Что такое магнитопровод: Страница не найдена! — Сайт по ремонту, подключению, установке электрики своими руками!

Содержание

Магнитопроводы Трансформаторов :: Электротехническое оборудование

Магнитопроводы Трансформаторов

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.

Из чего изготавливают магнитопровод

Магнитные характеристики

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

1. слабомагнитные;

2. сильномагнитные.

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.

Источник: electricalschool.info

Шихтованные магнитопроводы для трансформатора в Санкт-Петербурге

Шихтованный магнитопровод

При производстве трансформаторов и дросселей магнитопровод является основой для установки и крепления обмотки, отводов и других деталей активной части. Кроме того, магнитопровод является одной из частей технических схем электронной и радио-аппаратуры. Тип магнитопровода определяется в зависимости от конструктивных особенностей  трансформатора. А качество его изготовления напрямую зависит от класса точности оборудования, профессионализма и опыта исполнителя – нарушение технологий сборки приводит к увеличению потерь на холостом ходу и снижениюмагнитной индукции. Именно поэтому при выборе поставщика услуг для выполнения необходимого заказа важно выбрать надежного партнера, имеющего квалифицированный персонал, многолетний опыт успешной реализации проектов и современное высокотехнологичное производство.

Шихтованный магнитопровод изготавливается (собирается) из плоских стальных пластин, формы и размеры которых зависят от технических требований заказчика к трансформатору. В случае необходимости специалисты производственного предприятия «Прибой» помогут не только изготовить, но и разработать шихтованный магнитопровод трансформатора. Наша задача – найти оптимальное решение, которое по всем параметрам удовлетворит требования заказчика и позволит произвести качественный расчет магнитопроводов с их последующим производством. Мы гарантируем:

  • высокое качество услуг
  • индивидуальный подход
  • соответствие продукции ГОСТам и международным стандартам
  • при необходимости – глубокий анализ конструкции с рекомендациями по улучшению технических характеристик изделия

Шихтованный магнитопровод трансформатора: изготовление на современном высокотехнологичном предприятии «Прибой»

На производственном предприятии «Прибой» выполняется производство магнитопроводов со стабильными характеристиками в широком диапазоне температур, достаточной магнитной проницаемостью, устойчивостью к механическим воздействиям и минимальными потерями на рассеивание.  Применение шихтованных магнитопроводов позволяет создавать трансформаторы и дроссели большой мощности (соответственно больших габаритов), что затруднительно при изготовлении витых магнитопроводов.

Все изделия изготавливаются на современном оборудовании из высококачественных материалов, проходят контроль качества и строго соответствуют чертежам. На предприятии вы можете заказать как полностью готовую магнитную цепь трансформатора, так и отдельные ее части для последующей сборки комплектов.

Для получения подробной информации, пожалуйста, обращайтесь по телефону +7 (812) 328-44-20 или заполните форму обратной записи на нашем сайте.

HydroMuseum – Стержень обмотки

Стержень обмотки

Конструкция магнитопровода. Магнитопровод является конструктивной основой трансформатора. Он служит для проведения основного магнитного потока. Для уменьшения магнитного сопротивления по пути этого потока и, следовательно, уменьшения намагничивающего тока магнитопровод выполняется из специальной электротехнической стали. Так как магнитный поток в трансформаторе изменяется во времени, то для уменьшения потерь от вихревых токов в магнитопроводе он собирается из отдельных электрически изолированных друг от друга листов стали. Толщина листов выбирается тем меньше, чем выше частота питающего напряжения. При частоте 50 Гц толщина листов стали принимается равной 0,35—0,5 мм. Изоляция листов осуществляется чаще всего лаковой пленкой, которая наносится с двух сторон каждого листа.

В магнитопроводе различают стержни и ярма. Стержень — это та часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, а ярмо — часть, не несущая обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи.

В зависимости от взаимного расположения стержней, ярм и обмоток магнитопроводы делятся на стержневые и броневые. В стержневых магнитопроводах ярма прилегают к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей. В броневых магнитопроводах ярма охватывают не только торцевые, но и боковые поверхности обмоток, как бы закрывая их броней.

Магнитопроводы однофазных трансформаторов показаны на рис. 1 и 2. В броневом магнитопроводе (рис. 1) имеются один стержень и два ярма, охватывающие обмотки.

Рис. 1. Однофазный трансформатор с броневым магнитопроводом.


Рис. 2. Однофазный трансформатор со стержневым магнитопроводом.

По каждому ярму замыкается половина магнитного потока стержня, поэтому площадь поперечного сечения каждого ярма в 2 раза меньше площади сечения стержня. В стержневом магнитопроводе (рис. 2) имеются два стержня, на каждом из которых располагается по половине обмоток 1 и 2. Половины каждой из обмоток соединяются между собой последовательно или параллельно. При таком расположении обмоток уменьшаются магнитные потоки рассеяния и улучшаются характеристики трансформатора. В трехфазных цепях могут применяться три однофазных трансформатора, обмотки которых соединяются по трехфазной схеме (рис. 3). Такой трансформатор называется трехфазной группой однофазных трансформаторов.


Рис. 3. Трёхфазная группа однофазных трансформаторов.

Однако чаще применяются трехфазные трансформаторы с общей магнитной системой для всех фаз. Броневая конструкция магнитопровода трехфазного трансформатора показана на рис. 4. Ее можно рассматривать как три броневых магнитопровода для однофазных трансформаторов, поставленных друг на друга.

Трехфазные трансформаторы часто имеют три стержня и два ярма (рис. 5). Возможность применения такого магнитопровода для трансформации в трехфазных цепях видна из рис. 6.

Рис. 4. Броневой трёхфазный трансформатор.


Рис. 5. Стержневой трёхфазный трансформатор. 

Если расположить три однофазных трансформатора, как показано на рис. 6, а, то три стержня 1 — 3 можно конструктивно объединить в один. Но так как в симметричной трехфазной системе геометрическая сумма магнитных потоков трех фаз равна нулю, т. е.

ФABC=0, то этот стержень можно удалить и получить конструктивную схему 6, б. Если уменьшить длину ярм магнитопровода фазы В, то получим магнитопровод со стержнями, расположенными в одной плоскости (рис. 6, а). По сравнению со схемой на рис. 6, б магнитопровод, показанный на рис. 6, в, имеет некоторую магнитную несимметрию, так как магнитопровод в этом случае представляет собой магнитную цепь, имеющую два узла и три ветви, из которых средняя короче крайних. Как показывает практика, существенного значения такая несимметрия не имеет.

Рис. 6. Замена трёх однофазных трансформаторов одним трёхфазным с тремя стержнями и двумя ярмами.


Рис. 7. Однофазный трансформатор с бронестержневым магнитопроводом.

На каждом стержне трехфазного стержневого магнитопровода располагаются обе обмотки одной фазы. В стержневых магнитопроводах магнитный поток ярма равен магнитному потоку стержня и площадь поперечного сечения стали в ярме должна быть равна или несколько больше (для уменьшения магнитных потерь) площади сечения стали в стержне. Наибольшее распространение получили магнитопроводы стержневого типа (рис. 5). Иногда в трансформаторах большой мощности для уменьшения их габаритов по высоте до размеров, при которых возможна перевозка трансформаторов в собранном виде по железной дороге, применяют бронестержневые магнитопроводы (рис. 7 и 8).


Рис. 8. Трёхфазный трансформатор с бронестержневым магнитопроводом.

Снижение высоты у этих трансформаторов происходит за счет ярм, которые по сравнению с ярмами стержневых магнитопроводов имеют высоту в 2 раза меньшую для однофазных трансформаторов и в √3 раза меньшую для трехфазных. На рис. 7 и 8 для сопоставления показаны высоты стержневого hС и бронестержневого hБС магнитопроводов. На этих рисунках обмотки показаны условно (без подразделения на обмотки НН и ВН).

По способу сочленения стержней с ярмами различают трансформаторы со стыковыми (рис. 9) и шихтованными в переплет (рис. 10) магнитопроводами.


Рис. 9 Принцип стыкового соединения магнитопроводов однофазного (а) и трёхфазного (б) трансформаторов.

В первом случае стержни и ярма выполняются и скрепляются раздельно и при сборке магнитопровода стержни с размещенными на них обмотками устанавливаются встык с ярмами и стягиваются специальными конструкциями.

Рис. 10. Порядок укладки листов стали шихтованных магнитопроводов однофазных (а) и трёхфазных (б) трансформаторов.


Рис. 11. Размещение изоляционной прокладки в месте стыка стержня с ярмом.


Рис. 12. Остов трансформатора.


Рис. 13. Участок магнитопровода с ухудшенными магнитными характеристиками (заштрихованный).

В местах стыка во избежание замыкания листов (рис. 11) и возникновения больших вихревых токов, вызывающих увеличение потерь и чрезмерное повышение температуры стали, устанавливаются изоляционные прокладки.

Сборка магнитопровода в переплет ведется путем чередования слоя листов, разложенных по положению 1 (рис. 10,а,б). В результате такой сборки после стяжки ярм прессующими балками и стержней бандажами из стеклоленты получается остов трансформатора, не требующий каких-либо добавочных креплений (рис. 12). Остовом трансформатора называется магнитопровод вместе со всеми конструкциями и деталями, служащими для скрепления его отдельных частей. Листы, из которых собирается шихтованный магнитопровод, имеют прямоугольную форму (рис. 10), если они штампуются из горячекатаной электротехнической стали.

В настоящее время магнитопроводы трансформаторов изготовляются из холоднокатаной электротехнической стали, так как она обладает низкими удельными потерями и повышенной магнитной проницаемостью.

При применении этой стали оказалось возможным повысить магнитную индукцию в стержне масляного трансформатора до 1,6 —1,7 Тл (вместо 1,4—1,5 Тл у горячекатаной), что дало уменьшение его поперечного сечения и, следовательно, сокращение массы металла — стали и обмоток трансформатора. Кроме того, при этом уменьшаются потери в стали и намагничивающий ток трансформатора. Однако вследствие резко выраженной анизотропии магнитных свойств холоднокатаной стали улучшение ее характеристик наблюдается только при совпадении силовых линий магнитной индукции с направлением проката. При их несовпадении происходит резкое ухудшение характеристик.


Рис. 14. Форма пластин и порядок штриховки магнитопровода из холоднокатаной стали: а — первый слой; б — второй слой; в — взаимное расположение слоёв при укладке.

Поэтому при сборке магнитопровода из этой стали листы штампуются и укладываются так, чтобы магнитный поток проходил в них по направлению проката. Если листы имеют прямоугольную форму (как на рис. 10), то в местах, где линии магнитного поля поворачиваются на 90° (заштрихованный участок на рис. 13), наблюдается увеличение потерь и падения магнитного напряжения, что приводит к некоторому ухудшению характеристик трансформатора. Во избежание этого при сборке магнитопровода из холоднокатаной стали применяют косые стыки, как показано на рис. 14. Там же показана форма пластин, из которых собирается магнитопровод.

После сборки шихтованного впереплет магнитопровода листы верхнего ярма вынимаются (расшихтовываются), на стержнях размещаются обмотки, а затем ярмо снова зашихтовывается.

Наиболее широкое распространение в трансформаторостроении получили магнитопроводы, шихтованные впереплет. Стыковая конструкция применяется значительно реже, так как наличие немагнитных зазоров в местах стыков увеличивает магнитное сопротивление на пути магнитного потока. Это приводит к возрастанию намагничивающего тока трансформатора.

Стержни магнитопровода трансформаторов в поперечном сечении имеют форму ступенчатой фигуры или прямоугольника. Поперечные сечения стержневых и бронестержневых трансформаторов имеют форму ступенчатой фигуры, вписанной в окружность с диаметром D0 (рис. 15). Число ступеней фигуры увеличивается с возрастанием мощности трансформатора. Увеличение числа ступеней приводит к более полному заполнению площади круга площадью ступенчатой фигуры, но одновременно сопровождается увеличением числа типов пластин, необходимых для сборки стержня. У мощных трансформаторов в магнитопроводе предусматриваются каналы для его охлаждения.

Рис. 15 Поперечные сечения стержней трансформаторов.

При стержнях, имеющих поперечное сечение, приближающееся к кругу, обмотки имеют вид полых цилиндров. При такой конструктивной форме обмотки (по сравнению с прямоугольной) сокращается расход материалов на ее изготовление и увеличивается электрическая и механическая прочность. Прямоугольное сечение стержней применяется иногда в трансформаторах броневого типа и трансформаторах небольшой мощности.

Форма сечения ярма и его сочленение со стержнем выбираются с учетом обеспечения равномерного распределения магнитного потока в сечении магнитопровода. Неравномерность распределения магнитного потока между отдельными пакетами магнитопровода приводит к увеличению потерь в стали и возрастанию намагничивающего тока.

Равномерное распределение магнитного потока между пакетами можно получить, если обеспечить одинаковое число ступеней у ярма и у стержня. Для упрощения технологии изготовления ярм иногда число ступеней у них принимается меньшим, чем у стержней.

Конструкция обмоток. По способу расположения на стержне обмотки трансформатора делятся на концентрические (рис. 16) и чередующиеся (рис. 17). Концентрические обмотки выполняются каждая в виде цилиндра и располагаются на стержне концентрически относительно друг друга. Высота обеих обмоток, как правило, одинакова. В трансформаторах высокого напряжения ближе к стержню располагается обмотка НН, так как это позволяет уменьшить изоляционное расстояние между стержнем и этой обмоткой. В чередующихся обмотках катушки ВН и НН чередуются вдоль стержня по высоте. Эти обмотки имеют меньшее магнитное рассеяние.


Рис. 16. Стержень трансформатора с концентрическими обмотками.


Рис. 17. Стержень трансформатора с чередующимися обмотками.

Рис. 18. Цилиндрическая обмотка простая (а) и двухслойная (б).


Рис. 19. Общий вид двухслойной цилиндрической обмотки из прямоугольного провода.

Однако при высоких напряжениях изоляция таких обмоток сложнее из-за большого количества промежутков между катушками ВН и НН.

В силовых трансформаторах нашли применение главным образом концентрические обмотки, которые по характеру намотки можно разделить на цилиндрические, винтовые и спиральные.

