трансформатора состоит из сердечника и обмоток. А охлаждается трансформатор маслом. Его заливают в специальный бак с крышкой. Сверху на крышке установлены датчики давления и температуры масла, входы и выходы, обмоток ВН и НН, регуляторы и датчики.

Трансформаторы отличаются по конструкции масляного бака. Есть герметичные масляные силовые трансформаторы ТМГ. В них устанавливают бак с гофрированными стенками.Масло заливается в бак в вакууме. Оно не соприкасается с окружающей средой. Масляный силовой трансформатор обычная конструкция на крышке расширитель и газовое реле. При сильном нагреве дополнительный объем масла поступает в расширитель.