Сердечник трансформатора: характеристики основных видов
Трансформатор служит для преобразования напряжения переменного тока. Он состоит из сердечника с двумя или несколькими обмотками. На одну из катушек подаётся переменное напряжение. Проходящий при этом через неё ток, вызывает изменение во времени магнитного потока в сердечнике.
Этот поток пронизывает все обмотки и по закону электромагнитной индукции наводит в них ЭДС. В зависимости от соотношения числа витков в катушках исходное напряжение во вторичной обмотке повышается или понижается в сравнении с поданным.
Сердечник необходим для более эффективной трансформации напряжения уменьшения потерь на рассеянии.
Сердечник трансформатора испытывает значительное воздействие переменного магнитного поля. Это приводит к возникновению вихревых токов. В результате происходит нагревание магнитопровода что приводит к потерям энергии.
Изготавливаются сердечники из стали, перемагничивание которой также приводит к бесполезному расходованию электроэнергии.
Как уменьшить потери
Величина потерь на перемагничивание зависит от нескольких факторов:
- свойств вещества из которого изготовлен сердечник. Материалы плохо поддающиеся намагничиванию, так же с трудом перемагничиваются. И тем большая энергия расходуется, что выражается в нагревании;
- частоты перемагничивания;
- наибольшего значения магнитной индукции.
Потери уменьшают за счёт использования специальной трансформаторной стали. Она требует меньшую энергию на перемагничивание в сравнении с другими веществами.
Вихревые токи достигают наибольших значений в массивных проводниках из-за их малого сопротивления. Для их уменьшения необходимо увеличить электрическое сопротивление. Этого достигают за счёт набора сердечника из отдельных листов. Толщина стальных пластин выбирается не более 0,5 мм.
Чтобы при нагревании листы между собой не сплавились, для снижения потерь на вихревые токи пластины изолируют друг от друга. В качестве разделителя используют лак, окалину. Существуют химические способы изоляции стальных листов. Прослойки оказывают вихревым токам сильное сопротивление, купируют их действие, что значительно снижает энергопотери.
Основные виды сердечников
Трансформаторы имеют различные сферы применения, технические характеристики, габариты. Они отличаются и по типу магнитопроводов. Конструктивно сердечники разделены на три основных вида:
- стержневые;
- броневые;
- тороидальные.
Стержневой сердечник сконструирован в виде буквы П и состоит из двух стержней, соединённых ярмом. При необходимости защитить обмотки от внешних воздействий используют броневые магнитопроводы. Ярмо находится с внешней части и полностью закрывает, расположенный внутри стержень с обмоткой.
Сердечники классифицируют так же по способу сборки пластин:
- наборка из штампованных пластин. К преимуществам магнитопроводов из листов относят возможность их изготовление из не очень прочных материалов;
- навитые металлические ленты. Такие сердечники более полно используют магнитную энергию, но при этом имеют повышенный уровень потерь. Тороидальная намотка лент самая сложная, но энергетически наиболее выгодная.
Имеются различия в соединении стержней с ярмом. Их собирают двумя способами:
- встык, когда все элементы собираются из пластин отдельно. Соединяются в единый сердечник на последнем этапе сборки трансформатора: после того, как уложены обмотки;
- впереплёт. Такие магнитопроводы называют шихтованными. Они почти не имеют потерь в местах соединения.
Особенности импульсных нагрузок
Для приборов несущих импульсную нагрузку применяют специальные трансформаторы. Они способны преобразовать напряжение и силу тока при импульсных нагрузках и выдержать их разрушающее действие. Типы сердечников импульсных трансформаторов по форме не отличаются от других видов приборов.
Наиболее часто магнитопровод изготавливают в виде тора из феррита. На него наматываются обмотки особым способом: в первичной витку укладываются против часовой стрелки, а во вторичной – по часовой.
Такой трансформатор можно изготовить самостоятельно, необходимо только учесть требования сохранения импульса.
Расчёт мощности преобразователя
Каждый трансформатор имеет технические характеристики, указанные в паспорте. Бывает необходимо провести самостоятельные расчёты обмотки и мощности если данные утеряны. Значение мощности важно для определения возможности использования конкретного преобразователя.
Перед тем как определить мощность трансформатора по сечению сердечника, изучают тип магнитопровода. Если сердечник имеет Ш форму выполняют такие вычисления:
- измеряют толщину набора пластин;
- делают замер центральной части;
- перемножаются полученные результаты.
После этого проводится расчёт по формуле:
где Sплощадь сечения, 1,33 коэффициент. Полученное значение покажет возможность установки данного трансформатора в прибор известной мощности. Если расчёты дали показатель меньше чем у аппаратуры, значит трансформатор использовать нельзя.
Статья была полезной? Оцени и поделись ей в соц. сетях:Loading …
Советуем почитать по теме:
сердечник трансформатора | Электрознайка. Домашний Электромастер.
Трансформатор – это электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при той же частоте.
Действие трансформатора основано на использовании явления электромагнитной индукции.
Переменный электрический ток (ток, который изменяется по величине и по направлению) наводит в первичной катушке переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле, наводит переменное напряжение во вторичной обмотке. Величина напряжения ЭДС зависит от числа витков в катушке и от скорости изменения магнитного поля.