Цилиндрической обмоткой называется обмотка, витки которой состоят из одного или нескольких параллельных проводников, причем витки наматываются вдоль стержня впритык друг к другу (рис. 18,а). При большом числе витков обмотку делят на две концентрические катушки,  между которыми оставляют канал для охлаждения (рис. 18,б). Общий вид двухслойной цилиндрической обмотки, витки которой составлены из двух проводников, показан на рис. 19. Однослойные и двухслойные цилиндрические обмотки применяют главным образом в качестве обмоток НН при номинальных токах до 800 А.

Наряду с этими обмотками находят применение многослойные цилиндрические обмотки, у которых число слоев в радиальном направлении более двух. Такие обмотки изготовляют чаще всего из проводников круглого сечения (рис. 20) и используют главным образом для обмоток ВН при Uном ≤ 35 кВ.

Винтовая обмотка состоит из витков, которые составлены из нескольких (от 4 до 20) параллельных проводников прямоугольного сечения, расположенных в радиальном направлении относительно друг друга. Намотку витков этой обмотки осуществляют, как и у цилиндрической обмотки, по винтовой линии, имеющей один или несколько ходов, но при этом между соседними по высоте витками оставляют канал для охлаждения (рис. 21).

Рис. 20. Общий вид многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода.

В отдельных случаях для экономии места по высоте радиальные охлаждающие каналы могут быть сделаны через один виток. Общий вид одноходовой винтовой обмотки дан на рис. 22.

Так как проводники, образующие виток, располагаются концентрически относительно друг друга, то их длина и, следовательно, активное сопротивление различны. Кроме того, они находятся не в одинаковых условиях по отношению к потоку рассеяния, замыкающемуся в пространстве, занимаемом обмотками, вследствие чего в них наводятся равные ЭДС.

Рис. 21. Винтовая параллельная обмотка из шести витков.


Рис. 22. Общий вид одноходовой винтовой параллельной обмотки.

По этим причинам ток по параллельным проводникам, образующим виток, распределяется неравномерно, что вызывает увеличение потерь. Во избежание этого в винтовых обмотках требуется перекладка (транспозиция) проводников витка. При перекладке стремятся, чтобы каждый проводник попеременно занимал все положения, возможные в пределах одного витка. Часто производится только частичная перекладка проводников (рис. 23). Перекладка осуществляется в нескольких местах по высоте стержня.

Винтовые обмотки имеют большую механическую прочность, чем цилиндрические, и применяются в качестве обмоток НН в мощных трансформаторах (при токах более 300 А).

Рис. 23. Принципиальная схема транспозиции в винтовой обмотке из шести параллельных проводов в витке.

Спиральной катушечной обмоткой называется обмотка, составленная из ряда расположенных по высоте стержня и соединенных последовательно катушек, намотанных по плоской спирали, с радиальными охлаждающими каналами между всеми или частью катушек (рис. 24). Если виток состоит из одного проводника, то обмотка называется простой, а если он составлен из ряда параллельных проводников, — параллельной. В параллельных спиральных обмотках необходимо применять перекладку (транспозицию) проводников. Катушки спиральных обмоток наматываются из прямоугольного провода и могут иметь целое и дробное число витков.

Характерной особенностью спиральных обмоток является то, что ее катушки наматываются без разрыва провода; это достигается особым способом перекладки одной из катушек в каждой их паре. По этой причине они иногда называются непрерывными. Общий вид спиральной обмотки показан на рис. 25. Обмотки этого типа используются в качестве обмоток ВН и НН в широком диапазоне напряжений (до 220 кВ и выше).

Важным элементом конструкции обмоток является их изоляция. Различают главную и продольную изоляцию.

Главной изоляцией называется изоляция данной обмотки от остова, бака и соседних обмоток. Осуществляется она посредством комбинации изоляционных промежутков и барьеров в виде электроизоляционных цилиндров и шайб.

Продольная изоляция является изоляцией между различными точками данной обмотки, т. е. между витками, слоями и катушками.

Рис. 24. Непрерывная спиральная катушечная обмотка.


Рис. 25. Общий вид непрерывной спиральной катушечной обмотки.

Изоляция между витками обеспечивается собственной изоляцией обмоточного провода. Для междуслойной изоляции применяется кабельная бумага, укладываемая в несколько слоев. Межкатушечная изоляция обычно осуществляется радиальными каналами.

С увеличением напряжения обмотки ВН конструкция изоляции усложняется и существенно возрастает стоимость трансформатора. Для трансформаторов напряжением 220—500 кВ стоимость изоляции достигает 25 % стоимости всего трансформатора. При небольших мощностях и низких напряжениях обмотки, намотанные на каркас, надеваются непосредственно на стержень магнитопровода.

Для выполнения обмоток трансформатора широкое применение находят как медные, так и алюминиевые провода.

Конструктивные части трансформатора. Основным видом силового трансформатора является масляный трансформатор. Сухие трансформаторы применяются в электроустановках производственных помещений, жилых и служебных зданий, т. е. там, где применение масляных трансформаторов вследствие их взрыво- и пожароопасности недопустимо. В сухих трансформаторах охлаждающей средой служит проникающий к обмоткам и магнитопроводу атмосферный воздух.

У масляного трансформатора выемная его часть, являющаяся по существу собственно трансформатором, погружается в бак с маслом (рис. 26). К выемной части относится остов с обмотками и отводами, а в некоторых конструкциях также и крышка бака. Масло, заполняющее бак, имеет двойное назначение. Как изолирующая среда оно имеет более высокую диэлектрическую прочность, чем воздух, благодаря чему позволяет уменьшить изоляционные расстояния между токоведущими и заземленными частями, а также между различными обмотками.

Рис. 26. Масляный трансформатор: 1 — шихтованный магнитопровод; 2 — обмотка НН; 3 — обмотка ВН; 4 — трубчатый бак; 5 — термометр; 6 — переключатель регулировочных отводов обмотки ВН; 7 — ввод обмотки НН; 8 — ввод обмотки ВН; 9 — расширитель.

Кроме того, трансформаторное масло является лучшей охлаждающей средой, чем воздух. Поэтому в трансформаторе, заполненном маслом, можно увеличить электрические и магнитные нагрузки. Все это приводит к уменьшению расхода обмоточных проводов и электротехнической стали на изготовление трансформатора и уменьшению его габаритов. Трансформаторное масло является минеральным нефтяным маслом и имеет при температуре 20° С следующие технические данные:

Плотность, 10-3 кг/см3

0,88 — 0,89

Кинематическая вязкость, с Ст

36 — 37

Пробивная напряженность при однородном

переменном электрическом поле, 103 В/мм

 

16 — 20

Удельная теплопроводность, 10-4 Вт/(см·°С)

15 — 16

Удельная теплоемкость, Дж/(кг·°С)

1700 — 2000

Температура вспышки паров, °С

132 — 142

 

Устройство, габаритные и присоединительные размеры трансформаторов типа ТЛС — Проектэлектротехника

1. магнитопровод

2. Обмотки

3. Балки ярмовые верхние и нижние

4. Шпильки для стяжки ярмовых балок магнитопровода

5. Контактные площадки вводов ВН

6. Контактные площадки выводов НН

7. Упоры фиксации обмоток НН и ВН

8. Болты для подпрессовки обмоток

9. Перемычки переключения ответвлений обмоток ВН

10. Контакты отводов регулировочных витков обмоток ВН

11. Перемычки схемы соединения обмоток ВН

12. Опорные изоляторы вводов НН

13. Колеса для перемещения трансформатора

14. Опоры магнитной системы

15. Место для подключения заземляющего проводника

16. Рым-болты для подъема трансформатора

17. Коробка с клеммами для подсоединения датчиков и реле температуры

18. Табличка

Трансформатор состоит из магнитопровода 1, обмоток 2 и ярмовых балок 3.

Магнитопровод 1 стержневого типа собран из пластин холоднокатаной электротехнической стали и стянут ярмовыми балками 3. Ярмовые балки стягивают и фиксируют магнитопровод при помощи шпилек 4.

Обмотки НН многослойные, цилиндрические, изготовленные из медной или алюминиевой ленты. Обмотки ВН катушечные медные или алюминиевые, изготовленные из ленты или провода.

Начала, концы и регулировочные отводы обмоток ВН расположены на их передней поверхности. Начала и концы обмоток ВН расположены в их верхней и нижней части соответственно.

Концы и начала обмоток ВН соединены в соответствующую схему при помощи перемычек с контактными площадками 11.

Отводы обмоток НН выведены с задней стороны трансформатора и закреплены на задней ярмовой балке при помощи опорных изоляторов 12.

Регулировка рабочего напряжения трансформатора осуществляется путем коммутации перемычками переключения 9 соответствующих контактов отводов регулировочных витков 10.

Охлаждение внутреннего объема обмоток трансформатора осуществляется за счет специальных вентиляционных каналов, выполняющих одновременно роль изоляционных промежутков между обмотками ВН и НН.

Фиксация обмоток осуществляется упорами 7.

В процессе эксплуатации трансформатора устранение зазоров, ухудшающих фиксацию обмоток, производят при помощи болтов 8 и шпилек 4.

Сигнализация о превышении допустимой температуры обмоток трансформатора производится при помощи специальных, вставленных в обмотки, температурных датчиков, отводы которых выведены в коробку с клеммами 17.

Магнитная система трансформатора закреплена на опорах 14. Для продольного или поперечного перемещения трансформатора в процессе его установки служат колеса 13.

Подсоединение трансформатора к заземляющему проводнику производится при помощи болтового соединения к резьбовой втулке 15.

Паспортные данные трансформатора занесены в табличку 18, закрепленную на верхней ярмовой балке.

Подъем, перемещение трансформатора производится за рым-болты 16.

Что такое ТРАНСФОРМАТОР | Техника и Программы

 

   Трансформатор — это устройство, преобразующее переменные напряжения и токи. Простейший трансформатор содержит две индуктивно связанные (т. е. расположенные достаточно близко одна к другой) катушки (обмотки). Эту конструктивную особенность, как и в случае с вариометрам, показывают, располагая символы обмоток рядом, параллельно один другому (рис. 69). В радиочастотной технике обмотки трансформаторов нередко являются элементами колебательных контуров и фильтров, поэтому на схемах им присваивают буквенное обозначение катушек • индуктивности L. Необходимое для обеспечения работоспособности некоторых устройств фазирование обмоток (т. е. порядок подключения выводов) показывают жирными точками, обозначающими их начало (рис. 69,а).

   Радиочастотные трансформаторы могут быть как с магнитопроводами, так и без них. Если магнитопровод общий для всех обмоток, его изображают между их символами (рис. 69,6), а если каждая из них имеет свой магнитопровод — над ними (рис. 69,в). Возможность подстройки индуктивности изменением его положения показывают знаком подстроечного регулирования, пересекая им либо только обозначение магнитопровода (рис. 69,в), либо и его, и символы обмоток (рис. 69,г). Если же необходимо показать регулируемую индуктивную связь между обмотками, их символы пересекают знаком регулирования (рис. 69,д).

   В трансформаторах звуковой и промышленной частоты применяют стержневые, броневые и тороидальные магнитопроводы. Каждый из них может быть выполнен либо из отдельных пластин определенной формы, либо из ленты, согнутой в виде спирали, витки которой прочно соединены между собой. Посколь-

 

 

   Рис. 69

   ку обмотки удобнее наматывать без магнитопровода, пластины его составляют из двух стыков. Для уменьшения магнитного сопротивления в местах стыков пластины при сборке трансформатора укладывают таким образом, чтобы места стыка пластин каждого предыдущего слоя перекрывались пластинами последующего.

   На схемах трансформаторы промышленной и звуковой частоты обозначают так же, как и радиочастотные с ферритовым магнитопроводом (рис. 70). Символы обмоток обычно нумеруют римскими цифрами, а иногда присваивают условные номера их выводам (или нумеруют в соответствии с маркировкой на самом трансформаторе).

   Если предполагается, что через обмотку трансформатора или дросселя, помимо переменного, будет протекать и постоянный ток (выходные трансформаторы в однотактных усилителях мощности звуковой частоты, межкаскадные согласующие трансформаторы, дроссели фильтров питания), пластины магнитопровода собирают встык, оставляя немагнитный зазор между его частями по всей толщине пакета. Делают это для того, чтобы увеличить магнитное сопротивление магнитопровода и тем самым предотвратить его насыщение полем постоянного тока. Магнитопровод с таким зазором обозначают не сплошной линией, а с разрывом в середине (рис. 71).

   Некоторые устройства, питающиеся от сети переменного тока (коллекторные электродвигатели, сварочные аппараты), создают интенсивные помехи, которые могут проникнуть через сеть и силовой трансформатор в радиоприбор и нарушить его нормальную работу. Для ослабления этих помех между первичной (сетевой) и остальными обмотками помещают электростатический экран, представляющий собой незамкнутый виток из полоски медной или алюминиевой фольги или один слой изолированного провода. Вывод экрана соединяют с шасси или с общим проводом (корпусом) прибора. На условном обозначении трансформатора экран изображают штриховой линией, параллель-

 

 

   Рис. 70

 

   Рис. 71

 

   Рис. 72

 

   Рис. 73

   ной символу магнитопровода, со знаком корпуса прибора на конце (рис. 72,а). Условное обозначение трансформатора допускается изображать повернутым на угол 90° (рис. 72,6).

   Для преобразования напряжений и токов применяют также автотрансформаторы. В отличие от трансформаторов они имеют всего одну обметку с одним или несколькими отводами, необходимые напряжения снимают с одного из концов обмотки и соответствующего отвода. На схемах их обозначают, как и катушки с отводами (рис. 73,а). Возможность плавного регулирования снимаемого с автотрансформатора напряжения показывают знаком регулирования (рис. 73,6).

 

   Рис. 74

   Согласно ГОСТ 2.723—68, число полуокружностей в символах обмоток трансформаторов может быть любым, но, как правило, не менее двух. Исключение составляют применяемые в вычислительной технике ферромагнитные элементы, запоминающие трансформаторы, элементы памяти. Такой элемент обычно представляет собой кольцевой ферритовый магнитопровод с несколькими обмотками. Если их всего две, ферромагнитный элемент обозначают, как показано на рис. 74,а, где полуокружности с продолжающими их линиями-вы-водами символизируют обмотки, а вертикальная линия между ними — магнитопровод. Если же число обмоток и магнитопроводов в устройстве велико, их допускается изображать, как показано на рис. 74,6 и в. Здесь вертикальная линия обозначает магнитопровод, горизонтальная — линию электрической связи между обмотками, наклонная черточка — обмотку. Черточка, наклоненная под углом 45″ влево (рис. 74,6), означает, что с линией электрической связи эта обмотка соединена своим началом, а под таким же углом вправо (рис. 74,в) — своим концом. При этом условно считают, что положительный импульс, проходящий в направлении слева направо, в первом случае перемагничивает магнитопровод в состояние логической 1,. а во втором — в состояние логического 0. С учетом сказанного нетрудно в символе, изображенном на рис. 74,г, распознать обозначение запоминающего трансформатора с 10 обмотками, из которых 2, 4, 5 и 9-я перемагничивают магнитопровод в состояние логической 1, а I, 3, 6, 7, 8 и ilO-я — в состояние логического 0.

 

Литература:
В.В. Фролов, Язык радиосхем, Москва, 1998

Что такое трансформатор устройство трансформатора. Электрические трансформаторы. Потери энергии в трансформаторе

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 (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.

Стержневые .

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.

Броневые .

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 .

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 .
Удачи!

Литература:

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.

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, содержащее от двух до нескольких обмоток, расположенных на общем магнитопроводе, и индуктивно связанных, таким образом, между собой. Служит трансформатор для преобразования электрической энергии переменного тока посредством электромагнитной индукции без изменения частоты тока. Используют трансформаторы как для преобразования переменного напряжения, так и для в различных сферах электротехники и электроники.

Справедливости ради отметим, что в некоторых случаях трансформатор может содержать и всего одну обмотку (автотрансформатор), а сердечник может и вовсе отсутствовать (ВЧ — трансформатор), однако в большинстве своем трансформаторы имеют сердечник (магнитопровод) из , и две или более изолированные ленточные или проволочные обмотки, охватываемые общим магнитным потоком, но обо всем по порядку. Рассмотрим, какие же бывают виды трансформаторов, как они устроены и для чего применяются.

Данный вид низкочастотных (50-60 Гц) трансформаторов служит в электрических сетях, а также в установках приема и преобразования электрической энергии. Почему называется силовой? Потому что именно этот тип трансформаторов применяется для подачи и приема электроэнергии на ЛЭП и с ЛЭП, где напряжение может достигать 1150 кВ.

В городских электросетях напряжение достигает 10 кВ. Посредством именно напряжение также и понижается до 0,4 кВ, 380/220 вольт, необходимых потребителям.

Конструктивно типичный силовой трансформатор может содержать две, три или более обмоток, расположенных на броневом сердечнике из электротехнической стали, причем некоторые из обмоток низшего напряжения могут питаться параллельно (трансформатор с расщепленными обмотками).

Это удобно для повышения напряжения, получаемого одновременно с нескольких генераторов. Как правило, силовой трансформатор помещен в бак с трансформаторным маслом, а в случае особо мощных экземпляров добавляется система активного охлаждения.

Трансформаторы силовые трехфазные мощностью до 4000 кВА устанавливаются на подстанциях и электростанциях. Более распространены трехфазные, поскольку потери получаются до 15% меньше, чем с тремя однофазными.


Трансформатор сетевой

Сетевые трансформаторы еще в 80-е и 90-е годы можно было встретить практически в любом электроприборе. С помощью именно сетевого трансформатора (обычно однофазного) напряжение бытовой сети 220 вольт с частотой 50 Гц понижается до уровня, требуемого электроприбору, например 5, 12, 24 или 48 вольт.

Часто сетевые трансформаторы выполняются с несколькими вторичными обмотками, чтобы несколько источников напряжения можно было бы использовать для питания различных частей схемы. В частности, трансформаторы ТН (трансформатор накальный) всегда можно было (да и сейчас можно) встретить в схемах, где присутствовали радиолампы.

Современные сетевые трансформаторы конструктивно выполняются на Ш-образных, стержневых или тороидальных сердечниках из набора пластин электротехнической стали, на которые и навиваются обмотки. Тороидальная форма магнитопровода позволяет получить более компактный трансформатор.

Если сравнить трансформаторы равной габаритной мощности на тороидальном и на Ш-образном сердечниках, то тороидальный будет занимать меньше места, к тому же площадь поверхности тороидального магнитопровода полностью охватывается обмотками, нет пустого ярма, как в случае с броневым Ш-образным или стержневым сердечниками. К сетевым можно отнести в частности и сварочные трансформаторы мощностью до 6 кВт. Сетевые трансформаторы, конечно, относятся к низкочастотным трансформаторам.


Одной из разновидностей низкочастотного трансформатора является автотрансформатор, у которого вторичная обмотка является частью первичной или первичная является частью вторичной. То есть в автотрансформаторе обмотки связаны не только магнитно, но и электрически. Несколько выводов делаются от единственной обмотки, и позволяют всего с одной обмотки получить различное напряжение.

Главное преимущество автотрансформатора — меньшая стоимость, поскольку расходуется меньше провода для обмоток, меньше стали для сердечника, в итоге и вес получается меньше, чем у обычного трансформатора. Недостаток — отсутствие гальванической развязки обмоток.

Автотрансформаторы находят применение в устройствах автоматического управления, а также широко используются в высоковольтных электросетях. Трехфазные автотрансформаторы с соединением обмоток в треугольник либо в звезду в электрических сетях весьма востребованы сегодня.

Силовые автотрансформаторы выпускаются на мощности вплоть до сотен мегаватт. Применяют автотрансформаторы и для пуска мощных двигателей переменного тока. Автотрансформаторы особенно целесообразны при невысоких коэффициентах трансформации.

Частным случаем автотрансформатора является лабораторный автотрансформатор (ЛАТР). Он позволяет плавно регулировать напряжение, подаваемое к потребителю. Конструкция ЛАТРа представляет собой с единственной обмоткой, которая имеет неизолированную «дорожку» от витка к витку, то есть имеется возможность подключения к каждому из витков обмотки. Контакт с дорожкой обеспечивается скользящей угольной щеткой, которая управляется поворотной ручкой.

Так можно получить на нагрузке действующее напряжение различной величины. Типичные однофазные ЛАТРы позволяют получать напряжение от 0 до 250 вольт, а трехфазные — от 0 до 450 вольт. ЛАТРы мощностью от 0,5 до 10 кВт очень популярны в лабораториях для целей наладки электрооборудования.


Называется трансформатор, первичная обмотка которого подключается к источнику тока, а вторичная — к защитным или измерительным приборам, имеющим малые внутренние сопротивления. Наиболее распространенным типом трансформатора тока является измерительный трансформатор тока.

Первичная обмотка трансформатора тока (обычно — всего один виток, один провод) включается последовательно в цепь, в которой требуется измерить переменный ток. Получается в результате, что ток вторичной обмотки пропорционален току первичной, при этом вторичная обмотка обязательно должна быть нагружена, ибо иначе напряжение вторичной обмотки может получиться достаточно высоким, чтобы пробить изоляцию. Кроме того, если вторичную обмотку ТТ разомкнуть, то магнитопровод просто выгорит от наведенных некомпенсированных токов.

Конструкция трансформатора тока представляет собой сердечник из шихтованной кремнистой холоднокатаной электротехнической стали, на который намотана одна или несколько изолированных обмоток, являющихся вторичными. Первичная обмотка зачастую — просто шина, либо пропущенный через окно магнитопровода провод с измеряемым током (на этом принципе, кстати, работают ). Главная характеристика трансформатора тока — коэффициент трансформации, например 100/5 А.

Для измерения тока и в схемах релейной защиты трансформаторы тока применяются достаточно широко. Они безопасны, поскольку измеряемая и вторичная цепи гальванически изолированы друг от друга. Обычно промышленные трансформаторы тока выпускаются с двумя или более группами вторичных обмоток, одна из которых подключается к защитным устройствам, другая — к устройству измерения, например к счетчикам.

Почти во всех современных сетевых блоках питания, в разнообразных инверторах, в сварочных аппаратах, и в прочих силовых и маломощных электрических преобразователях применяются импульсные трансформаторы. Сегодня импульсные схемы почти полностью вытеснили тяжелые низкочастотные трансформаторы с сердечниками из шихтованной стали.

Типичный импульсный трансформатор представляет собой трансформатор выполненный на ферритовом сердечнике. Форма сердечника (магнитопровода) может быть совершенно различной: кольцо, стержень, чашка, Ш-образный, П-образный. Преимущество ферритов перед трансформаторной сталью очевидно — трансформаторы на феррите могут работать на частотах до 500 и более кГц.

Поскольку импульсный трансформатор является высокочастотным трансформатором, то и габариты его с ростом частоты значительно снижаются. На обмотки требуется меньше провода, а для получения высокочастотного тока в первичной цепи достаточно полевого, или биполярного транзистора, иногда — нескольких, в зависимости от топологии импульсной схемы питания (прямоходовая — 1, двухтактная — 2, полумостовая — 2, мостовая — 4).

Справедливости ради отметим, что если применяется обратноходовая схема питания, то трансформатор по сути является сдвоенным дросселем, поскольку процессы накопления и отдачи электроэнергии во вторичную цепь разделены во времени, то есть они протекают не одновременно, поэтому при обратноходовой схеме управления это все же дроссель, а не трансформатор.

Импульсные схемы с трансформаторами и дросселями на феррите встречаются сегодня всюду, начиная от балластов энергосберегающих ламп и зарядных устройств различных гаджетов, заканчивая сварочными аппаратами и мощными инверторами.

Для измерения величины и (или) направления тока в импульсных схемах часто применяют импульсные трансформаторы тока, представляющие собой ферритовый сердечник, зачастую — кольцевой (тороидальный), с единственной обмоткой. Через кольцо сердечника продевают провод, ток в котором нужно исследовать, а саму обмотку нагружают на резистор.


Например, кольцо содержит 1000 витков провода, тогда соотношение токов первичной (продетый провод) и вторичной обмотки будет 1000 к 1. Если обмотка кольца нагружена на резистор известного номинала, то измеренное напряжение на нем будет пропорционально току обмотки, а значит измеряемый ток в 1000 раз больше тока через этот резистор.

Промышленностью выпускаются импульсные трансформаторы тока с различными коэффициентами трансформации. Разработчику остается только подключить к такому трансформатору резистор и схему измерения. Если требуется узнать направление тока, а не его величину, то обмотка трансформатора тока нагружается просто двумя встречными стабилитронами.

Связь между электрическими машинами и трансформаторами

В курсы электрических машин, изучаемые на всех электротехнических специальностях учебных заведений, включают всегда и электрические трансформаторы. По существу, электрический трансформатор — не электрическая машина, а электрический аппарат, так как он не имеет движущихся частей, наличие которых является характерным признаком всякой машины как разновидности механизма. По этой причине упомянутые курсы следовало бы, во избежание недоразумений, называть «курсами электрических машин и электрических трансформаторов».

Включение трансформаторов во все курсы электрических машин объясняется двумя причинами. Одна из них — исторического происхождения: те же заводы, которые строили электрические машины переменного тока, строили и трансформаторы, так как лишь наличие трансформаторов давало то преимущество машинам переменного тока над машинами постоянного тока, которое в конечном счете привело к их преобладанию в промышленности. И сейчас нельзя представить себе крупной установки переменного электрического тока без трансформаторов.

Однако, по мере развития производства машин переменного тока и трансформаторов, сделалось необходимым сосредоточение производства трансформаторов на специальных трансформаторостроительных заводах. Дело в том, что, в связи с возможностью передачи электроэнергии переменного тока при помощи трансформаторов на большие расстояния, рост высшего напряжения трансформаторов шел значительно быстрее, чем рост напряжения электрических машин переменного тока.

На нынешней стадии развития электрических машин переменного тока наивысшим рациональным напряжением для них является 36 кВ. В то же время высшее напряжение в реально осуществленных электрических трансформаторах достигло 1150 кВ. Столь высокие напряжения трансформаторов и работа их на воздушные линии электропередачи, подверженные воздействию грозовых разрядов, породили много специфических трансформаторных проблем, чуждых электрическим машинам.

Это привело при производстве к технологическим проблемам, столь отличающимся от технологических проблем электромашиностроения, что выделение трансформаторов в самостоятельное производство стало неизбежным. Таким образом, первая причина — производственная связь, роднившая трансформаторы с электрическими машинами, исчезла.

Вторая причина — принципиального характера, состоящая в том, что в основе применяемых на практике электрических трансформаторов, так же как и электрических машин, лежит , — остается незыблемой связью между ними. При этом, для понимания многих явлений в машинах переменного тока, знание физических процессов, протекающих в трансформаторах, совершенно необходимо и, кроме того, теория большого класса машин переменного тока может быть сведена к теории трансформаторов, благодаря чему облегчается их теоретическое рассмотрение.

В силу этого, в теории машин переменного тока теория трансформаторов занимает прочное место, из чего, однако, не следует, что трансформаторы можно называть электрическими машинами. Кроме того, нужно иметь в виду, что у трансформаторов целевая установка и процесс преобразования энергии другие, чем у электрических машин.

Цель электрической машины состоит в том, чтобы преобразовать механическую энергию в электрическую энергию (генератор) или, обратно, электрическую энергию в механическую энергию (двигатель), между тем, в трансформаторе мы имеем дело с преобразованием электрической энергии переменного тока одного вида в электрическую энергию переменного тока другого вида.

В данной статье мы рассмотри, что такое трансформатор. Виды трансформаторов будут описаны, принцип действия и конструкции тоже не останутся без внимания. Стоит отметить, что это вид статических (неподвижных) машин переменного тока, которые используются для различных целей не только в быту, но и в промышленности. Например, для учета потребляемой электроэнергии. Но обо всем по порядку.

Что это за устройство?

Это электрическая статическая машина, которая используется для преобразования тока или напряжения. Причем можно выделить несколько видов устройств в зависимости от того, от какой сети производится питание. Так, трехфазные имеют три сетевые обмотки, которые включаются по схеме «звезда» или «треугольник». В этом можно провести аналогию с асинхронными электродвигателями. Существуют разнообразные виды силовых трансформаторов, о которых будет рассказано немного ниже.

Но в быту используются устройства, в которых одна сетевая обмотка. К тому же имеется как минимум одна вторичная, которая служит для питания устройств. Например, в ламповой технике применяются у которых несколько вторичных обмоток. Возникала необходимость с одного устройства получать несколько значений напряжения: 6,3 В, 250 В. Кроме того, в быту можно встретить трансформаторы тока. Они установлены в электросчетчиках и служат для работы устройства контроля.