Отношение числа витков первичной и вторичной обмоток определяет коэффициент трансформации:
k = w1 / w2; где:
w1 — число витков в первичной обмотке;
w2 — число витков во вторичной обмотке.
Если число витков в первичной обмотке больше чем во вторичной — это понижающий трансформатор.
Если число витков в первичной обмотке меньше, чем во вторичной — это повышающий трансформатор.
Один и тот же трансформатор может быть как понижающим, так и повышающим, в зависимости от того на какую обмотку подается переменное напряжение.
Трансформаторы без сердечника или с сердечником из высокочастотного феррита или альсифера — это высокочастотные трансформаторы ( частота выше 100 килогерц).
Высокочастотные трансформаторы используются в устройствах техники электросвязи, радиосвязи и др. Низкочастотные трансформаторы используются в усилительной технике звуковых частот, в телефонной связи.
Особое место трансформаторы со стальным (набор из стальных листов) сердечником занимают в электротехнике.
Развитие электроэнергетики напрямую зависит от мощных, силовых трансформаторов.
Силовой трансформатор – что же это?
На замкнутый сердечник (магнитопровод), набранный из стальных листов, надевают две или больше, обмоток, одна из которых соединяется с источником переменного тока. Другая (или другие) обмотка соединяется с потребителем электрического тока – нагрузкой.
Переменный ток, проходящий по первичной обмотке, создает в стальном сердечнике магнитный поток, который наводит в каждом витке обмотки – катушки переменное напряжение. Напряжения всех витков складываются в выходное напряжение трансформатора.
Форма сердечника – магнитопровода, может быть Ш – образной, О – образной и тороидальной, в виде тора. Таким образом в силовом трансформаторе электрическая мощность из первичной обмотки передается во вторичную обмотку через магнитный поток в магнитопроводе.
Потребителей электрической энергии очень много: электрическое освещение, электронагреватели, радио и теле аппаратура, электродвигатели и многое другое. И все эти приборы требуют различные напряжения (переменные и постоянные) и разные мощности.
Проблема эта легко решается с помощью трансформатора. Из бытовой сети с переменным напряжением 220 вольт можно получить переменное напряжение любой величины и , если необходимо, преобразовать его в постоянное напряжение.
Коэффициент полезного действия трансформатора довольно велик, от 0,9 до 0,98 и зависит от потерь в магнитопроводе и от магнитных полей рассеяния.
От величины электрической мощности Р зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S.
По значению площади S определяется, при расчетах трансформатора, количество витков w на 1 вольт:
w = 50 / S.
Мощность трансформатора Рс выбирается из требуемой величины нагрузки Рн плюс величина потерь в сердечнике.
При расчете трансформатора с определенной степенью точности можно считать, что мощность нагрузки во вторичной обмотке Pн = Uн * Iн и мощность потребляемая из сети в первичной обмотке Pc = Uc * Ic приблизительно равны. Если потерями в сердечнике пренебречь, то получается равенство:
k = Uс / Uн = Iн / Iс.
То есть, выводится правило: токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны их напряжениям, а соответственно и числу их витков.
Устройство трансформатора, из чего состоит трансформатор
Трансформатором называется электромагнитное устройство которое служит для преобразования входного напряжения. Трансформатор работает на увеличение или уменьшение электрической энергии (увеличивающий или уменьшающий). Вид трансформатора для эксплуатации выбирается в зависимости от области его дальнейшего использования.
В одном из понятий трансформатора есть такое определение как величины. Величины бывают первичные и вторичные. Это зависит от принадлежности величины к обмотке. Первичные величины относятся к первичной обмотке, вторичные к вторичной.
По сути, трансформатор не имеет сложного внутреннего строения. Он состоит из основных составляющих таких как: сердечник, обмоток, в случае если трансформатор масляного типа то в нем расположен бак с трансформаторным маслом с размещенными на нем вводов (иначе проходных изоляторов) и расширителя. Остальное оборудование которым может комплектоваться состав трансформатора является дополнительный или вспомогательным.
К вспомогательному оборудованию трансформатора относится: бачок с масло указателем расширительного типа, переключатель для регулировки напряжения, реле газовое, элемент для заправки и слива из трансформатора масла, термометр и выхлопная труба.
Сердечники
Сердечник трансформатора состоит из стержней с размещенными на нем катушек обмоток. Название и вид сердечника в основном соответствует названию трансформатора. Сердечники как правило делятся на два вида: стержневые и броневые. Материалом для изготовления сердечника является спрессованная электротехническая сталь толщиной примерно 0,35; 0,28 мм.
Сердечники трансформатора делятся на стыковые и шихтованные, название сердечника зависит от способа соединения стержня с ярмом.
Стыковые сердечники как правило состоят из стержня и ярма, их отличительная особенность заключается в том что эти два элемента собираются отдельно и объединяются в один сердечник после укладки катушек.
Шихтованные сердечники состоящие также из стержня и ярма которые собираются в переплет (в отличие от стыкового), только в этом случае производится выемка полос верхнего ярма, которые снова укладываются на место после того как установлены катушки.