Конструкция

Основу трансформатора выделить сложно, но если опираться на вес, то это, несомненно, сердечник (магнитопровод). Он изготавливается из стальных листов, которые собраны воедино и плотно стянуты друг с другом. Это позволяет получить максимально возможное сечение магнитопровода. Но не только сталь может применяться, нередко изготавливаются сердечники из ферромагнетиков. Это вещество, которое по свойствам очень схоже с металлом, но имеет несколько иную структуру. Существуют определенные виды трансформаторов, фото основных конструкций приведены в статье.

В конструкции присутствует минимум две обмотки. На одну (первичную) производится подача напряжения питания. Со второй, третьей, N-ной, снимается пониженное напряжение с частотой и формой, аналогичной входному. Обмотки силовых состоят из медного провода. Он наматывается на каркасе, расположенном вокруг магнитопровода. При подаче напряжения в первичную цепь появляется переменное которое во вторичной обмотке индуцирует ЭДС. В результате этого на выходе появляется некоторая разность потенциалов.

Силовые трансформаторы

К указанным типам относятся те, которые преобразуют электроэнергию в сети. Это не только устанавливаемый на подстанциях трансформатор. Виды трансформаторов силовых разнообразны, они служат не только для понижения напряжения со 110 кВ, например, до 6 кВ, в случае с подстанцией. К ним можно отнести и устройства, используемые в блоках питания бытовой радиоаппаратуры. По сути, конструкция у всех аналогичная, имеются общие узлы.

Даже виды которых разнообразны, имеют аналогичное строение. Вот только есть мелкие нюансы, например, силовые машины на подстанциях оборудованы системой масляного охлаждения, в то время как сварочные работают без него. Зато у последних имеется регулировка выходного тока. Это необходимо для сварки различных по толщине металлов. Ну а устройства, используемые в быту, и вовсе лишены таких регулировок.

Автотрансформаторы

Автотрансформатор — один из видов, у которого первичная и вторичная обмотки соединены напрямую. Это позволяет получить не только электрическую связь в устройстве, но и электромагнитную. Обычно имеется у автотрансформатора три вывода, а это позволяет получать различные значения напряжения. Отличительная особенность автотрансформаторов — высокий Но есть и один существенный недостаток — первичная и электрически не изолированы друг от друга. Используется по большей части для регулирования мощности потребителя такой трансформатор. Виды трансформаторов для иных целей рассмотрены ниже.

Измерительные

Для использования в электроустановках переменного тока создан специальный вид трансформаторов — измерительный. Благодаря им увеличиваются пределы измерительных устройств. Кроме того, они позволяют без электрического соединения с силовым проводом провести замер протекающего по нему тока. Другими словами, без гальванической связи имеется возможность контроля протекающего тока в цепи. Но можно выделить два типа измерительных устройств — трансформаторы напряжения и тока. Существуют различные виды трансформаторов тока, их отличие в габаритах и области применения.

Трансформаторы тока позволяют осуществить преобразование. При этом большой ток, протекающий в цепи, снижается до безопасного значения. Причем он на выходе безопасен для систем управления или измерения, устройств сигнализации и защиты. Первичная обмотка — это отрезок проводника, вокруг него проведена намотка вторичной. С последней снимается ток в 1 или 5 Ампер. А вот трансформаторы напряжения предназначены для иной цели. Они производят понижение напряжения для измерения характеристик. С их помощью осуществляется защитных устройств от цепи с высоким напряжением.

Импульсные

Этот тип устройств используется для узкоспециализированных целей. Он необходим для преобразования серии импульсных сигналов. Причем длительность одного импульса может достигать нескольких десятков микросекунд. Причем имеется одна небольшая особенность — изменяется только амплитуда сигнала, но не его форма. Между прочим, имеются определенные виды защит также снабжаются схемами, предотвращающими превышение напряжения или тока.

Как правило, импульсные устройства применяются в цепях, в которых протекает сигнал прямоугольной формы. Зачастую такой вид устройств используется в телевизионной технике. Они преобразуют малые по длительности импульсы видеосигнала с очень большой скважностью. Причем на выходе вы получаете сигнал в первозданном виде, но с увеличенной амплитудой.

Заключение

Теперь вы знаете, что такое трансформатор. Виды трансформаторов мы рассмотрели и увидели, что все они обладают небольшими отличиями, несмотря на то, что конструкция во многом схожа. Обратите внимание, что при работе с любыми электрическими устройствами необходимо соблюдать технику безопасности. Кроме того, для обслуживания электросетей переменного тока необходимо иметь группу допуска.

Трансформаторы — это устройства предназначенные для преобразования электроэнергии. Их основная задача — изменение значения переменного напряжения. Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических устройств.

Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.

Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. Классическая конструкция состоит из металлического магнитопровода и электрически не связанных обмоток выполненных из изолированного провода. Та обмотка, на которую подается электроэнергия, называется первичной. Вторая — подсоединённая к устройствам, потребляющим ток, называется вторичной.

После того как трансформатор подсоединяют к источнику переменного тока в его первичная обмотка формирует переменный магнитный поток. По магнитопроводу он передается на витки вторичной обмотки, индуцируя в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии устройства потребления в цепи вторичной обмотки возникает электрический ток.

Соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток.

Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W 1 /W 2 =U 1 /U 2 , где:

  • W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
  • U1,U2 — входное и выходное напряжения соответственно.

Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией. Микро трансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20-30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги.

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:

Автотрансформаторы.

Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом.

Импульсные трансформаторы.

Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала.

Разделительный трансформатор.

Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице.

Пик-трансформатор.

Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы.

Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения.

Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

  • уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
  • способ преобразования: повышающий, понижающий;
  • количество фаз: одно- или трехфазный;
  • число обмоток: двух- и многообмоточный;
  • форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя.

Перед подачей непосредственно на приборы потребления (станки, бытовые и осветительные приборы) электроэнергия претерпевает обратные преобразования, проходя через силовые понижающие трансформаторы.

Тока.

Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

  • измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
  • защитные — подключаемые к защитным цепям;
  • промежуточные — используется для повторного преобразования.

Напряжения.

Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электро- радио- измерениях.

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Среди современных устройств электротехники одним из самых распространенных является трансформатор. Этот агрегат широко используется как в бытовых приборах, так и силовой электронике. Его действие заключается в преобразовании тока. Причем изменять его величину трансформатор может как в большую, так и меньшую сторону.

Определенным устройством обладает разнообразны. Они имеют некоторые конструкционные и функциональные отличия. Чтобы понять, что собой представляет подобное оборудование, а также особенности его эксплуатации, каждый вид следует рассмотреть подробно.

Устройство

Существующие сегодня виды трансформаторов тока обладают определенными общими характеристиками. Прибор имеет в своей системе одну, две и больше обмоток. Они расположены на один сердечник. Представленные сегодня в продаже трансформаторы отличаются способом изготовления. Их надежность зависит от производителя. Рабочие характеристики таких видов оборудования также схожи.

Трансформатор не предназначен для преобразования постоянного тока. В противном случае это приведет к перегреву проводника. Трансформаторы способны работать исключительно с переменным, импульсным и пульсирующим током.

Все разновидности представленного оборудования имеют в своем составе три обязательных компонента. К ним относится магнитопровод, охлаждающая система и обмотка. Первый компонент еще называют сердечником.

Принцип работы

Рассматривая назначение и виды трансформаторов , следует сказать несколько слов об их функциональных качествах. В таком оборудовании присутствует первичная и вторичная обмотка. К первой катушке подводится первоначальное напряжение. Его требуется повысить или понизить.

Вторичные обмотки могут состоять из одной или нескольких катушек. С них передается трансформированное напряжение. В основу работы такого прибора положен закон Фарадея. Магнитный поток, который изменяется во времени через ограниченную контуром площадку, формирует электродвижущие силы. Помимо этого, ток, который изменяется во времени, может индуцировать непостоянное магнитное поле.

На схемах трансформатор изображают как две (или более) катушки. Между первой и вторичными обмотками проходит вертикальная линия. Она изображает сердечник (магнитопровод). При выполнении возложенных на него функций трансформатор обладает малыми потерями энергии. Это сделало представленное оборудование востребованным.

Рабочие режимы

Существующие виды работы трансформатора можно выделить в 3 группы. К ним относится холостой ход, короткое замыкание и рабочий режим. В первом случае выводы вторичной обмотки никуда не подключаются. В этом режиме, если сердечник изготовлен из мягкого магнитного материала, ток покажет потери.

При коротком замыкании выводы катушек вторичной обмотки соединяются между собой. При этом на первичную обмотку будет подаваться незначительное напряжение. Этот режим присутствует в измерительных разновидностях трансформаторов.

При активной нагрузке возникают напряжения на концах всех типов обмотки. Если на вторичной обмотке это значение выше, трансформатор называется повышающим. И наоборот. Степень трансформации определяется при помощи заданного коэффициента.

Классификация

Существует несколько подходов к классификации представленного оборудования. Это позволяет понять его устройство и функции. Существующие виды трансформаторов тока могут классифицироваться по назначению. В этом случае выделяются приборы напряжения, измерительные, лабораторные, защитные, промежуточные типы.

По способу установки также выделяют несколько групп. От этого зависят условия, в которых может эксплуатироваться техника. Трансформаторы могут быть внутренние и наружные, стационарные, шинные или опорные, а также переносные.

Ступеней в системе может быть одна или несколько. По признаку номинального напряжения различают высоковольтные и низковольтные приборы. Если учитывать тип изоляции, можно также выделить несколько групп трансформаторов. Этот показатель зависит от технологии производства. Бывают приборы с компаундной, сухой и масляно-бумажной изоляцией.

Согласно со сферой применения, выделяют силовые, бытовые, сварочные, масляные, автотрансформаторы и т. д.

Силовой трансформатор

Существующие виды силовых трансформаторов относятся к низкочастотным приборам. Их применяют в силовых сетях предприятий, городов, поселков и т. д. Такое оборудование понижает напряжение в сети до требуемого значения 220 В.

Силовые трансформаторы могут иметь от двух и более обмоток. Они устанавливаются на броневом сердечнике. Чаще всего подобный конструкционный элемент изготавливают из электротехнической стали. Такой трансформатор помещается в бак со специальным маслом. Если мощность оборудования высокая, в ней применяется активное охлаждение.

Для электростанций применяются силовые трехфазные трансформаторы. Их мощность составляет до 4 тыс. кВт. Такие разновидности приборов позволяют добиться уменьшения на 15 % энергопотерь по сравнению с тремя однофазными трансформаторами.

Сетевые разновидности

В 80-е года прошлого века самым распространенным был сетевой трансформатор. Виды трансформаторов этого типа дорабатывались. Сегодня их изготавливают на Ш-подобном сердечнике, а также стержневых или тороидальных магнитопроводах. На них и устанавливаются обмотки.

При помощи подобного устройства напряжение, которое поступает из бытовой сети, понижается до требуемого значения (например, 12, 24 В). Самыми компактными считаются трансформаторы с тороидальным сердечником. Его магнитопровод полностью покрывается обмотками. При этом удается избежать появления пустого ярма.

Автотрансформатор

Существующие виды обмоток трансформатора очень разнообразны. Они могут быть регулирующими, основными, вспомогательными. Наиболее оригинальное строение имеет обмотка автотрансформатора. Это низкочастотный прибор. Его вторичная обмотка является составной частью первичной. Они связаны, как и в других видах трансформаторов, магнитно. Однако подобная обмотка сообщается также и электрически.

От одной катушки отходит несколько выводов, позволяя получить напряжение разного значения. Преимуществом такой конструкции является ее низкая стоимость. Провода для монтажа обмотки потребуется меньше. Также получается сэкономить на количестве материала сердечника. Вес автотрансформатора будет меньше, чем у других типов оборудования.

Однако в этом типе приборов отсутствует гальваническая развязка. Это недостаток автотрансформаторов. Такое оборудование применяется в автоматической технике управления, а также на высоковольтных коммуникациях. Сегодня большой популярностью пользуются трехфазные автотрансформаторы. Их соединенная обмотка образует треугольник или звезду.

Трансформатор тока и напряжения

Сегодня также выделяются определенные виды трансформаторов напряжения и тока. Все зависит о того, как функционирует прибор. Если он понижает ток, это, соответственно, трансформатор тока. Для регулировки напряжения также разработана определенная категория приборов.

Первичная обмотка трансформатора тока подключается к электричеству, а вторичная — к измерительным или защитным приборам. Чаще всего применяется первый тип устройств. Катушку с первичной обмоткой подключают в цепь последовательно. В ней измеряется переменный ток.

Сердечник такого оборудования изготавливают из шихтованной электротехнической стали. Ее производят холоднокатаным способом. Первичная обмотка чаще всего представляет собой шину. При работе подобного оборудования важно учитывать коэффициент трансформации.

Для промышленности могут выпускаться подобные приборы с несколькими группами вторичных обмоток. Одну из них соединяют с измерительными приборами (например, счетчикам), а вторую — к защитному оборудованию.

Импульсный трансформатор

Рассматривая, какие виды трансформаторов применяются сегодня, нельзя не сказать несколько слов об импульсных разновидностях представленных приборов. Они практически полностью вытеснили низкочастотные тяжелые трансформаторы. Их сердечник выполняется не из шихтовой стали, а из феррита. Форма магнитопровода может быть самой разной, например, чашка, кольцо, Ш-подобный тип.

Трансформаторы импульсного типа могут функционировать на высоких частотах (500 кГц и более). Благодаря такой особенности габариты подобных изделий значительно уменьшились. Требуется использовать меньше провода для обмотки.

Импульсные трансформаторы и дроссели с ферритовым стержнем сегодня применяются всюду. Их можно встретить в энергосберегающих лампочках, зарядных устройствах, мощных инверторах и т. д. Сфера их применения очень широка.

В некоторых трансформаторах импульсного типа применяется обратная схема питания. В этом случае прибор по своей сути является дросселем сдвоенного типа. При этом процессы приема и передачи электроэнергии протекают не одновременно.

Импульсный трансформатор тока

Чтобы иметь возможность измерять направление и величину тока, для импульсных схем часто применяется особый трансформатор. Виды трансформаторов этой группы имеют ферритовый сердечник. Чаще всего он имеет единственную кольцевую обмотку. Через ее центр продевается провод. В нем и исследуется ток. Обмотку при этом нагружают на резистор.

Измерение производится по несложной схеме. Если нагрузка выполняется на резистор известного номинала, то напряжение при замере на нем будет пропорциональным показателю тока обмотки.

В продаже присутствуют трансформаторы этого типа с различными показателями коэффициента трансформации. Если нужно узнать только направленность тока, прибор нагружается только двумя стабилизаторами, встроенными в схему.

Система защиты

Трансформаторы представляют собой надежное оборудование. Однако из-за различных повреждений может произойти аварийная ситуация. Поэтому применяются различные виды защит трансформатора .

Подобные системы отключают оборудование от сети при наличии повреждений. В зависимости от типа конструкции защита может отсоединить питание только от поврежденной части прибора. При обнаружении поломки система может подавать сигнал. При этом используют различные типы защиты автотрансформаторов.

Дифференциальная защита необходима при нарушениях целостности обмоток, ошиновки и вводов оборудования. Если же повреждения обнаруживаются со стороны происходит токовое отсекание. Это защита мгновенного действия.

Газовая защита применяется при повреждениях внутри бака. При этом может выделяться газ. Также она срабатывает при понижении уровня масла.

Максимальная токовая или направленная защита позволяет уберечь оборудование от сверхтоков. Также в некоторых конструкциях может предусматриваться защита от замыкания на корпус и от перегрузки. Последняя система действует на сигнал, оповещая персонал.

Рассмотрев особенности конструкции и принцип работы, можно понять, что собой представляет трансформатор. Виды трансформаторов , существующие сегодня, отличаются по ряду признаков. Это влияет на их функциональность.

магнитная цепь | электроника | Британника

магнитная цепь , замкнутый путь, в котором ограничено магнитное поле, представленное в виде линий магнитного потока. В отличие от электрической цепи, по которой протекает электрический заряд, в магнитной цепи на самом деле ничего не течет.

В кольцевом электромагните с небольшим воздушным зазором магнитное поле или поток почти полностью ограничивается металлическим сердечником и воздушным зазором, которые вместе образуют магнитную цепь.В электродвигателе магнитное поле в основном ограничено магнитными полюсными наконечниками, ротором, воздушными зазорами между ротором и полюсными наконечниками и металлической рамой. Каждая линия магнитного поля образует полную непрерывную петлю. Все линии вместе составляют общий поток. Если магнитный поток разделен так, что его часть ограничена одной частью устройства, а часть — другой, магнитная цепь называется параллельной. Если весь поток ограничен одним замкнутым контуром, как в кольцевом электромагните, цепь называется последовательной магнитной цепью.

По аналогии с электрической цепью, в которой ток, электродвижущая сила (напряжение) и сопротивление связаны по закону Ома (ток равен электродвижущей силе, деленной на сопротивление), аналогичное соотношение было разработано для описания магнитной цепи.

Магнитный поток аналогичен электрическому току. Магнитодвижущая сила mmf аналогична электродвижущей силе и может считаться фактором, определяющим магнитный поток. МДС эквивалентен количеству витков провода, по которому проходит электрический ток, и имеет единицы ампер-витков.Если либо ток через катушку (как в электромагните), либо количество витков провода в катушке увеличивается, mmf больше; и если остальная часть магнитной цепи остается прежней, магнитный поток увеличивается пропорционально.

Сопротивление магнитной цепи аналогично сопротивлению электрической цепи. Сопротивление зависит от геометрических характеристик и свойств материала цепи, которые противодействуют присутствию магнитного потока. Сопротивление данной части магнитной цепи пропорционально ее длине и обратно пропорционально ее площади поперечного сечения и магнитному свойству данного материала, называемому его проницаемостью.Железо, например, имеет чрезвычайно высокую проницаемость по сравнению с воздухом, поэтому оно имеет сравнительно небольшое сопротивление или относительно мало препятствует присутствию магнитного потока. В последовательной магнитной цепи полное сопротивление равно сумме отдельных сопротивлений, встречающихся на замкнутом пути потока. Таким образом, в магнитной цепи магнитный поток количественно равен магнитодвижущей силе, деленной на сопротивление.

10.3: Магнитные цепи — Разработка LibreTexts

Магнитные цепи включают такие приложения, как трансформаторы и реле.Очень простая магнитная цепь показана на рисунке 10.3.1. .

Рисунок 10.3.1 : Простая магнитная цепь.

Во-первых, он состоит из магнитопровода. Сердечник может состоять из одного материала, такого как листовая сталь, но также может использовать несколько секций и воздушный зазор (и). Вокруг сердечника находится по крайней мере один набор витков провода, то есть катушка, сформированная вокруг сердечника. Для трансформаторов используется несколько наборов витков (в простейшем случае один для первичной обмотки, а другой для вторичной).Как мы уже видели, прохождение тока через обмотки создает магнитный поток \ (\ Phi \) в сердечнике. Поскольку этот поток ограничен площадью поперечного сечения сердечника \ (A \), мы можем получить плотность потока \ (B \).

\ [B = \ frac {\ Phi} {A} \ label {10.4} \]

Где

\ (B \) — плотность магнитного потока в теслах,

\ (\ Phi \) — магнитный поток в веберах,

\ (A \) — площадь в квадратных метрах.

Вспомните из главы 9, что одна тесла определяется как один вебер на квадратный метр.Альтернативной единицей измерения, которая иногда используется, является гаусс (система единиц cgs), названная в честь Карла Фридриха Гаусса, немецкого математика и ученого.

\ [1 \ text {тесла} = 10 000 \ text {gauss} \ label {10.5} \]

Пример 10.3.1

Магнитный поток паутины 6E − 5 существует в сердечнике, поперечное сечение которого имеет размеры 1 на 2 сантиметра. Определите плотность потока в теслах.

Сначала преобразуйте размеры в метры, чтобы найти площадь.2} \ nonumber \]

\ [B = 0,3T \ nonumber \]

Закон Ома для магнитных цепей (закон Гопкинсона или Роуленда)

Между магнитными и электрическими цепями проводится общая параллель, а именно закон Гопкинсона (закон Роуленда). Для электрических цепей закон Ома гласит:

\ [V = I R \ nonumber \]

Аналогично для магнитных цепей:

\ [\ boldsymbol {F} = \ Phi \ boldsymbol {R} \ label {10.6} \]

Где

\ (\ boldsymbol {F} \) — магнитодвижущая сила (или MMF) в ампер-витках,

\ (\ Phi \) — магнитный поток в веберах,

\ (\ boldsymbol {R} \) — сопротивление материала в ампер-витках / Вебере.

Магнитодвижущая сила сравнивается с напряжением источника или электродвижущей силой (ЭДС), магнитный поток сравнивается с потоком тока, а реактивное сопротивление заменяет сопротивление (то есть, с одной стороны, у нас есть материал, который сопротивляется потоку ток, а с другой стороны, материал, у которого есть «сопротивление» для установления магнитного потока). Кроме того, магнитодвижущая сила — это произведение тока, протекающего через катушку, и количества витков или витков в катушке:

\ [\ boldsymbol {F} = N I \ label {10.7} \]

Где

\ (\ boldsymbol {F} \) — магнитодвижущая сила в ампер-оборотах,

\ (N \) — количество витков или витков в катушке,

\ (I \) — ток в катушке в амперах.

Уравнение сопротивления имеет хорошую параллель с уравнением сопротивления (уравнение 2.11 из главы 2):

\ [R = \ frac {\ phi l} {A} \ nonumber \]

\ [\ boldsymbol {R} = \ frac {l} {\ mu A} \ label {10.8} \]

Где

\ (\ boldsymbol {R} \) — сопротивление в ампер-витках / по Веберу,

\ (l \) — длина материала в метрах,

\ (A \) — площадь поперечного сечения материала в квадратных метрах,

\ (\ mu \) — проницаемость материала в генри / метр.

Учитывая характеристики катушки и длину пути магнитной цепи, магнитный поток приводит к возникновению намагничивающей силы \ (H \).

\ [H = \ frac {N I} {l} \ label {10.9} \]

Где

\ (H \) — сила намагничивания в ампер-витках / метр,

\ (N \) — количество витков или витков в катушке,

\ (I \) — ток катушки в амперах,

\ (l \) — длина магнитного пути в метрах.

Уравнение \ ref {10.8} показывает, что ферромагнитные материалы (то есть материалы с высокой проницаемостью, такие как сталь) имеют низкое сопротивление. Практическая проблема здесь в том, что \ (\ mu \), в отличие от удельного сопротивления \ (\ rho \) резисторов, не является постоянной величиной для таких материалов. Он может значительно различаться, как видно на общей диаграмме, представленной на рисунке 10.3.2. . В результате непрактично находить сопротивление таким же образом, как мы находим сопротивление. Однако еще не все потеряно.

Рисунок 10.3,2 : Типичная кривая проницаемости для материала с высокой проницаемостью.

Плотность магнитного потока и соответствующая сила намагничивания для любого данного материала связаны следующим уравнением:

\ [B = \ mu H \ label {10.10} \]

Где

\ (B \) — плотность потока в теслах,

\ (\ mu \) — проницаемость материала в генри / метр,

\ (H \) — сила намагничивания в ампер-витках / метр.

Еще раз, сложность здесь — проницаемость материала керна.{-6} H / m \ label {10.11} \]

Для других материалов, таких как листовая или литая сталь, мы пойдем другим путем; а именно полученная эмпирическим путем кривая, которая отображает зависимость плотности потока \ (B \) от силы намагничивания \ (H \). Такие графы обычно называют «кривыми \ (BH \)». Пример показан на рисунке 10.3.3. . Ясно, что эта кривая не является хорошей прямой линией или даже очевидной предсказуемой функцией. Сразу бросаются в глаза начальные крутые подъемы, за которыми следует сглаживание кривой.Это сплющивание соответствует насыщению магнитного материала. Напротив, график для воздуха показал бы прямую линию с очень пологим уклоном. Как мы увидим, возможность достичь высокой плотности магнитного потока для данной силы намагничивания приведет к созданию эффективной и действенной магнитной цепи. Таким образом, хотя воздух обладает положительным свойством ненасыщения, результирующая плотность потока мала, что обычно приводит к снижению производительности.

Рисунок 10.3.3 : Общая кривая \ (BH \).

Кривая BH

Процесс создания кривой \ (BH \) выглядит следующим образом. Сначала мы создаем ядро ​​исследуемого материала. Затем на этот сердечник наматывается катушка с проволокой. Пример показан на рисунке 10.3.4. . Здесь у нас есть базовый тороид с катушкой на \ (N \) витков.

Рисунок 10.3.4 : Тороидальный сердечник с катушкой.

Начнем с того, что система находится в состоянии покоя и не находится под напряжением. На катушку подается небольшой ток \ (I \). Это создает намагничивающую силу согласно уравнению \ ref {10.9}. Будет соответствующая плотность потока в соответствии с Уравнением \ ref {10.10}.

Затем ток увеличивается. Это приводит к увеличению силы намагничивания и соответствующему изменению плотности магнитного потока. Сила тока увеличивается до тех пор, пока кривая не станет плоской, указывая на то, что насыщение достигнуто. Эта траектория показана пунктирной линией на рисунке 10.3.5. , начиная с точки \ (\ boldsymbol {a} \) с точкой \ (\ boldsymbol {b} \), обозначающей насыщенность. Затем ток снижается. Это вызывает уменьшение намагничивающей силы, но, хотя плотность магнитного потока уменьшается, она не возвращается идеально по исходной траектории.Вместо этого кривая смещается над исходной.

Рисунок 10.3.5 : Построение кривой BH.

Со временем ток упадет до нуля. Это соответствует точке \ (\ boldsymbol {c} \) на графике на рисунке 10.3.5. . В этот момент, даже если в катушке нет тока, в сердечнике все еще есть магнитный поток. Результирующая магнитная индукция называется удерживающей способностью и является мерой остаточного магнетизма. Это явление позволяет намагничивать материалы.

Если мы теперь изменим направление тока катушки и начнем увеличивать его величину, плотность потока будет продолжать падать. В точке \ (\ boldsymbol {d} \) он достигнет нуля. Поскольку мы фактически принудили поток обратно к нулю, мы называем намагничивающую силу, необходимую для этого, коэрцитивной силой или коэрцитивной силой.

По мере увеличения величины тока плотность потока также увеличивается, но с противоположным знаком. В конце концов, в точке \ (\ boldsymbol {e} \) снова достигается насыщение.Еще раз, если величина тока уменьшается, величина плотности потока также будет уменьшаться, но не будет точно прослеживаться вдоль исходной траектории. На этот раз он пойдет по более низкому пути. Когда ток снижается до нуля в точке \ (\ boldsymbol {f} \), сохраняемость зеркала становится очевидной. Дальнейшее положительное увеличение тока показывает зеркальную коэрцитивность в точке \ (\ boldsymbol {g} \). Наконец, когда ток увеличивается до максимума, мы снова достигаем насыщения в точке \ (\ boldsymbol {b} \).

Если ток снова переключается таким образом, процесс повторяется, и снова выбирается внешний путь, указанный стрелками.Таким образом, конкретное значение силы намагничивания может привести к различным значениям плотности потока: это зависит от недавней истории материала. Этот эффект известен как гистерезис и встречается также в других областях.

Фактически, опубликованные кривые \ (BH \) следуют за серединой петли гистерезиса. Пример кривых \ (BH \) для трех различных материалов сердечника показан на рисунке 10.3.6. 1 . Кривая A — для листовой стали (которая обычно используется в трансформаторах), кривая B — для литой стали, а кривая C — для чугуна.Мы будем использовать их в следующих примерах. Также доступны кривые для других материалов.

Рисунок 10.3.6 : Кривые BH для: A. Листовой стали B. Литой стали C. Чугуна

Пример 10.3.2

Предположим, что тороид на рисунке 10.3.4. изготовлен из литой стали, имеет катушку на 500 витков, сечение 2 см на 2 см и среднюю длину пути 50 см. Определите магнитный поток в паутине, если на катушку подается ток 0,3 ампер.

Мы будем использовать уравнение \ ref {10.9}, чтобы найти силу намагничивания, и по кривой \ (BH \) найдите плотность потока.