Стержнем называется часть сердечника на котором расположены обмотки, в случае если данные части не содержат обмотки, то они называются ярмом.
Составляющие элементы трехфазного масляного трансформатора:
- активная часть
- специальная деревянная планка
- верхняя ярмовая балка
- регулировочные ответвления
- магнитопровод
- маслопровод
- ввод высшего напряжения
- ввод низшего напряжения
- линейный отвод высшего напряжения
- переключатель
- выхлопная труба
- охладительные трубы
- расширитель
- обмотки высшего напряжения
- газовое реле
- бачок
- указатель уровня масла
- каток тележки
Активная часть трансформатора включает в себя:
- переключатель
- привод переключателя
- крышку с расширителем и охлаждающей трубкой
- регулировочные ответвления
- ввод низшего напряжения
- ввод низшего напряжения
- трубки которые крепят отводы из бумажно-бакелитового материала
Активная часть трансформатора в данной сборке помещается в бачок с трансформаторным маслом.
Составляющие элементы сухого трансформатора:
- обмотка высшего напряжения
- стальное прессующее кольцо
- регулировочные ответвления обмотки высшего напряжения
- вертикальные стяжные шпильки
- фарфоровые прокладки
- прокладки для крепления отводов в исполнении из фарфора
- опорные изоляторы отводов высшего напряжения
- отводы высшего напряжения
- доска зажимов
что это такое, стержень, расположение обмоток, схемы
Электротрансформатор можно разобрать на несколько деталей, главные из которых катушки и магнитопровод, который также состоит из различных деталей, одна из которых – ярмо трансформатора.
Устройство магнитной системы
Услышав название “ярмо электротрансформатора” появляется вопрос – что это такое? Естественно, это не имеет отношения к лошадиной упряжи.
Магнитная система электротрансформатора изготавливается из различных ферримагнитных материалов. В сети с частотой 50Гц это листовая электротехническая сталь.
Все элементы магнитопровода имеют свое название:
- остов – магнитная система в собранном виде с дополнительными элементами;
- стержень трансформатора – часть, на которой расположены катушки;
- ярмо в трансформаторе — это часть, на которой нет обмоток и служащий для замыкания магнитного потока.
Элементы соединяются между собой таким образом, чтобы сопротивление магнитному потоку было минимальным.
Справка! В некоторых аппаратах специального назначения в магнитной системе есть зазор из воздуха или немагнитного материала.
Взаимное расположение элементов магнитопровода
Расположение обмоток в трансформаторе делит электротрансформаторы на две группы:
- Трансформатор стержневого типа. Это однофазные аппараты с двумя стержнями и двумя катушками на О-образном магнитопроводе. В стержневом трансформаторе расположение обмоток является симметричным.
- Броневые. Однофазные устройства имеют Ш-образные магнитные системы, а в трехфазных каждая катушка находится на отдельном стержне. Ярмо в трансформаторе броневого типа находится по сторонам от катушек, защищая (бронируя) их от механических повреждений. Его сечение составляет 1/2 сечения стержней.
Ярма относительно стержней в аппаратах располагаются различным образом:
- Плоское расположение. Все составляющие магнитопровода находятся в одной плоскости. Самое распространенная конструкция в электротрансформаторах малой и средней мощности. Стержневые аппараты всегда являются плоскими.
- Пространственное расположение. Элементы находятся в разных плоскостях. Используется для уменьшения габаритов и в ВЧ аппаратах.
- Симметричное положение. Стержни одной формы и одинаково расположены относительно ярм. Примером является однофазный трансформатор стержневого типа на Ш-образном сердечнике.
- Несимметричная система. В этой конструкции все детали могут отличаться друг от друга по форме, размеру и расположению.
Способы сборки магнитной системы
Есть два способа сочленения элементов магнитопровода – стыковое и шихтованное соединение.
Стыковая магнитная система
В этой конструкции ярмо и стержни соединяются в систему после монтажа обмоток. Сборка аппарата такого типа производится двумя способами в зависимости от конструкции:
- в аппаратах, в которых магнитопровод изготовлен из полос электротехнической стали состоит из 4 (в трёхфазных из 8) С-образных деталей они соединяются меду собой при помощи стального корпуса;
- в устройствах, в которых детали магнитопровода изготовлены из колец, состоящих из цельной полосы, все детали соединяются при помощи электросварки.
Достоинством этого соединения является в простоте сборки, а недостаток в увеличенном сопротивлении магнитному потоку и повышенных потерях на вихревые токи.
Шихтованные магнитопроводы
В шихтованных магнитопроводах его конструкция состоит из отдельных пластин прямоугольной и (или) Ш-образной формы. Эти пластины укладываются впереплет (шихтуются) в катушках электротрансформатора после намотки обмоток.
Магнитная система с шихтованным способом соединения отличается бОльшей трудоемкостью при сборке, но меньшими потерями во время работы.
Ярмо — это одна из составных частей электротрансформатора, не менее важная, чем другие элементы. Поэтому для конструирования аппаратов необходимо знать, что такое ярмо и какую функцию оно выполняет в трансформаторе.