\ [H = \ frac {N I} {l} \ nonumber \]

\ [H = \ frac {500 \ text {повороты} \ times 0,3 A} {0,5 м} \ nonumber \]

\ [H = 300At / m \ text {(ампер-оборотов на метр)} \ nonumber \]

Стальное литье соответствует кривой B (зеленая) на рисунке 10.3.5. . Приличная оценка плотности потока — 0,52 тесла. Это соответствующая плотность потока. Чтобы найти поток, нам нужно найти площадь сердечника.2 \ nonumber \]

\ [\ Phi = 2.08E-4Wb \ nonumber \]

KVL для магнитных цепей

Беглый просмотр уравнений \ ref {10.7} и \ ref {10.9} показывает, что:

\ [\ boldsymbol {F} = H l = N I \ label {10.12} \]

Продолжая аналогию с законом Ома, произведение ампер-витков катушки, \ (NI \), аналогично увеличению напряжения. Далее, произведение \ (Hl \) аналогично падению напряжения. Если мы затем расширим аналогию, включив в нее концепцию закона Кирхгофа по напряжению, неудивительно, что сумма «подъемов» \ (NI \) должна равняться сумме «падений» \ (Hl \).В схеме рисунка 10.3.4 , есть одиночный «подъем» и единичный «спад». Таким образом, магнитная цепь аналогична минимальной электрической цепи, показанной на рисунке 10.3.7. . \ (\ boldsymbol {F} \) — магнитодвижущая сила, \ (NI \), а \ (\ boldsymbol {R} \) — сопротивление тороидального сердечника. Это сопротивление испытает «падение» \ (Hl \).

Рисунок 10.3.7 : Аналог электрической схемы для магнитной системы на Рисунке 10.3.4. .

Ядро может состоять из двух или более различных материалов, что эквивалентно последовательной цепи.В этом случае таблица, подобная той, что представлена ​​на рис. 10.3.8. может использоваться для помощи в вычислениях. В этой таблице каждому разделу ядра соответствует отдельная строка. Стол разделен на две стороны (обратите внимание на толстую разделительную линию в центре). В общем, мы будем работать над проблемами, когда мы знаем данные с левой стороны и нам нужно найти что-то с правой стороны, или наоборот. Мост между двумя сторонами (т. Е. Пересекающий толстую линию) представляет собой кривую \ (BH \) для материала этого конкретного участка.2 \))

Плотность потока

Б (Т)

Сила намагничивания

\ (H \) (Ат / м)

Длина

\ (длина \) (м)

«Капля»

\ (Hl \) (Ат)

1 2 Рисунок 10.3.8 : Формат таблицы, используемый для анализа магнитной цепи.

Пора привести несколько наглядных примеров. Мы рассмотрим простую систему, подобную показанной на рис. 10.3.4. , двухсекционный сердечник, сердечник с воздушным зазором и сердечник с двумя катушками.

Пример 10.3.3

Предположим, что основная часть рисунка 10.3.9 изготовлен из листовой стали, имеет катушку на 200 витков, сечение 1 см на 1 см и среднюю длину пути 12 см. Определите ток катушки, необходимый для достижения магнитного потока 1E-4.

Рисунок 10.3.9 : Магнитная система для примера 10.3.3 .

Аналогичная схема состоит из одного источника и сопротивления, как на рисунке 10.3.7. . Таким образом,

\ [N I = H_ {лист} l_ {лист} \ nonumber \]

Мы начнем с заполнения тех частей таблицы, к которым можно обращаться напрямую, таких как длина пути, площадь и поток. Не забудьте перевести сантиметры в метры.

Раздел

Флюс

\ (\ Phi \) (Вб)

Площадь

\ (А \) (м \ (^ 2 \))

Плотность потока

Б (Т)

Сила намагничивания

\ (H \) (Ат / м)

Длина

\ (длина \) (м)

«Капля»

\ (Hl \) (Ат)

Листовая сталь 1E − 4 1E − 4 0.2\))»> 1E − 4 1 190 0.12 22,8

Это «падение» составляет 22,8 ампер-витков, а катушка имеет 200 витков. Следовательно, требуемый ток:

\ [I = \ frac {H l} {N} \ nonumber \]

\ [I = \ frac {22.8At} {200 т} \ nonumber \]

\ [I = 114 мА \ nonumber \]

Далее рассмотрим ядро ​​с двумя секциями.

Пример 10.3.4

Учитывая магнитную систему, показанную на рисунке 10.3.10 Предположим, что секция A изготовлена ​​из листовой стали, а секция B — из литой стали.Каждая часть имеет сечение 2 см на 2 см. Длина пути A составляет 12 см, а длина пути B — 4 см. Если в катушке 50 витков, определите ток катушки, необходимый для достижения магнитного потока 2E-4.

Рисунок 10.3.10 : Магнитная система для примера 10.3.4 .

Аналогичная схема состоит из одного источника и двух сопротивлений. Это показано на рисунке 10.3.11. .

Следовательно:

\ [N I = H_ {лист} l_ {лист} + H_ {cast} l_ {cast} \ nonumber \]

В нашей таблице будет две строки, одна для листовой стали, а вторая для литой стали.Для первой строки потребуется использовать кривую A (листовая сталь) из рисунка 10.3.6. а для второго ряда потребуется кривая B (стальное литье).

Рисунок 10.3.11 : Аналогичная электрическая схема для системы на Рисунке 10.3.10. .

Поток, как и ток в последовательном контуре, будет одинаковым в обеих секциях. Отсюда мы можем заполнить ряд других значений в таблице, чтобы получить:

Раздел

Флюс

\ (\ Phi \) (Вб)

Площадь

\ (А \) (м \ (^ 2 \))

Плотность потока

Б (Т)

Сила намагничивания

\ (H \) (Ат / м)

Длина

\ (длина \) (м)

«Капля»

\ (Hl \) (Ат)

Листовая сталь 2E − 4 4E − 4 0.2\))»> 4E − 4 0,5 290 0,04 11,6

Используя нашу аналогию с KVL, общее «падение» составляет 8,4 при + 11,6 ат, или 20 ампер. Катушка была указана как имеющая 50 витков. Следовательно:

\ [I = \ frac {H l} {N} \ nonumber \]

\ [I = \ frac {20 At} {50 т} \ nonumber \]

\ [I = 400 мА \ nonumber \]

Обратите внимание, что даже несмотря на то, что секция из литой стали короче секции из листовой стали, она дает большую «каплю»; точно так же, как резистор большего размера в электрической цепи.Это требует большего тока в катушке, чем если бы весь сердечник был сделан из листовой стали.

Наконец, должно быть очевидно, что потребление тока можно уменьшить, если у катушки будет больше витков. Здесь есть практический предел, потому что все витки должны входить в отверстие сердечника. Когда это пространство заполнится, единственный способ увеличить количество витков — использовать провод более тонкого сечения, но это увеличивает сопротивление провода и потери мощности, а также снижает максимальную допустимую нагрузку по току.

Обработка воздушных зазоров

В некоторых системах в сердечнике имеется воздушный зазор. Если для остатка останется только один материал, это создаст систему, подобную изображенной на рисунке 10.3.12. . Основное наблюдение здесь заключается в том, что проницаемость воздуха намного ниже, чем у ферромагнитных материалов, и, таким образом, зазор будет иметь относительно большое сопротивление по сравнению с длиной его пути. Тогда возникает очевидный вопрос: зачем нам использовать пробел? Одна из возможностей — электромагнитное реле, внутреннее устройство которого показано на рисунке 10.3,13 .

Рисунок 10.3.12 : Аналогичная электрическая схема для системы с воздушным зазором.

Рисунок 10.3.13 : Внутреннее устройство электрического реле.

Чтобы создать реле, мы помещаем одну часть сердечника на шарнир, который можно удерживать в открытом состоянии с помощью небольшой пружины. Это создает воздушный зазор (непосредственно слева от сердечника на рисунке). Если мы подадим достаточно большой ток, результирующего магнитного потока будет достаточно, чтобы преодолеть натяжение пружины и закрыть вторую деталь на первой (т.е., магнитное притяжение). Как только это происходит, зазор исчезает, уменьшая сопротивление вокруг петли. Система будет оставаться закрытой до тех пор, пока ток катушки не будет отключен и восстанавливающая пружина снова не разорвет две части. Мы добавляем изолированные металлические контакты к движущейся секции, и в итоге мы получаем сверхмощный переключатель, который «приводится в действие» управляющим током, а не механическим рычагом, перемещаемым человеком.

Стоит повторить, что для воздушных зазоров вместо кривой \ (BH \) мы можем использовать Определение \ ref {10.2 \). Длина пути основного сердечника составляет 8 см, а длина пути зазора составляет 1 мм. Сколько витков потребуется катушке, чтобы при токе катушки 400 мА достигнуть магнитного потока 1,2E-4?

Рисунок 10.3.14 : Магнитная система для примера 10.3.5 .

Аналогичная схема состоит из одного источника и двух сопротивлений, одно для сердечника из листовой стали, а второе для воздушного зазора. Это показано на рисунке 10.3.12. . Далее аналогичное соотношение KVL:

\ [N I = H_ {лист} l_ {лист} + H_ {пробел} l_ {пробел} \ nonumber \]

В этой таблице будет две строки, одна для сердечника из листовой стали и одна для воздушного зазора.2 \))

Плотность потока

Б (Т)

Сила намагничивания

\ (H \) (Ат / м)

Длина

\ (длина \) (м)

«Капля»

\ (Hl \) (Ат)

Листовая сталь 1.2\))»> 3E − 4 0,4 1E − 3

Используя нашу аналогию с KVL, общее «падение» составляет 5,0 при + 318,3 ат или 523,3 ампера. Ток катушки был задан равным 400 мА.2 \) и длина жилы 20 см. Катушка одна состоит из 2000 витков, а вторая — из 500 витков. Если при токе 120 мА в катушке 1 достигается магнитный поток 2,4E-4, определите ток в катушке 2.

Рисунок 10.3.15 : Магнитная система для примера 10.3.6 .

Рисунок 10.3.16 : Аналогичная электрическая схема для системы на Рисунке 10.3.15. .

Аналогичная схема состоит из двух источников напряжения и одного сопротивления для сердечника из листовой стали.Это показано на рисунке 10.3.16. .

Аналогичное отношение KVL:

\ [N_1 I_1 −N_2 I_2 = H_ {лист} l_ {лист} \ nonumber \]

Поскольку мы ищем \ (I_2 \), мы можем преобразовать это уравнение в более полезную форму:

\ [N_2 I_2 = N_1 I_1 −H_ {лист} l_ {лист} \ nonumber \]

Для этой таблицы потребуется только одна строка. 2 \))

Плотность потока

Б (Т)

Сила намагничивания

\ (H \) (Ат / м)

Длина

\ (длина \) (м)

«Капля»

\ (Hl \) (Ат)

Листовая сталь 2.2 \))

Плотность потока

Б (Т)

Сила намагничивания

\ (H \) (Ат / м)

Длина

\ (длина \) (м)

«Капля»

\ (Hl \) (Ат)

Листовая сталь 2.2\))»> 3E − 4 0,8 100 0,2 20

Используя нашу аналогию с KVL, находим:

\ [N_2 I_2 = N_1 I_1 −H_ {лист} l_ {лист} \ nonumber \]

\ [N_2 I_2 = 2000 \ text {повороты} \ раз 120 мА −20 При \ nonumber \]

\ [N_2 I_2 = 240At −20 At \ nonumber \]

\ [N_2 I_2 = 220At \ nonumber \]

Катушка 2 была определена как имеющая 500 витков, следовательно, ее ток:

\ [I_2 = \ frac {220 At} {500 витков} \ nonumber \]

\ [I_2 = 440 мА \ nonumber \]

Ключевым моментом является то, что в предыдущем примере необходимо использовать переменный ток, чтобы функционировать, как описано.Постоянный ток не даст ожидаемых результатов. Причина этого восходит к определению 10.2.1 и уравнению 10.2.2: если поток не изменяется относительно проводящей катушки, в катушке не будет индуцироваться напряжение. Таким образом, хотя входной постоянный ток будет создавать поток в сердечнике, этот поток будет статическим и неизменным. Следовательно, вторая катушка не будет производить выходной сигнал. Напротив, переменный ток плавно изменяется по амплитуде и полярности. Это создает плавно изменяющийся магнитный поток, который, в свою очередь, позволяет индуцировать напряжение во второй катушке.

Предположим на мгновение, что в предыдущем примере использовался переменный ток, обратите внимание, что ток почти в четыре раза выше в катушке 2, чем в катушке 1. Если бы мы смогли уменьшить «падение» сердечника до нуля, возможно, за счет уменьшения сопротивления сердечника до пренебрежимо малого значения, то ток увеличился бы ровно в четыре раза (до 480 мА против 440 мА). Это то же самое, что отношение количества витков катушки один к количеству витков катушки два, и известно как отношение витков.Это ключевой параметр, описывающий трансформаторы, который как раз и является предметом следующего раздела.

Магнитная цепь

— ваше руководство по электрике

Замкнутый путь, за которым следует магнитный поток, известен как магнитная цепь . В магнитной цепи магнитный поток начинается из одной точки и заканчивается в той же точке. Магнитная цепь обычно состоит из магнитных материалов с высокой проницаемостью, таких как железо, мягкая сталь и т. Д., Поскольку они оказывают небольшое сопротивление магнитному потоку.

Магнитный поток обычно создается электрическим током через соленоид (имеющий большое количество витков. Существует три типа магнитных цепей:

    Магнитная цепь серии
  • Параллельная магнитная цепь
  • Последовательно-параллельные магнитные цепи

Магнитная цепь, состоящая из множества частей разных размеров и материалов, соединенных последовательно, называется последовательной магнитной цепью.

Рассмотрим составную магнитную цепь, состоящую из трех частей, имеющих разную длину, площадь поперечного сечения и относительную проницаемость.Он также имеет воздушный зазор.

В этом случае сопротивление каждой части будет различным в зависимости от размеров и относительной проницаемости этой части. Полное сопротивление будет суммой сопротивления отдельных частей. Один и тот же поток будет проходить через полные цепи.

Параллельная магнитная цепь

Магнитная цепь, которая имеет более одного пути для магнитного потока, называется параллельной магнитной цепью . Это похоже на параллельную электрическую цепь, в которой протекает более одного электрического тока.

Рассмотрим параллельную магнитную цепь, показанную на рисунке. На центральном плече намотана токоведущая катушка. Поток, создаваемый этой катушкой, делится в точке A на два пути, т.е.

  • Flux ɸ 1 проходит по пути AFEB,
  • Flux ɸ 2 проходит по пути ADCB

Очевидно, что ɸ = ɸ 1 + ɸ 2

Здесь два магнитных пути AFEB и ADCB параллельны, общий MMF, необходимый для этой параллельной цепи, будет равен MMF, необходимому для любого из выше указанных путей.

Плотность магнитного потока (B)

Поток на единицу площади определяется как плотность магнитного потока . Он измеряется в плоскости, перпендикулярной потоку.

Плотность магнитного потока, B = φ ÷ A
Единицы: Вебер на квадратный метр ( Вт / м 2 ) или тесла (Тл).

Напряженность магнитного поля

Напряженность магнитного поля или напряженность магнитного поля выражается в MMF на единицу длины магнитной цепи.

Напряженность магнитного поля, H = (N I ) ÷ l

, где N = количество витков намагничивающей катушки
I = ток через катушку
l = длина магнитного материала в метров
Единицы: ат / м.
Напряженность магнитного поля также известна как напряженность магнитного поля или сила намагничивания.

Проницаемость

Способность материала переносить магнитные линии потока известна как проницаемость этого материала.

Магнитные силовые линии могут очень легко проходить через материалы с высокой проницаемостью, такие как железо, сталь. Материалы с низкой проницаемостью, такие как дерево и т. Д., Не позволяют линиям потока легко проходить через них.

Абсолютная проницаемость

Это отношение плотности потока (B) в конкретной среде к напряженности магнитного поля (H), которое дает плотность магнитного потока. Обозначается µ.

Абсолютная проницаемость, µ = µ o µ r
Единицы: Генри / метр (H / m)


Проницаемость воздуха / пространства / вакуума

Если оставить магнит в воздухе или в вакууме соотношение плотности потока (B) и напряженности магнитного поля (H) определяется как проницаемость свободного пространства.Обозначается µ o .

Проницаемость свободного пространства , µ o = 4π x 10 -7 Гн / м


Относительная проницаемость

Отношение проницаемости материала к проницаемости для вакуума или воздуха известно как относительная проницаемость .

Относительная проницаемость, µ r = µ ÷ µ o

Не имеет единиц .

Относительная проницаемость вакуума, воздуха и всех немагнитных материалов равна 1.Относительная магнитная проницаемость всех магнитных материалов очень высока. Например, относительная проницаемость пермаллоя (никель 78% и железо 22%) составляет около 50000.

Магнитодвижущая сила (MMF)


Магнитодвижущая сила — это движущая сила, которая создает магнитный поток. Напряженность магнитного поля (H) определяется MMF.

Магнитодвижущая сила, MMF = N I

, где N = количество витков намагничивающей катушки
I = ток через катушку
Единицы: ампер-витки ( AT )


(S)

Это противодействие потоку магнитного потока со стороны магнитного материала.

Единица: AT / Wb

Сопротивление, S = l ÷ (µ x a)

, где l = длина магнитного пути в метрах.
a = площадь поперечного сечения магнитного пути в квадратных метрах.
µ = абсолютная проницаемость среды в Гн / м.
= µ o µ r
Следовательно, сопротивление, S = l ÷ (µ o µ r a)

Сопротивление также определяется соотношением MMF и величины магнитного потока. произведен.

, т.е. сопротивление, S = MMF ÷ поток

Сопротивление, S = (N I ) ÷ φ


Проницаемость

Проницаемость материала представляет собой легкость, с которой может быть произведено из этого материала. Это обратная реакция на сопротивление. Его единица измерения — Wb / AT или генри.


Магнитная восприимчивость


Намагниченность материала пропорциональна полю, а константа пропорциональности называется магнитной восприимчивостью.Другими словами, его можно определить как отношение намагниченности M к силе намагничивания H , т.е.

Магнитная восприимчивость, X м = M / H

Это безразмерная величина. Это мера того, насколько легко материал намагничивается в намагничивающем поле. Его значение для вакуума равно нулю, поскольку в вакууме не может быть намагниченности.

Мы можем классифицировать материалы по X м . Материалы с положительными значениями X м являются парамагнитными, а материалы с отрицательными значениями X м — диамагнитными.Для ферромагнитных материалов X м является положительным и очень большим.

Флюс утечки


Часть общего магнитного потока, протекающая через магнитную цепь, называется полезным магнитным потоком. Однако магнитный поток, который не полностью проходит через магнитный путь, а частично проходит через воздух, называется магнитным потоком рассеяния .


Математически, φ общий = φ полезный + φ утечка


Коэффициент утечки в магнитной цепи (λ)

Отношение общего создаваемого потока к полезному потоку называется коэффициентом утечки или коэффициентом утечки. .
Коэффициент утечки, λ = φ общий / φ полезный

Значение коэффициента утечки всегда больше единицы. Типичные значения коэффициента утечки от 1,12 до 1,25. В магнитных цепях утечку магнитного поля можно минимизировать, разместив катушки возбуждения как можно ближе к точкам, в которых должен использоваться магнитный поток.


Окантовка

Магнитные силовые линии отталкиваются друг от друга, проходя через немагнитный материал.Из-за этого, когда силовые линии пересекают воздушный зазор, они имеют тенденцию выпирать наружу. Этот эффект известен как окантовка .


Эффект окантовки заключается в том, что эффективная площадь воздушного зазора становится больше, чем площадь магнитного пути, и, следовательно, плотность магнитного потока в воздушном зазоре уменьшается. Эффект окантовки зависит от длины воздушного зазора. Чтобы свести к минимуму окантовку, длина воздушного зазора должна быть как можно меньше. Эффектом окантовки можно пренебречь, если длина воздушного зазора очень мала по сравнению с его шириной.

Спасибо, что прочитали «Основы магнитной цепи».

Электромагнетизм | Все сообщения

Магнитная цепь — Определение — Анализ

Магнитная цепь: Магнитная цепь — это замкнутый путь, по которому проходят силовые линии магнитного поля. В магнитной цепи используются материалы с высокой проницаемостью, такие как мягкая сталь, железо и т. Д. Материалы с высокой степенью проницаемости будут оказывать очень низкое сопротивление потоку магнитного потока.

Рассмотрим катушку, показанную на рисунке ниже.

В катушке имеется N витков, и эта катушка намотана на прямоугольный железный сердечник. Когда мы пропускаем ток «I» через катушку, в железном сердечнике создается магнитный поток Φ. Поток будет следовать по пути ABCDA, а направление магнитного потока задается «правилом большого пальца правой руки».

Магнитный поток Φ зависит от величины тока «I» и количества витков «N» катушки.

Произведение «N» и «I» называется MMF или магнитодвижущей силой. MMF будет определять величину магнитного потока, создаваемого в магнитной цепи.

m.m.f. = N I ампер оборотов

Важные термины

Прежде чем приступить к дальнейшему анализу, мы обсудим следующие три термина.

1. Магнитодвижущая сила (м.м.д.)

Магнитодвижущая сила — это величина магнитного давления, которая отвечает за создание магнитного потока в магнитной цепи.Математически m.m.f. представляет собой произведение количества витков «N», присутствующих в катушке, и тока «I», проходящего через катушку.

m.m.f. = N I ампер оборотов (AT)

Другими словами, m.m.f. можно понять как количество раз, когда линии магнитного поля соединяются с текущей временной величиной тока.

2. Сопротивление

Сопротивление — это сопротивление потоку магнитного потока. Это можно представить как сопротивление в электрической цепи, которое будет противодействовать протеканию тока.

Магнитное сопротивление зависит от физических размеров, таких как длина и площадь поперечного сечения. Это также зависит от типа материала, то есть проницаемости материала, из которого состоит магнитная цепь.

Где l — длина, a — площадь поперечного сечения, μ r — относительная проницаемость, а μ 0 — проницаемость материала в свободном пространстве.

Магнитные материалы, такие как сталь и железо, имеют низкое сопротивление, потому что их относительная магнитная проницаемость высока и, следовательно, будет оказывать очень слабое сопротивление потоку силовых линий магнитного поля.

3. Проницаемость

Проницаемость — это мера силы, с которой силовые линии магнитного поля (поток) могут проходить через цепь.

Проницаемость можно рассматривать как аналог проводимости электрической цепи.

Анализ магнитных цепей

Для анализа магнитной цепи давайте рассмотрим схему, состоящую из железного сердечника с катушкой с числом витков «N». Ток «I» проходит через катушку, и в сердечнике создается магнитный поток Φ.

Сердечник имеет размер 1 метр, который представляет собой среднюю длину сердечника, то есть длину WXYZW и площадь поперечного сечения «a» квадратных метров. Наконец, μ r — относительная проницаемость керна.

Теперь плотность потока в сердечнике B равна

Сила намагничивания в материале H составляет,

Поскольку сила намагничивания H равна магнитодвижущей силе на единицу длины «l» и выражается как,

В числителе данного выражения стоит m.м.ф. или магнитодвижущая сила. И член знаменателя приведенного выше выражения — сопротивление. Итак, приведенное выше выражение магнитного потока можно записать как,

Аналогия между электрической цепью и магнитной цепью

Соотношение магнитного потока, полученное при анализе магнитной цепи, показывает, что магнитный поток является отношением m.m.f. и нежелание. Из этого соотношения мы можем видеть сопоставимость отношения магнитного потока с законом Ома (I = E / R).

М.м.ф. сравнима с ЭДС электрической цепи. Кроме того, сопротивление аналогично сопротивлению электрической цепи, и, наконец, магнитный поток аналогичен электрическому току.

Аналогию между электрической цепью и магнитной цепью можно резюмировать в таблице ниже.

Магнитная цепь Электрическая цепь
M.M.F. Напряжение или ЭДС
Флюс Текущий
Сопротивление Сопротивление
Плотность потока Плотность тока
Напряженность магнитного поля Нет эквивалента

Разница между электрической цепью и магнитной цепью

Важное различие между электрической цепью и магнитной цепью заключается в следующем:

  1. В магнитной цепи не расходуется энергия.Проще говоря, энергия требуется для создания магнитного потока, но не для его поддержания. Но в случае электрической цепи, энергия потребляется цепью до тех пор, пока через цепь течет ток, который будет рассеиваться в виде тепла.
  2. На практике сопротивление электрической цепи постоянно, так как сопротивление зависит от удельного сопротивления, а удельное сопротивление незначительно изменяется с повышением температуры, однако сопротивление не является постоянной величиной.Сопротивление зависит от плотности потока (B).
  3. В случае магнитной цепи мы используем закон Кирхгофа и закон MMF, тогда как в электрической цепи мы используем закон Кирхгофа по напряжению и току.

Воздушные зазоры в магнитной цепи

В магнитной цепи присутствуют небольшие воздушные зазоры, поскольку это становится необходимостью в некоторых практических приложениях. Как и в случае с электродвигателем, между ротором и статором имеется небольшой воздушный зазор для облегчения механического зазора.

Сопротивление воздушного зазора велико, так как для воздушного зазора относительная проницаемость μ r равна 1.

Здесь l g — длина воздушного зазора, а g — его площадь поперечного сечения.

Магнитная цепь серии

В последовательной магнитной цепи одинаковая величина магнитного потока Φ протекает через каждую часть цепи, и это сравнимо с последовательной электрической цепью, в которой через цепь протекает такое же количество тока.

На рисунке ниже показана составная магнитная цепь, которая представляет собой последовательную цепь, состоящую из частей, имеющих разные размеры и разные материалы.

Серия магнитных цепей состоит из трех различных материалов вместе с воздушным зазором. Различные материалы в контуре имеют свою относительную проницаемость. Кроме того, разные части имеют свои различия в площади поперечного сечения, и, следовательно, плотность потока также будет различной во всех этих частях.

Общая м.м.д. Требуемый для создания магнитного потока Φ составляет,

Параллельная магнитная цепь

В параллельной магнитной цепи существует более одного пути, по которому силовые линии магнитного поля (поток) протекают в цепи. Это сопоставимо с параллельной электрической цепью.

На рисунке ниже показана параллельная магнитная цепь.

Здесь катушка устанавливает общий магнитный поток Φ в цепи, который делится на параллельные пути BE и BCDE.

Рассмотрим,
S1 = сопротивление пути EFAB
S2 = сопротивление пути BE
S3 = сопротивление пути BCDE


ИНЖЕНЕРНЫЕ ЗАМЕТКИ В СЕТИ: УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О МАГНИТНЫХ ЦЕПИ

Магнитные цепи | Инженерные заметки онлайн

Магнитная цепь

Магнитный поток ф g , который проходит через воздушный зазор в структуре, показанной на рисунке 4.2, представляет собой часть общего потока, генерируемого током, протекающим в катушке, окружающей материал сердечника.

Этот общий поток ф, который проходит через замкнутую в катушку площадь поперечного сечения, создается током катушки и пропорционален как величине тока катушки i, так и общему количеству витков N провода, составляющего катушку. Произведение N и i называется магнитодвижущей силой катушки. Коэффициент пропорциональности в соотношении между общим магнитным потоком, создаваемым током катушки и mmf катушки, имеет единицы магнитного потока (измеренные в веберах) на единицу mmf (измеренные в ампер-витках).

Поскольку полный поток ф пропорционален силовому члену — ммс, — можно провести простую аналогию между магнитной цепью и электрической цепью. В электрической цепи постоянного тока ток i течет из-за электродвижущей силы (ЭДС) Е. Закон Ома для электрической цепи гласит, что

где R — сопротивление цепи протеканию тока. Тогда «закон магнитного Ома» равен

.

где R — сопротивление магнитной цепи потоку магнитного потока.Этому сопротивлению потоку R было присвоено специальное название, чтобы отличать его от сопротивления потоку тока. Мы называем это сопротивлением магнитной цепи.

Сопротивление магнитной цепи будет приблизительно постоянным, пока плотность потока в любой части цепи ниже плотности потока насыщения для этой части цепи. Ферромагнитные материалы насыщаются магнитным потоком при уровнях плотности приблизительно 1-2 Тесла = 1-2 Вебера / (метр) 2 .На уровнях плотности, близких к этому значению насыщения, эффективное сопротивление материала быстро возрастает. На уровнях плотности ниже значения насыщения сопротивление ферромагнитных элементов намного ниже, чем у элементов сопоставимого размера, построенных из немагнитных материалов.

Чтобы построить представление простой сосредоточенной магнитной цепи для структуры магнитного выключателя, показанной на Рисунке 4.2, мы должны помнить, что полный поток, создаваемый катушкой, должен состоять из двух компонентов: составляющей зазора г , которая протекает через катушка, структура сердечника, якорь и зазор, а также элемент утечки , который протекает через катушку, часть структуры сердечника и канал утечки воздуха.На рис. 4.4a показаны два компонента, протекающие по своим физическим путям.

На рисунке 4.4b показан электрический эквивалент «магнитной цепи» устройства. Здесь катушка mmf показана как источник постоянного напряжения с величиной Ni, а магнитные сопротивления различных путей потока показаны как эквивалентные сопротивления.

Реактивная часть сердечника, которая несет как поток рассеяния, так и поток зазора, обозначена как R c ; сопротивление участка воздушного канала пути потока рассеяния обозначено как R ; сопротивление сердечника и части якоря на пути потока зазора обозначено как R ca ; а реактивное сопротивление зазора обозначено как R g .Фактические значения сопротивлений R c , R , R ca и R g определяются эффективными площадями поперечного сечения соответствующих путей потока, эффективными длинами соответствующих путей потока и магнитные проницаемости соответствующих путей потока. Если материал пути представляет собой ферромагнитный материал, такой как железо, сопротивление пути также будет функцией уровня плотности потока внутри пути, если уровень плотности близок или превышает значение насыщения.

В общем случае для любого заданного пути сопротивление пути равно

, где L p — эффективная длина пути, A p — эффективная площадь поперечного сечения пути, а µ p — магнитная проницаемость среды пути. Если среда пути является ферромагнитной, при высоких уровнях потока на пути, ф p , поток, мы имеем µ p = µ p p ). Поскольку поток в зазоре и поток утечки являются воздушными путями, оба пути проницаемости равны проницаемости свободного пространства µ o , что является строгой константой и не зависит от уровня потока в тракте.

Для разрыва имеем примерно

, где θ g — угловое открытие зазора, измеренное с якорем в его удерживаемом положении. Если мы определим

у нас тогда

Теперь из простого анализа цепи постоянного тока схемы на рис. 4.4b, мы имеем

или, если мы нормализуем сопротивление цепи как «видимое» из зазора, R ca + R R c / (R + R c ) до максимального сопротивления зазора R gmax , и пусть это отношение назовем долей магнитного сопротивления кадра m, имеем

Поскольку сердечник и якорь изготовлены из магнитных материалов, в целом мы имеем

Этот последний результат предполагает, что доля магнитного сопротивления кадра m является небольшой величиной.Однако при высоких уровнях насыщения сердечника или якоря эти приближения становятся менее точными, и значение m будет расти. Некоторые устройства построены со стоимостью, разработанной «временем», — рэндов c рупий. Для устройств, «спроектированных по времени», магнитное сопротивление на пути магнитного потока в сердечнике R c является высоким в течение части их рабочего времени. Таким образом, приведенные выше приближения также неверны.

Зачем нужен воздушный зазор в магнитной цепи и как его рассчитать?

В этом блоге мы рассмотрим теорию воздушных зазоров в магнитных цепях.Магнитная цепь — это то место, где магнитный поток циркулирует или проходит через замкнутую область или путь. Воздушный зазор — это немагнитная часть магнитной цепи, и она обычно магнитно соединена последовательно с остальной частью цепи. Это позволяет значительной части магнитного потока проходить через зазор. В зависимости от применения воздушный зазор может быть заполнен немагнитным материалом, таким как газ, вода, вакуум, пластик, дерево и т. Д., И не обязательно только воздухом. Ну, а какова функция воздушной прослойки?

Зачем нужен воздушный зазор в магнитной цепи?

Рассмотрим магнитную цепь с воздушным зазором, как показано ниже.Давайте обсудим различные причины, по которым воздушные зазоры имеют решающее значение в практических приложениях. В этой цепи есть только один путь для магнитной цепи, поэтому ее можно назвать последовательной магнитной цепью.

Рис. 1. Последовательная магнитная цепь с воздушным зазором

Одна из основных причин появления воздушного зазора — увеличение сопротивления магнитной цепи. Количество воздуха или другого немагнитного материала, такого как волокнистая пластина или волокнистая плита, увеличивает сопротивление цепи, тем самым увеличивая количество тока, который мы могли бы подать в катушку, прежде чем мы достигнем насыщения.Кроме того, воздушные зазоры помогают магнитному потоку расширяться за пределы магнитной цепи. Этот поток выходит в соседний воздушный канал, и такие пути для потока называют полосами потока, что приводит к неоднородной плотности потока в воздушном зазоре. По мере увеличения воздушного зазора увеличивается флюсовая окантовка и наоборот. При небольших воздушных зазорах окантовкой можно пренебречь, если не указано иное. Однако с большим воздушным зазором нам, возможно, придется принять во внимание это изменение площади, когда мы начнем проводить расчеты плотности потока.

Как рассчитать плотность потока в воздушном зазоре?

Давайте посмотрим на основную формулу для расчета плотности потока.

Плотность потока, B г = Φ г / A г

где, B — плотность магнитного потока в теслах (Тл)

Φ — магнитный поток в Веберсе (Вб)

A — площадь в квадратных метрах (m2)

Как мы знаем, проницаемость любого материала может быть выражена как отношение плотности магнитного потока к напряженности магнитного поля материала.Это можно выразить как

.

мк = B / H

где μ — проницаемость материала, Генри / метр

H — напряженность магнитного поля, ампер-виток / метр

B — плотность потока, тесла

Решая приведенное выше уравнение относительно B, получаем

B = μ x H… .. (Уравнение 1)

Теперь сила намагничивания воздушного зазора определяется следующим образом:

H = Fm / l….. (Уравнение 2)

где, Fm — магнитодвижущая сила (ммс), в ампер-витках, l — длина материала (зазора), в метрах

Подставляя значение H из уравнения 2 в уравнение 1, мы получаем

B = μ x (Фм / л)

Решая приведенное выше уравнение для магнитодвижущей силы, получаем

Fm = Bl / μ …….. (Уравнение 3)

Предположим, что у нас есть воздушный зазор, а проницаемость воздуха (свободного пространства) постоянна

мкм воздух = 4π x 10 -7 Гн / м

Заменяя значение μ в уравнении 3, мы получаем очень простую формулу для определения магнитодвижущей силы, необходимой для создания определенного потока в воздушном зазоре.

F м = BL / (4π x 10 -7 )

Воздушный зазор может иметь различную форму, форму и размер в зависимости от типа магнитной цепи и ее формы. В некоторых схемах это может быть фактически неотъемлемая часть, обеспечивающая правильную работу устройства, но в других случаях она должна быть как можно меньше. Такие требования будут определяться принципом работы, производительностью, размером, эффективностью и многими другими технологическими факторами.

Мы надеемся, что это было полезно для вас как для технического специалиста или студента, выходящего на поле.Если у вас есть какие-либо вопросы о программах по электронике или электромеханику, вы можете связаться с одним из наших консультантов по программе по бесплатному телефону 1-888-553-5333 или по электронной почте [email protected]

Магнитные цепи — Inst Tools

Магнитные цепи

Магнитную цепь можно сравнить с электрическим током, в котором ЭДС или напряжение создает ток. Ампер-витки (NI) или магнитодвижущая сила (F м или ммс) будут создавать магнитный поток Φ (Рисунок 26).МДС можно сравнить с ЭДС, а поток (Φ) можно сравнить с током.

Уравнение ниже представляет собой математическое представление магнитодвижущей силы, полученное с использованием закона Ома,

.

I = E / R

где

Φ = магнитный поток, Вт
F м = магнитодвижущая сила (ммс), при
R = сопротивление, Ат / Вт

Рисунок 26 — Магнитный ток с замкнутым железным путем

Уравнение ниже является математическим представлением сопротивления.

где

R = сопротивление, At / Wb
L = длина катушки, м
µ = магнитная проницаемость, ((Т — м) / At)
A = площадь поперечного сечения катушки, м 2

Пример: катушка имеет mmf 600 Ат и сопротивление 3 × 10 6 Ат / Вт. Найдите полный поток Φ

Решение:

Φ = ммс / R =

Φ = 600 Ат / (3 × 10 6 ) Ат / Wb = 200 мкВт

BH Кривая намагничивания

Кривая намагничивания BH (Рис. 27) показывает, сколько плотности потока (B) возникает в результате увеличения интенсивности потока (H).Кривые на Рисунке 27 относятся к двум типам сердечников из мягкого железа, построенным для типичных значений. Кривая для мягкого железа 1 показывает, что плотность потока B быстро увеличивается с увеличением интенсивности потока H, прежде чем сердечник насыщается или не разовьется «изгиб». После этого увеличение интенсивности потока H практически не влияет на плотность потока B. Мягкое железо 2 требует гораздо большего увеличения интенсивности потока H, прежде чем оно достигнет уровня насыщения при H = 5000 Ат / м, B = 0,3 Тл.

Воздух, который не является магнитным, имеет очень низкий профиль BH, как показано на Рисунке 27.

Рисунок 27 Типичная кривая BH для двух типов мягкого железа

Проницаемость (µ) магнитного материала — это отношение B к H.

Уравнение ниже представляет собой математическое представление проницаемости магнитного материала.

Среднее значение проницаемости измеряется там, где впервые устанавливается точка насыщения или колено. На рисунке 27 показано, что нормальная или средняя проницаемость для двух утюгов выглядит следующим образом.

В единицах СИ проницаемость вакуума составляет µ o = 4πx10 -7 Гн / м или 1.26 x 10 -6 или Т-м / ат. Для расчета проницаемости значение относительной проницаемости µ r необходимо умножить на µ o .

Уравнение — это математическое представление проницаемости.

µ = µ r x µ o

Пример: Найдите проницаемость материала с относительной проницаемостью 100.

µ = µ r x µ o

= 100 (1,26 x 10 -6 ) Т-м / при

Гистерезис

Когда ток в катушке меняет направление тысячи раз в секунду, гистерезис может вызвать значительную потерю энергии.Гистерезис определяется как «отставание». Магнитный поток в железном сердечнике отстает от силы намагничивания.

Петля гистерезиса представляет собой серию кривых, показывающих характеристики магнитного материала (Рисунок 28). Противоположные направления тока приведут к противоположным направлениям интенсивности потока, показанным как + H и -H. Противоположные полярности также показаны для плотности потока как + B или -B. Ток начинается в центре (с нуля), когда он не намагничен.

Положительные значения H увеличивают B до точки насыщения или + B max , как показано пунктирной линией.Затем H уменьшается до максимального нуля, но B падает до значения B r из-за гистерезиса. При изменении исходного тока H становится отрицательным. B падает до нуля и продолжает до -B max .

По мере уменьшения значений -H (менее отрицательных), B уменьшается до -B max, когда H равно нулю. При положительном колебании тока H снова становится положительным, создавая насыщение при + B max . Петля гистерезиса завершена. Цикл не возвращается к нулю из-за гистерезиса.

Значение + B r или -B r , которое представляет собой плотность магнитного потока, остающуюся после того, как сила намагничивания равна нулю, называется удерживающей способностью этого магнитного материала. Значение -H c , которое представляет собой силу, которая должна быть приложена в обратном направлении для уменьшения плотности магнитного потока до нуля, называется коэрцитивной силой материала.

Чем больше площадь внутри петли гистерезиса, тем больше гистерезисные потери.

Рисунок 28 — Петля гистерезиса для магнитных материалов

Магнитная индукция

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем в 1831 году.Фарадей обнаружил, что если проводник «пересекает» силовые линии магнитного поля или если магнитные силовые линии пересекают проводник, в проводнике индуцируется напряжение или ЭДС. Рассмотрим магнит с его силовыми линиями от Северного полюса до Южного полюса (рисунок 29). Провод C, который можно перемещать между полюсами магнита, подключен к гальванометру G, который может определять наличие напряжения или ЭДС. Когда проводник не движется, гальванометр показывает нулевую ЭДС.

Если проводник движется вне магнитного поля в положении 1, гальванометр все равно показывает нулевую ЭДС.Когда проводник перемещается в положение 2, силовые линии магнитного поля будут перерезаны проводником, и гальванометр отклонится в точку A. Перемещение проводника в положение 3 приведет к возврату гальванометра к нулю. При изменении направления движения проводника (3 к 1) наблюдаются те же результаты, но с противоположной полярностью. Если мы удерживаем проводник неподвижно в магнитных силовых линиях в позиции 2, гальванометр покажет ноль. Этот факт показывает, что между проводником и магнитными силовыми линиями должно быть относительное движение, чтобы вызвать ЭДС.

Рисунок 29 — Индуцированная ЭДС

Наиболее важное применение относительного движения наблюдается в электрических генераторах. В генераторе постоянного тока электромагниты расположены в цилиндрическом корпусе. Проводники в форме катушек вращаются на сердечнике, так что катушки непрерывно пересекают магнитные силовые линии. В результате в каждом из проводников возникает напряжение. Эти проводники соединены последовательно, и индуцированные напряжения складываются для получения выходного напряжения генератора.

Закон наведенного напряжения Фарадея

Величина наведенного напряжения зависит от двух факторов:

  1. количество витков катушки, а
  2. , насколько быстро проводник пересекает магнитные силовые линии или магнитный поток.

Приведенное ниже уравнение является математическим представлением закона наведенного напряжения Фарадея.

где
В ind = индуцированное напряжение, В

N = количество витков в катушке

∆Φ / ∆t = скорость, с которой поток пересекает проводник, Вт / с

Пример 1:

Дано: Поток = 4 Вт.Поток равномерно увеличивается до 8 Вт за 2 секунды. Найдите наведенное напряжение в катушке с 12 витками, если катушка неподвижна в магнитном поле.

Решение:

∆Φ = 8Wb — 4Wb = 4Wb

∆t = 2 с

, то ∆Φ / ∆t = 4Вт / 2с = 2Вт / с

Винд = -12 (2) = -24 Вольт

Пример 2: Каково индуцированное напряжение в примере 1, если магнитный поток остается 4 Вт через 2 с?

Решение:

В инд. = — 12 (0/2) = 0 В

В Примере 2 напряжение не индуцируется.Это подтверждает принцип, согласно которому между проводником и магнитным потоком должно существовать относительное движение, чтобы вызвать напряжение.

Закон Ленца

Закон Ленца определяет полярность наведенного напряжения. Индуцированное напряжение имеет полярность, которая противодействует изменению, вызывающему индукцию. Когда ток течет из-за индуцированного напряжения, вокруг этого проводника создается магнитное поле, так что магнитное поле проводника вступает в реакцию с внешним магнитным полем.

Создает индуцированное напряжение, препятствующее изменению внешнего магнитного поля.Отрицательный знак в приведенном выше уравнении указывает на то, что ЭДС направлена ​​в таком направлении, чтобы создать ток, поток которого, если его добавить к исходному потоку, уменьшит величину ЭДС.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *