Сердечник трансформатора это: Выбор и расчёт сердечника трансформатора

Содержание

Выбор и расчёт сердечника трансформатора


Площадь сечения сердечника трансформатора -очень важный параметр. На величину магнитного потока, создаваемого в сердечнике трансформатора, кроме числа витков первичной обмотки и величины протекающего в ней тока, оказывает влияние и размер самого сердечника. Если трансформатор имеет сердечник малого размера, то создать в таком сердечнике магнитный поток большой величины нельзя и на выходе такого трансформатора получить большую мощность не удастся. Это объясняется тем, что материал, из которого изготовлен сердечник, имеет способность насыщаться. Явление насыщения трансформатора состоит в том, что, несмотря на увеличение тока в обмотке, магнитный поток в сердечнике, достигнув некоторой максимальной величины, далее практически не изменяется.

Предположим, что имеется катушка с железным сердечником, по которой протекает постоянный ток. При увеличении тока магнитный поток будет также увеличиваться.

При малых величинах тока возрастание потока окажется пропорциональным увеличению тока. Затем поток будет нарастать всё медленнее и наконец при некоторой величине тока перестанет увеличиваться совсем. Наступит насыщение стали (насыщение сердечника).

В трансформаторе режим насыщения приводит к тому, что передача энергии из первичной обмотки во вторичную частично прекращается. Нормальная работа трансформатора возможна лишь тогда, когда магнитный поток в его сердечнике изменяется пропорционально изменению тока в первичной обмотке. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы сердечник не был в состоянии насыщения, а это возможно лишь тогда, когда его объём и сечение не меньше вполне определённой величины. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.

Расчёт мощности трансформатора. Формула.

На практике часто приходится рассчитывать сечение сердечника по заданной мощности трансформатора:

Sсерд = 1. 2√P, см2

Если известно сечение сердечника, то можно ориентировочно рассчитать мощность трансформатора по формуле:

P = S2серд / 1.44, вт.


О некоторых особенностях электромагнитных явлений в трансформаторах

 

Взяться за написание данной статьи автора побудили некоторые вопросы электромагнитных процессов в трансформаторах, которые он не смог объяснить, пользуясь установившимися в теории трансформаторостроения представлениями.

К неоднозначным вопросам теории трансформаторостроения, в частности, относятся:

а) появление больших магнитных потоков рассеяния при токах, близких к номинальному, несмотря на то, что современная теория в этом случае считает магнитопровод трансформатора ещё далёким от состояния насыщения;

б) независимость величины измеряемого сопротивления короткого замыкания от приложенного при измерениях к питаемой обмотке напряжения;

в) распространённое утверждение о том, что при коротком замыкании потокосцепление замкнутой обмотки равно нулю (Лейтес Л.

В. «Эквивалентная схема двухобмоточного трансформатора: опыты «холостого хода» и короткого замыкания». Труды ВЭИ. 1969 г.)

Ниже эти вопросы рассмотрены подробнее. При этом для простоты изложения речь пойдёт о двухобмоточных трансформаторах, и все обозначения величин токов и напряжений будут соответствовать общепринятым, а индексы 1, 2 – свидетельствовать об их принадлежности, соответственно, к первичной (питаемой) или вторичной (нагруженной) обмотке.

 

Краткое изложение устоявшихся представлений об электромагнитных процессах в трансформаторах с магнитным сердечником

Как трансформатор набирает нагрузку, т.е. что заставляет ток в первичной обмотке возрастать от долей процента на «холостом ходу» до 100% Iном.

Основная функция магнитного сердечника трансформатора – многократное увеличение магнитного потока, создаваемого током в обмотке. Оно достигается за счёт имеющихся в материале сердечника доменов с направлением их магнитного поля, совпадающем с полем, создаваемым током в обмотке. При работе на «холостом ходу» поток, соответствующий приложенному напряжению, возбуждается уже при токах 0,3…1% номинального тока.

При включении трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке ток в первичной обмотке возрастает до тех пор, пока магнитный поток, вызываемый им в сердечнике, не достигнет амплитудного значения, соответствующего равенству

 

U1=k • dФ/ dt.

 

Как только мы замыкаем вторичную обмотку на нагрузку, возникающий в ней ток создаёт поток, направленный против потока первичной обмотки. При этом указанное ранее равенство нарушается, что вызывает увеличение первичного тока до величины, обеспечивающей восстановление этого равенства.

Так как величина синусоидального напряжение питающей сети практически постоянна, то геометрическая разность потоков, создаваемых обмотками, тоже постоянна и равна потоку «холостого хода», соответствующего питающему напряжению.

Далее считается, что в сердечнике трансформатора протекает не два противонаправленных потока, а только один, равный разности потоков обмоток и, естественно, равный потоку «холостого хода», и, соответственно, магнитная проницаемость сердечника (т. е. стали) равна таковой на «холостом ходу».

Это очень важное замечание, так как нелинейная зависимость потока в стали сердечника от тока в обмотке приводит к тому, что состояние сердечника коренным образом отличалось бы при токах в 1% и в 100% от номинального.

На рис.1 показана векторная диаграмма работы трансформатора под нагрузкой (Нейман Л.Р., Демирчян К.С. «Теоретические основы Электротехники». Издательство «Энергия» 1966 г.), на рис.2 – характеристика намагничивания сердечника, соответствующая такой модели.

 

При возбуждении трансформатора магнитные домены в стали сердечника как бы поворачиваются, ориентируясь по направлению магнитного поля, создаваемого током в обмотке, и многократно его усиливают. Т.е. переменный ток заставляет домены каждый период переориентироваться с одного направления на противоположное, что и показано на

рис.2.

При этом на поворот (или переориентацию доменов) тратится определённая энергия, которая и представляет собой, так называемые, потери на гистерезис, определяемые площадью петли гистерезиса.

Другой составляющей потерь в стали магнитопровода являются потери от вихревых токов.

Из истории трансформаторостроения известно, что потери на гистерезис были значительными при применении горячекатаных сталей. Не вдаваясь в подробности методов снижения потерь от вихревых токов путём уменьшения толщины листов и увеличения удельного сопротивления трансформаторной стали, отметим, что большое снижение потерь на гистерезис было получено при переходе на изготовление сердечников из холоднокатаной стали. Это уменьшение обусловлено тем, что домены в стали удалось направить в одном направлении – вдоль прокатки – и таким образом избавиться от доменов, направленных хаотически.

 

Факты, позволяющие усомниться в некоторых аспектах такой физической модели работы магнитного сердечника

1. Как известно, листы холоднокатаной стали, как и горячекатаной, магнитно нейтральны, т.е. количество доменов одного направления без воздействия внешнего магнитного поля равно количеству доменов противоположного направления.

Трудно поверить, что домены обоих направлений становятся однонаправленными и вращаются синхронно с изменением синусоидального напряжения. Ибо в таком случае потери в холоднокатаной стали ничем бы не отличались от потерь в горячекатаной стали.

Как указывает в своей книге И.И. Кифер (Кифер И.И. «Испытания ферромагнитных материалов». «Энергия», Москва, 1969 г.), домены не поворачиваются, а только немного переориентируются и расширяются под влиянием внешнего поля, усиливая его таким образом.

Можно предположить, что домены обратного направления, тоже немного переориентируясь, уменьшают своё отрицательное влияние на внешнее поле, а при отрицательной полуволне ведут себя аналогично доменам, совпадающим по направлению с полем при положительной полуволне синусоиды приложенного напряжения в режиме «холостого хода».

2. Известно, что в трансформаторах тока выгорают сердечники из горячекатаной стали, если ошибочно оставить их в работе с разомкнутой вторичной обмоткой. А сердечники из холоднокатаной стали не выгорают.

3. В технической литературе вы найдёте массу утверждений о повышении потерь в стали после транспортировки, после перешихтовки магнитопровода, после длительной эксплуатации трансформаторов. Но практически нет сведений о том, что после длительной эксплуатации приходится дополнительно устанавливать охладители для компенсации этих увеличившихся потерь в стали. А главное, не наблюдается массовых перегревов магнитопроводов трансформаторов, хотя при увеличении потерь на 20% и более они были бы неизбежны. Т.е. можно предположить, что в нагрузочных режимах увеличения потерь в стали не наблюдается?

4. В эксплуатации обычно избегают длительной работы трансформаторов на «холостом ходу». И не только из соображений экономии, но и из-за того, что при работе трансформатора на «холостом ходу» наблюдаются повышенные вибрации, повышенные уровни шума. Эти явления исчезают уже при незначительной нагрузке трансформатора. Одной из причин вибраций и шумов являются магнитострикции, т. е. изменения размеров листов электромагнитных сердечников при перемагничивании.

5. Посмотрите на трансформатор, показанный на рис.3. В его магнитопроводе при нагрузке протекает (по общепризнанной физической модели работы трансформатора) поток, равный разности Ф1–Ф20. При этом магнитопровод считается ненасыщенным. Тогда что же заставляет значительную часть потока замыкаться по воздуху?

 

Физическая модель магнитных явлений в трансформаторах, позволяющая (по мнению автора) объяснить некоторые из приведенных фактов

1. Как ранее отмечалось, принято считать, что в сердечнике трансформатора протекает только разностный поток, равный потоку «холостого хода».

Об этом прямо говорится во многих публикациях к.т.н. И.Б. Григорова, основательно занимавшегося оценкой величин магнитных потоков в стержнях и ярмах трансформаторов в рабочих режимах и в опыте короткого замыкания (И.Б. Григоров. «Потоки в стержне и ярме двухобмоточного трансформатора в опыте КЗ и в рабочем режиме». Выпуск 10{19} – 11{20}, 1972 г. «Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы»).

Расчёт этих потоков выполняется с учётом следующих условий:

«5). В любом поперечном сечении магнитопровода не может быть одновременно два противоположно направленных территориально разделённых потока».

Опровергнуть это условие трудно, так как индуктированная в обмотке э.д.с. равна разности э.д.с., индуктированных каждым из потоков, а разделить эти э.д.с. невозможно.

Ещё одним условием является:

«2). Магнитопровод трансформатора не насыщен.» С этим трудно согласиться, потому что потоки рассеяния при токах нагрузки, близких к номинальному, достигают значений 30…60% от потока «холостого хода» и могут появиться в воздухе только при значительном уменьшении магнитной проводимости сердечника.

Как известно, в управляемых постоянным током реакторах величина тока, потребляемого основной обмоткой, регулируется изменением магнитной проницаемости сердечника – изменением тока подмагничивания.

Естественно, предположить, что ток вторичной обмотки трансформатора также меняет магнитную проницаемость стали сердечника.

2. Если представить, что в сердечнике реально протекают оба потока, то для каждого из них существует путь наименьшего магнитного сопротивления. При этом при одной полуволне синусоидального напряжения поток одной из обмоток протекает по доменам соответствующего направления, а по доменам противоположного направления протекает поток другой (вторичной) обмотки. При отрицательной полуволне потоки как бы меняются доменами, как показано на рис.4.

В таком случае петля гистерезиса превращается в два участка, заштрихованные красными линиями (рис.2). Очевидно, что при этом переориентация доменов происходит только частично. Соответственно, и потери в стали существенно снижаются.

При этом магнитная проницаемость стали не достигает заоблачных величин (десятки тысяч) и практически не зависит от тока (или зависит от него незначительно и линейно). Отсюда становится понятным, почему измеряемое Zк не зависит от напряжения при опытах КЗ.

 

3. Проверить высказанную гипотезу можно, проведя точные измерения потерь в стали при опытах КЗ. Однако выполнение таких измерений достаточно сложно.

Следует также заметить, что после длительной эксплуатации измерениями потерь в стали при наличии только потока от одной обмотки действительно выявляют их увеличение, но оно проявляется только в режиме «холостого хода», т.е. в режиме отсутствия противопотока.

Что касается перегрева (и выгорания) сердечников трансформаторов тока из горячекатаной стали, то можно предположить более сильное влияние магнитного потока на домены, не совпадающие с его направлением, по аналогии с рамкой тока, в которую попадает больше силовых линий магнитного потока, если она перпендикулярна их направлению.

Выводы

Высказанные соображения позволяют сделать следующие обобщения:

1. В сердечнике трансформатора реально существуют два противонаправленных магнитных потока, возбуждаемых ампер-витками первичной (I1W1) и вторичной (I2W2) обмоток.

2. При этом магнитная проницаемость сердечника соответствует не разности этих потоков (которая, естественно, равна потоку первичной обмотки на «холостом ходу»), а величине потока первичной обмотки в режиме нагрузки.

3. Так как в таком случае магнитная проницаемость соответствует глубокому насыщению, то она в сотни раз меньше проницаемости в режиме «холостого хода». Это приводит к замыканию части потока по воздуху, так как магнитное сопротивление насыщенного сердечника становится сопоставимым с сопротивлением потоку, замыкающемуся по воздуху.

4. Учитывая то, что потоком рассеяния является часть потока обмотки, не связанная с другой обмоткой, его величина существенно зависит от взаиморасположения обмоток, чем и пользуются при конструировании трансформаторов с требующимся напряжением короткого замыкания.

5. Дополнительным подтверждением высказанных предположений может также служить показанная на рис.3 схема конструкции трансформатора. Потому что, если по магнитопроводу протекает только разностный поток, то что заставляет его частично 30. ..60% замыкаться по воздуху.

6. Очевидно, что потоки рассеяния от обеих обмоток в канале рассеяния имеют одинаковое направление (рис.5) и практически одинаковую величину, так как магнитная проводимость, соответствующая потоку от первичной обмотки, мало отличается от проводимости при величине потока, соответствующего I2W2.

7. Следует также отметить, что нет никакого отличия в процессах при работе трансформатора под нагрузкой и в режиме КЗ (что утверждает господин Л.В. Лейтес). Режим КЗ любого трансформатора – это нормальный режим постоянной работы трансформатора тока. Просто напряжение на закороченной вторичной обмотке, равное 0, совсем не говорит о равенстве нулю индуктированной в ней э.д.с. Это подтверждают результаты показанного на рис.6 опыта, где вторичные обмотки трансформатора тока намотаны сдвоенным проводом (бифилярно). При этом одна из них закорочена (с помощью амперметра), а к другой подсоединён вольтметр, показания которого тоже строго пропорциональны величине тока I1.

8. Геометрическая разность токов I1-I2 в нагрузочных режимах не равна току «холостого хода» I0, так как магнитная проницаемость стали магнитопровода в сотни раз меньше проницаемости в режиме «холостого хода». При этом требующееся увеличение разности токов достигается не за счёт их абсолютных величин, а за счёт изменения угла между ними (в книге Г.Н. Петрова «Электрические машины», Госэнергоиздат, 1956 г. приведена векторная диаграмма, где угол достигает 50°). Таким образом, сохраняется закон полного тока I1W1=I2W2.

Об этом также свидетельствует тот факт, что при увеличении разностного потока в трансформаторах тока (если сопротивление нагрузки вторичной обмотки больше 1 Ом) возрастает угловая погрешность.

Заключение

Принятые в расчётах и теории настоящего времени упрощения и допущения удовлетворяют требованиям трансформаторостроения. Однако более полный учёт реальных физических процессов в стали магнитопроводов позволил бы повысить точность проектирования, облегчил и улучшил бы конструирование трансформаторов. Введя соответствующие полным потокам обмоток характеристики трансформаторной стали, параметры можно значительно точнее рассчитывать конструкцию трансформатора. Тем более, что современные программно-аппаратные средства позволяют это легко сделать.

Кроме того, более глубокое понимание физических процессов, происходящих в стали трансформаторов, позволило бы повысить качество диагностики состояния трансформаторов в эксплуатации, что особенно актуально из-за наблюдающегося старения парка трансформаторов в мировой и отечественной энергетике.

Конечно, высказанные здесь соображения не являются истиной в последней инстанции. Однако автор надеется, что они привлекут к данным проблемам внимание более серьезных специалистов. Иногда полезно пересматривать принятые и существующие более столетия теории и воззрения.

 

От редакции. Публикуя эту дискуссионную статью, мы надеемся на то, что наши читатели выскажут свою точку зрения по поднятым в ней вопросам.

Ремонт магнитопровода трансформатора

При проведении ремонта трансформатора зачастую возникает необходимость в полной замене или в восстановлении изоляционного слоя листов стали. Данные ремонтные работы обычно связаны с перешихтовкой магнитопровода (сердечника). Чаще всего такая необходимость возникает, когда между листами стали установлен бумажный изоляционный материал, а не лак. Изоляция из бумаги со временем стареет, теряет свои физические изоляционные свойства, становится хрупкой и разрушается. Изолятор, выполненный на основе лака, может служить достаточно долго, а необходимость в его частичной или полной замене может возникнуть в результате непредвиденных ситуаций (местного замыкания, пожара в трансформаторе, «пожара в стали» и прочих).

Виды сердечников

Магнитопровод трансформатора обеспечивает более эффективное преобразование напряжения, уменьшая потери энергии. Для производства магнитопровода используют ферромагнитную специальную сталь. Сердечники по строению делятся на:

  • броневые. Это конструкции Ш-образной формы, обмотки которых находятся на стержне в центре. Ремонт магнитопроводов данного вида достаточно сложен из-за строения;
  • тороидальные (кольцевые). Это сердечники в виде кольца с прямоугольным сечением. Обмотки наматываются непосредственно на сердечник, поэтому данный тип можно считать наиболее энергетически эффективным;
  • стержневые. Такие магнитопровода имеют форму буквы П. Обмотки наматываются на стержни, а стержни соединяются между собой ярмом. Данные конструкции позволяют с легкостью осматривать обмотки.

Перечень работ по ремонту магнитопровода

Ремонт магнитопровода трансформатора представляет собой следующие действия:

  • внешний осмотр активных частей и проверку изоляционных слоев стяжных шпилек;
  • специальные испытания, изготовление специальных приспособлений;
  • расшихтовку и разборку сердечника;
  • очистку стали от изоляционного межлистового слоя, который получил повреждения;
  • лакировку, сушку и запекание нового слоя изоляции;
  • контроль нанесенного лакового покрытия, сборку агрегата;
  • окончательные тестовые испытания сердечника трансформатора.

Трансформаторы — Сердечники Материалы — Энциклопедия по машиностроению XXL

Магнитомягкие материалы используют для изготовления сердечников катушек, дросселей и трансформаторов (см. стр. 135).  [c.134]

По виду петли гистерезиса все ферромагнитные материалы можно разделить на две большие группы — магнитомягкие и магнитотвердые. К магнитомягким относят материалы, имеющие низкие значения коэрцитивной силы (Яскоэрцитивной силой (//с>4 кА/м). Магнитомягкие материалы применяются в основном для изготовления сердечников трансформаторов, магнитотвердые — для изготовления постоянных магнитов.  [c.346]


Магнитомягкие материалы используют в производстве сердечников трансформаторов, электромагнитов, электрических машин, в измерительных приборах и других различных аппаратах.  [c.92]

Фермы кривых гистерезиса. Магнитные материалы различают прежде всего по форме гистерезисной кривой. Узкой петлей гистерезиса с небольшой площадью и высокой индукцией насыщения обладают магнитномягкие материалы. Материалы этой группы с округлой петлей применяются для сердечников трансформаторов и электрических машин ППГ — материалы с прямоугольной петлей гистерезиса для элементов памяти. Широкую петлю имеют (рис. 17.3) магнитнотвердые материалы с большой коэрцитивной силой они служат для изготовления постоянных магнитов. В этой главе рассматриваются магнитномягкие металлы и сплавы с округлой петлей гистерезиса.  [c.229]

I — материалы с высоким х 1000. Эти ферриты имеют высокую проницаемость, но низкую граничную частоту. Низкие точки Кюри предопределяют узкий диапазон рабочих температур. Они предназначаются для сердечников, используемых при частотах до нескольких сот килогерц, широкополосных трансформаторов, аппаратуры проводной связи, трансформаторов строчной развертки телевизоров, маломощных магнитных усилителей и дросселей.,  [c.248]

Трансформаторное масло, которым заливают силовые трансформаторы, из всех жидких электроизоляционных материалов находит наибольшее применение в электротехнике. Его назначение двояко во-первых, масло, заполняя поры в волокнистой изоляции, а также промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышает электрическую прочность изоляции во-вторых, оно улучшает отвод теплоты, выделяемой за счет потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. Лишь некоторые силовые и измерительные трансформаторы выполняются без заливки маслом ( сухие трансформаторы). Еще одна важная область применения трансформаторного масла — масляные выключатели высокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электрической дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлением газах, вы-  [c.94]

Метод навивки. Разрезные ленточные сердечники навивают из длинной ленты магнитного материала нужной ширины и толщины, покрытой с одной стороны тонким слоем изоляции. После навивки сердечник отжигают для снятия в материале внутренних напряжений. Затем его разрезают на две части, торцы которых пришлифовывают для уменьшения тока намагничивания. Преимуществом разрезного ленточного сердечника по сравнению со штампованным является возможность механизации производства сердечников и операции сборки трансформатора.  [c.827]


Магнитномягкие материалы применяются для изготовления магнитных сердечников силовых установок, трансформаторов и т. п. К этим материалам относятся чистое железо, пермаллой (сплав железа с никелем), альсифер (сплав железа с кремнием и алюминием), сплавы железа с кремнием, хромом и алюминием и др.  [c.250]

В табл. 1.2 приведены области практического приложения тех свойств аморфных металлов, которые изучены уже достаточно подробно. Наибольшее внимание здесь привлекают магнитные сплавы как материалы для сердечников трансформаторов, магнитных, головок, линий задержки, магнитных фильтров и т. д. Некоторые из этих материалов еще находятся в стадии разработки, другие уже активно используются.  [c.28]

Магнитомягкие материалы применяются для изготовления магнитопроводов электрических машин, магнитопроводов трансформаторов и реакторов, полюсных наконечников, сердечников, катушек, дросселей электромагнитов и т. д.  [c.118]

Магнитномягкие стали и сплавы предназначены для изготовления деталей, подвергаемых переменному намагничиванию, например сердечников трансформаторов, электромагнитов, статоров и роторов электродвигателей. Они способны к хорошему намагничиванию даже в слабых магнитных полях, т.е. имеют малое значение коэрцитивной силы. Эти материалы должны иметь однородную структуру с минимальным количеством примесей и включений.  [c.183]

Аморфные сплавы на основе железа применяются как материалы для сердечников высокочастотных трансформаторов различного назначения, дросселей, магнитных усилителей. Это обусловлено низкими суммарны-  [c.555]

АМС на основе железа применяются как материалы для сердечников высокочастотных трансформаторов различного назначения, дросселей, магнитных усилителей. Это обусловлено низкими суммарными потерями, которые в лучших АМС данного класса оказываются на порядок ниже, чем у кремнистых электротехнических сталей.[c.862]

Такие материалы применяют для изготовления сердечников катушек, электромагнитов, трансформаторов, динамомашин.  [c.529]

Ферромагнитные полупроводники. Перспективны в качестве элементов памяти в вычислительных машинах и приборах оптической связи. Могут применяться в качестве магнитных материалов для сердечников трансформаторов  [c.35]

Имеется несколько примеров, когда анизотропия магнитных свойств свидетельствует о наличии текстуры. Наиболее распространенными случаями являются такие, когда магнитные свойства улучшаются при наличии текстуры, как это имеет место в холоднокатаном железокремнистом сплаве. Обычно холодная прокатка такого сплава приводит к образованию ребровой текстуры, в которой направление [100] расположено вдоль направления прокатки, а направление [110] — перпендикулярно плоскости прокатки (это показано на фиг. 25, а). Если из этого материала сделать штампованный пластинчатый сердечник трансформатора, то участки магнитопровода, в которых магнитный поток проходит в направлении прокатки, будут иметь более низкое сопротивление, чем участки, где намагниченность перпендикулярна направлению прокатки. (Кремнистое железо — материал с положительной магнитной кристаллографической анизотропией, и ребро куба является осью легкого намагничивания.) Магнитные свойства такого материала позволяют получить при его применении несколько более высокие характеристики, чем в обычном материале.  [c.312]

Для изготовления искусственных магнитов применяют материалы с большой задерживающей силой, достигающей 550 э, а для изготовления сердечников трансформаторов и якорей электрических машин она должна быть очень малой (до десятых долей эрстеда). Это необходимо для уменьшения потери энергии, которая затрачивается на перемагничивание сердечника.  [c.29]


Магнитомягкие порошковые материалы применяют для изготовления магнитопроводов, сердечников трансформаторов, магнитных муфт, статоров небольших электромоторов, реле и т. н. В результ гте замены компактных мягких магнитов порошковыми значительно экономится металл и одновременно повышается качество изделий.[c.349]

Трансформатор ТСП-1 с витковым (ступенчатым) регулированием предназначен для работы в монтажных условиях. Уменьшение массы трансформатора достигнуто за счет применения высококачественных материалов для магнитопровода — холоднокатаная сталь, для обмоток — алюминий с теплостойкой стеклянной изоляцией. Трансформатор не имеет подвижных частей, бесшумен в работе. Обмотка расположена на двух стержнях сердечника на одном — находится вся первичная обмотка и небольшая часть вторичной, на втором— основная часть вторичной обмотки. Сварочный ток меняется за счет ступенчатого регулирования магнитной связи обмоток.  [c.54]

Магнитные материалы в отличие от немагнитных (которые практически не приобретают намагниченности при внесении в магнитное поле) обладают способностью намагничиваться, а некоторые из них сохраняют свою намагниченность и после прекращения воздействия магнитного поля. Из магнитных материалов делают сердечники катушек индуктивности и трансформаторов, магнитные запоминающие устройства, постоянные магниты и т. д.  [c.8]

Из жидких электроизоляционных материалов наибольшее применение в электротехнике имеет трансформаторное масло, которым заливают многие силовые трансформаторы. Его назначение двоякое во-первых, масло, заполняя поры в волокнистой изоляции и промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, повышает электрическую прочность изоляции во-вторых, оно улучшает отвод тепла от обмоток и сердечника трансформатора. Масло заливают и в другие электрические аппараты.  [c.168]

Магнитномягкие материалы обладают высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис. Используются в качестве магнитопровода постоянного тока (реле, электромагниты, электрические машины, дроссели) и переменного тока (электрические машины, сердечники трансформаторов и дросселей, электромагниты, измерительные приборы) и в ряде других случаев, где необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции.[c.291]

Этим требованиям удовлетворяют стандартные марки электротехнической стали. Качество трансформаторов связи, которые относятся к основным элементам низкочастотных и высокочастотных усилителей, фильтров, цепей согласования и др., в большой мере зависит от материаля сердечника.  [c.294]

В электромашиностроении часто бывает необходимо достигнуть максимальной магнитной индукции при минимальном расходе энергии. Для этой цели применяют материалы с малой коэрцитивной силой, малыми потерями на гистерезис и с большой магнитной проницаемостью. Из них изготовляют магнито-проводы электрических машин, сердечники трансформаторов, электромагнитов, электроизмерительных приборов . Химический состав магнитно-мягких сталей — малоуглеродистых кремнистых—указан в табл. 41.  [c.334]

Магнитномягкие материалы, которые обладают высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис, используются в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, в измерительных приборах и в ряде других случаев, когда необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции.[c.325]

Магннтомягкие материалы, обладая высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис, используются в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, в измерительных приборах и в других случаях, где необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции. Для уменьшения потерь на вихревые токи а трансформаторах используют магнитомягкие материалы с повышенным удельным электрическим сопротивлением, обычно приме-4ЯЮТСЯ магнитопроБоды, собранные из отдельных изолированных фуг от друга тонких листов.  [c.275]

Нефтяные электроизоляционные масла. Трансформаторное масло, которым заливают силовые трансформаторы, из всех жидких электроизоляционных материалов находит наибольшее применение в электротехнике. Его назначение двояко во-первых, масло, заполняя поры в волокнистой изоляции, а также промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышает электрическую прочность изоляции во-вторых, оно улучшает отвод теплоты, выделяемой за счет потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. Лишь некоторые силовые и измерительные трансформаторы выполняются без заливки маслом ( сухие трансформаторы). Еще одна важная область применения трансформаторного масла — масляные выключатели высокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электрической дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлением газах, выделяемых маслом под действием высокой температуры дуги это способствует охлаждению канала дуги и быстрому ее гашению. Трансформаторное масло применяется также для заливки маслонаполненных вбодоб, некоторых типов реакторов, реостатов и других электрических аппаратов.  [c.129]

Коэрцитивная сила увеличивается с измельчением зеренной и блочной структур металла. Это объясняется тем, что в мелкозеренном материале на единицу объема приходится больше доменов. Вероятность наличия примесей и напряжений вдоль границ зерен и блоков мозаики также увеличивается, что делает материал более магнитнотвердым. Магнитномягкие материалы применяют при изготовлении сердечников трансформаторов и реле, электромагнитов и т. п. Магнитная анизотропия влияет на  [c.64]


В ряде случаев требуется такой магнитный материал, у которого магнитная проницаемость не зависит от напряженности магнитного поля. В частности, этот материал применяют в некоторых дросселях, трансформаторах тока с постоянной погрешностью, в аппаратуре дальней телефонной связи, высокочастотной многоканальной электросвязи, некоторых измерительных приборах и пр. К таким материалам относится перминвар — тройной сплав железа, никеля и кобальта. Магнитная проницаемость перминвара при специальной термообработке остается практически постоянной до значения напряженности магнитного поля 80—160 А/м. Применение перминвара ограничивается технологическими трудностями и высокой стоимостью. К числу сплавов, отличающихся известным постоянством магнитной проницаемости в слабых магнитных полях, относится сплав изоперм, состоящий из железа, никеля и меди с добавкой алюминия. Применяется он в производстве высококачественной телефонной аппаратуры, например для изготовления сердечников некоторых катушек.[c.300]

Вес на 1 та группы трансформаторов мощностью 3 х135 = 405 Мва с сердечником из холоднокатаной стали составил 1,32 mima, в том числе вес масла 0,32 кг/та, а вес активных материалов — 0,71 кг/та, что не уступает показателям трансформаторов зарубежных фирм.  [c.102]

Никель-цинковые ферриты с проницаемостью 200- -600 являются ценными материалами для сердечников трансформаторов и катушек в диапазоне от 500 кец до нескольких мегагерц. Широко применяются в радиоприемных устройствах УКВ и телевизионной аппаратуре никель-цинковые и другие фериты с проницаемостью 10-т-100.  [c.40]

Магнитодиэлектрики (металлопластические магнитные материалы) представляют собой двух- или многокомпонентные композиции на основе смеси ферромагнитных порошков с вяжущими веществами, являющимися изоляторами. Они характеризуются постоянством магнитной проницаемости, большим удельным электросопротивлением, низкими потерями на вихревые токи и на гистерезис. Своеобразие строения и свойства магнитодиэлектриков позволяют использовать их в электро- и радиотехнических устройствах для сердечников катушек индуктивности и высокочастотных трансформаторов, для лент звукозаписи.  [c.218]

Одной из наиболее актуальных является проблема создания промышленной технологии получения широких лент высокого качества, особенно при производстве аморфных магнитных материалов, применяемых для изготовления сердечников трансформаторов. Для выпуска таких лент используют сопла с длинным щелевым отверстием, а для уменьшения турбулентности разливку проводят при пониженном давлении и очень близком расположении сопла от дисКа, чтобы расплавленный металл заполнял пространство между тиглем и диском. Например, фирма Хитачи для выпуска широкой ленты (ширина 100 мм, длина 300 м — это отвечает садке 10 кг) разработала высокопрецизионную контрольную систему производства и аппаратуру для поточной намотки. Закалку проводят на цилиндре диаметром 1,2 м.  [c. 12]

Говоря о трансформаторах, нужно помнить, что они бывают самыми разнообразными от мощных крупногабаритных трансформаторов, работающих на частоте 50—60 Гц, до слаботочных микротрансформаторов, рассчитанных на частоты порядка 10 кГц и применяемых в приборостроении. Основные требования, предъявляемые к материалам для сердечников, сводятся к следующему 1) высокая магнитная индукция 2) высокая магнитная проницаемость и низкая коэрцитивная сила 3) низкие потери на перемаг-ничивание 4) низкая магнитострикция 5) высокое электросопротивление 6) постоянство толщины листа 7) стабильность работы в течение нескольких десятков лет 8) дешевизна и простота массового поточного производства.  [c.169]

Наиболее интенсивно в последнее время продвигаются разработки аморфных материалов для сердечников низкочастотных (50—. 60 Гц) трансформаторов. Как видно из табл. 10.4, основной характерной особенностью аморфных магнитных сплавов является, то, что потери энергии на перемагничивание в сердечнике, связанные с вихревыми токами, крайне малы вследствие высокого значения удельного электросопротивления и малой толщины ленты. Данное обстоятельство можно эффективно использовать. Так, потери в сердечниках из аморфного сплава Fe8iBi3Si4 2 составляют 0,06 Вт/кг, т. е. примерно в двадцать раз ниже, чем потери в текстурованных листах трансформаторной стали.  [c.301]

Допустимые, т. е. необходимые, значения твердости для отдельных элементов вырубных штампов представлены в табл. 132. С увеличением толщины вырубаемой листовой заготовки требуется более мягкая (меньшей твердости) сталь. Для вырубки более твердых материалов (например, сталь для сердечников трансформаторов) требуется применение инструментальных сталей повышенной твёрдости и износостойкости. При использовании более вязких быстрорежущих сталей, чем ледебуритная хромистая сталь с содержанием 12% Сг, можно допустить ббльШую твердость.  [c.293]

Как уже отмечалось выше, значение магнитных материалов в современной электротехнике чрезвычайно велико. Эти материалы необходимы для изготовления магиитопро-водов в электрических машинах и трансформаторах, сердечников электромагнитов, катушек индуктивности, реле и т. п., постоянных магнитов в электроизмерительных приборах, магнето и пр.  [c.234]

Магнитодиэлектрики. Магнитные материалы, состоящие из ыелкодисперсных ферромагнитных частиц, между которыми отсутствуют электрические и магнитные взаимодействия и механически связанные диэлектриком, называют магнитодиэлектриками. Такие материалы, обладающие незначительными потерями на вихревые токи, используют для изготовления сердечников индукционных катушек, высокочастотных трансформаторов и других деталей, работающих в цепях переменного тока высокой частоты.  [c.211]

Немагнитная сталь и чугун нащли применение для изготовления многих деталей электрических машин и аппаратов. Их используют в тех случаях, когда требуются прочные практически немагнитные материалы. Например, втулки и фланцы, через которые проходят однофазные кабели переменного тока, болты, стягивающие сильно нагруженные сердечники трансформаторов, бандажная проволока, крепящая обмотки роторов электрических машин, и т. д. изготовляют из немагнитной стали. Часто эти детали делают из сплавов меди и алюминия, которые хорошо обрабатываются резанием, но механические свойства имеют невысокие. Кроме того, у сплавов цветных металлов низкое электрическое сопротивление (плохо гасятся вихревые токи). К немагнитным относятся стали Н25, Н9Г9 и Х18Н10Т. Эти стали плохо обрабатываются резанием, особенно сталь Н9Г9.  [c.196]


Базовая электроника — типы трансформаторов

Что касается классификации трансформаторов, существует много типов в зависимости от используемого сердечника, используемых обмоток, места и типа использования, уровней напряжения и т. Д.

Одно и трехфазные трансформаторы

В зависимости от используемого источника питания трансформаторы в основном классифицируются как однофазные и трехфазные .

  • Обычный трансформатор — это однофазный трансформатор. Он имеет первичную и вторичную обмотки и используется для уменьшения или увеличения вторичного напряжения.

  • Для трехфазного трансформатора три первичные обмотки соединены вместе, а три вторичные обмотки соединены вместе.

Обычный трансформатор — это однофазный трансформатор. Он имеет первичную и вторичную обмотки и используется для уменьшения или увеличения вторичного напряжения.

Для трехфазного трансформатора три первичные обмотки соединены вместе, а три вторичные обмотки соединены вместе.

Один трехфазный трансформатор предпочтительнее трехфазных трансформаторов, чтобы получить хорошую эффективность, где он занимает меньше места при низких затратах. Но из-за проблемы транспортировки тяжелого оборудования, в большинстве случаев используются однофазные трансформаторы.

Другой классификацией этих трансформаторов является тип Core и Shell .

  • В типе Shell обмотки расположены на одной ножке, окруженной сердечником.

  • В основном типе они ранены на разных ногах.

В типе Shell обмотки расположены на одной ножке, окруженной сердечником.

В основном типе они ранены на разных ногах.

Разница хорошо известна, если взглянуть на следующий рисунок.

Классификация трансформаторов также может быть выполнена в зависимости от типа используемого материала сердечника. На самом деле это радиочастотные трансформаторы , которые содержат много типов, таких как трансформаторы с воздушным сердечником, трансформаторы с ферритовым сердечником, трансформаторы линии передачи и трансформаторы Балуна . Трансформаторы Balun используются в радиочастотных приемных системах. Основными типами являются трансформаторы с воздушным сердечником и железным сердечником.

Трансформатор с воздушным сердечником

Это трансформатор с сердечником, в котором обмотки намотаны на немагнитную полосу. Связи магнитного потока сделаны через воздух как сердечник между первичным и вторичным. На следующем изображении показан трансформатор с воздушным сердечником.

преимущества

  • Гистерезис и потери на вихревые токи в этих трансформаторах с воздушным сердечником малы.
  • Уровень шума низкий.

Недостатки

  • Сильное сопротивление в трансформаторах с воздушным сердечником.
  • Взаимная индуктивность в воздушном сердечнике низкая по сравнению с трансформаторами с железным сердечником.

Приложения

  • Аудио преобразователи частоты.
  • Высокочастотные радиопередачи.

Трансформаторы с железным сердечником

Это трансформатор с сердечником, в котором обмотки намотаны на железный сердечник. Связи магнитного потока сделаны прочными и совершенными с железом в качестве материала сердечника. Это обычно видно в лабораториях. На рисунке ниже показан пример трансформатора с железным сердечником.

преимущества

  • Они имеют очень высокую магнитную проницаемость.
  • Трансформаторы с железным сердечником имеют низкое сопротивление.
  • Взаимная индуктивность высокая.
  • Эти трансформаторы очень эффективны.

Недостатки

  • Они немного шумные по сравнению с трансформаторами с воздушным сердечником.
  • Гистерезис и потери от вихревых токов немного больше, чем у трансформаторов с воздушным сердечником.

Приложения

  • В качестве изолирующих трансформаторов.
  • Высокочастотные радиопередачи.

Трансформаторы также классифицируются в соответствии с типом сердечника, который они используют. Некоторые трансформаторы используют сердечник, погруженный в масло. Это масло охлаждают снаружи различными способами. Такие трансформаторы называются трансформаторами с мокрым сердечником , тогда как другие, такие как трансформаторы с ферритовым сердечником, трансформаторы с многослойным сердечником, трансформаторы с тороидальным сердечником и трансформаторы с литой смолой, являются трансформаторами с сухим сердечником .

Основываясь на типе техники намотки, у нас есть еще один очень популярный трансформатор, который называется « Авто трансформатор» .

Авто Трансформатор

Это тип трансформатора, который чаще всего встречается в наших электрических лабораториях. Этот авто трансформатор является улучшенной версией оригинального трансформатора. Взята одна обмотка, к которой обе стороны подключены к источнику питания и заземлению. Выполняется еще одно переменное постукивание, при котором образуется вторичное движение трансформатора.

На следующем рисунке показана схема автотрансформатора.

Как показано на рисунке, одна обмотка обеспечивает как первичную, так и вторичную в трансформаторе. Различные ответвления вторичной обмотки нарисованы, чтобы выбрать различные уровни напряжения на вторичной стороне.

Первичная обмотка, как показано выше, находится в диапазоне от A до C, а вторичная обмотка — от B до C, тогда как переменный рычаг B изменяется для получения требуемых уровней напряжения. Практичный автоматический трансформатор выглядит как на рисунке ниже.

Вращая вал выше, вторичное напряжение настраивается на различные уровни напряжения. Если напряжение, приложенное к точкам A и C, равно V1, то напряжение на витке в этой обмотке будет

Напряжениеввключить= гидроразрываV1N1

Теперь напряжение на точках B и C будет

V2= гидроразрываV1N1 разN2

 гидроразрываV2V1= гидроразрываN2N1=постоянная :(скажем,K)

Эта константа — не что иное, как коэффициент поворотов или коэффициент напряжения автоматического трансформатора.

Основные части конструкции трансформатора — Трансформаторы





В практичной конструкции трансформатора производитель выбирает между тремя различными базовыми концепциями:

  • Стержневой (рис1)
  • Броневой (рис2)
  • Тороидальный



Любая из этих концепций не влияет на эксплуатационные характеристики или эксплуатационную надёжность трансформатора, но имеются существенные различия в процессе их изготовления. Каждый производитель выбирает концепцию, которую он считает наиболее удобной с точки зрения изготовления, и стремится к применению этой концепции на всём объёме производства.

В то время как обмотки стержневого типа заключают в себе сердечник, сердечник броневого типа заключает в себе обмотки. Если смотреть на активный компонент (т.e. сердечник с обмотками) стержневого типа, обмотки хорошо видны, но они скрывают за собой стержни магнитной системы сердечника. Видно только верхнее и нижнее ярмо сердечника. В конструкции броневого типа сердечник скрывает в себе основную часть обмоток.

Ещё одно отличие состоит в том, что ось обмоток стержневого типа, как правило, имеет вертикальное положение, в то время как в броневой конструкции она может быть горизонтальной или вертикальной.

Основными частями конструкции трансформатора являются:

  • магнитная система (магнитопровод)
  • обмотки
  • система охлаждение

Магнитная система (магнитопровод) трансформатора — комплект элементов (чаще всего пластин) электротехнической стали или другого ферромагнитного материала, собранных в определённой геометрической форме, предназначенный для локализации в нём основного магнитного поля трансформатора. Магнитная система в полностью собранном виде совместно со всеми узлами и деталями, служащими для скрепления отдельных частей в единую конструкцию, называется остовом трансформатора.

Часть магнитной системы, на которой располагаются основные обмотки трансформатора, называется — стержень

Часть магнитной системы трансформатора, не несущая основных обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи, называется — ярмо

В зависимости от пространственного расположения стержней, выделяют:

  1. Плоская магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси всех стержней и ярм расположены в одной плоскости
  2. Пространственная магнитная система — магнитная система, в которой продольные оси стержней или ярм, или стержней и ярм расположены в разных плоскостях
  3. Симметричная магнитная система — магнитная система, в которой все стержни имеют одинаковую форму, конструкцию и размеры, а взаимное расположение любого стержня по отношению ко всем ярмам одинаково для всех стержней
  4. Несимметричная магнитная система — магнитная система, в которой отдельные стержни могут отличаться от других стержней по форме, конструкции или размерам или взаимное расположение какого-либо стержня по отношению к другим стержням или ярмам может отличаться от расположения любого другого стержня
Обмотки

Основным элементом обмотки является виток — электрический проводник, или ряд параллельно соединённых таких проводников (многопроволочная жила), однократно обхватывающий часть магнитной системы трансформатора, электрический ток которого совместно с токами других таких проводников и других частей трансформатора создаёт магнитное поле трансформатора и в котором под действием этого магнитного поля наводится электродвижущая сила.

Обмотка — совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках. В трёхфазном трансформаторе под обмоткой обычно подразумевают совокупность обмоток одного напряжения трёх фаз, соединяемых между собой.

Проводник обмотки в силовых трансформаторах обычно имеет квадратную форму для наиболее эффективного использования имеющегося пространства (для увеличения коэффициента заполнения в окне сердечника). При увеличении площади проводника проводник может быть разделён на два и более параллельных проводящих элементов с целью снижения потерь на вихревые токи в обмотке и облегчения функционирования обмотки. Проводящий элемент квадратной формы называется жилой.


рис. Транспонированный кабель применяемый в обмотке трансформатора

Каждая жила изолируется при помощи либо бумажной обмотки, либо эмалевого лака. Две отдельно изолированных и параллельно соединённых жилы иногда могут иметь общую бумажную изоляцию. Две таких изолированных жилы в общей бумажной изоляции называются кабелем.

Особым видом проводника обмотки является непрерывно транспонированный кабель. Этот кабель состоит из жил, изолированных при помощи двух слоёв эмалевого лака, расположенных в осевом положении друг к другу, как показано на рисунке. Непрерывно транспонированный кабель получается путём перемещения внешней жилы одного слоя к следующему слою с постоянным шагом и применения общей внешней изоляции.

Бумажная обмотка кабеля выполнена из тонких (несколько десятков микрометров) бумажных полос шириной несколько сантиметров, намотанных вокруг жилы. Бумага заворачивается в несколько слоёв для получения требуемой общей толщины.

Обмотки разделяют по:

  1. Назначению
    • Основные — обмотки трансформатора, к которым подводится энергия преобразуемого или от которых отводится энергия преобразованного переменного тока.
    • Регулирующие — при невысоком токе обмотки и не слишком широком диапазоне регулирования, в обмотке могут быть предусмотрены отводы для регулирования коэффициента трансформации напряжения.
    • Вспомогательные — обмотки, предназначенные, например, для питания сети собственных нужд с мощностью существенно меньшей, чем номинальная мощность трансформатора, для компенсации третей гармонической магнитного поля, подмагничивания магнитной системы постоянным током, и т. п.
  2. Исполнению
    • Рядовая обмотка — витки обмотки располагаются в осевом направлении во всей длине обмотки. Последующие витки наматываются плотно друг к другу, не оставляя промежуточного пространства.
    • Винтовая обмотка — винтовая обмотка может представлять собой вариант многослойной обмотки с расстояниями между каждым витком или заходом обмотки.
    • Дисковая обмотка — дисковая обмотка состоит из ряда дисков, соединённых последовательно. В каждом диске витки наматываются в радиальном направлении в виде спирали по направлению внутрь и наружу на соседних дисках.
    • Фольговая обмотка — фольговые обмотки выполняются из широкого медного или алюминиевого листа толщиной от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов

Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:

  • Y-соединение, так называемой соединение звездой, где все три обмотки соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной точке, называемой нейтральной точкой или звездой
  • Δ-соединение, так называемое дельта-соединение, или соединение треугольником, где три фазных обмотки соединены последовательно и образуют кольцо (или треугольник)
  • Z-соединение, так называемое соединение зигзагом

Первичная и вторичная стороны трансформатора могут быть соединены любым из трёх способов, показанным выше. Данные способы предлагают несколько различных комбинаций соединений в трансформаторах с различными характеристиками, выбор которых также может быть обусловлен типом сердечника.

Y-соединение обычно является естественным выбором для самых высоких напряжений, когда нейтральная точка предназначена для зарядки. В любом случае в целях защиты от перенапряжения или для прямого заземления предусмотрено наличие нейтрального проходного изолятора. В последнем случае в целях экономии уровень изоляции нейтрали может быть ниже, чем уровень изоляции фазного конца обмотки. Соединённая звездой обмотка также имеет то преимущество, что переключение регулирования коэффициента трансформации может быть предусмотрено на нейтральном конце, где также может быть размещён переключатель числа витков. Поэтому переключатель числа витков сможет функционировать при напряжении низкого логического уровня, а разница напряжений между фазами также будет незначительная. По сравнению с расходами, затраченными на установку переключателя числа витков, при более высоком уровне напряжения экономические затраты будут ниже.

Соединение звездой используется на одной стороне трансформатора, другая сторона должна быть соединена треугольником, особенно в случаях, если нейтраль соединения звездой планируется для зарядки. Соединение обмотки треугольником обеспечивает баланс ампер-виток для тока нулевой последовательности, следующего по нейтрали, и каждой фазы соединения звездой, что даёт приемлемый уровень полного сопротивления нулевой последовательности. Без соединения треугольником обмотки ток нулевой последовательности привёл бы к образованию поля токов нулевой последовательности в сердечнике. Если сердечник имеет три стержня, данное поле от ярма к ярму проникнет сквозь стенки бака и приведёт к выделению тепла. В случае с броневым сердечником, или при наличии пяти стержней сердечника, данное поле проникнет между раскрученными боковыми стержнями и полное сопротивление нулевой последовательности существенно повысится. Вследствие этого ток, в случае пробоя на землю может стать настолько слабым, что защитное реле не сработает.

В соединенной треугольником обмотке ток, протекающий по каждой фазовой обмотке равен фазному току, разделённому на , в то время как в соединении звездой, линейный ток каждой фазной обмотки идентичен линейному току сети. С другой стороны, для одинакового напряжения соединение треугольником требует наличия трёхкратного количества витков по сравнению с соединением звездой. Соединение обмотки треугольником выгодно использовать в высоковольтных трансформаторах, когда сила тока высока, а напряжение относительно низкое, как например, в обмотке низшего напряжения в повышающих трансформаторах.

Соединение обмотки треугольником позволяет циркулировать третьей (и кратным ей) гармонике тока внутри треугольника, образованного тремя последовательно соединёнными фазными обмотками. Токи третьей гармоники необходимы во избежание искажения синусоидальности потока магнитных, и, следовательно, наведённой ЭДС во вторичной обмотке. Третья гармоника тока во всех трёх фазах имеет одинаковое направление, данные токи не могут циркулировать в обмотке, соединённой звездой, с изолированной нейтралью.

Недостаток троичных синусоидальных токов в намагничивающем токе может привести к значительным искажениям наведённого напряжения, в случаях, если у сердечника 5 стержней, или он исполнен в броневом варианте. Соединённая треугольником обмотка трансформатора устранит данное нарушение, так как обмотка с соединением треугольником обеспечит затухание гармонических токов. Иногда в трансформаторах предусмотрено наличие третичной Δ-соединённой обмотки, предусмотренной не для зарядки, а для предотвращения искажения напряжения и понижения полного сопротивления нулевой последовательности. Такие обмотки называются компенсационными. Распределительные трансформаторы, предназначенные для зарядки, между фазой и нейтралью на стороне первого контура, снабжены обычно соединённой треугольником обмоткой. Однако ток в соединённой треугольником обмотке может быть очень слабым для достижения минимума номинальной мощности, а требуемый размер проводника обмотки чрезвычайно неудобен для заводского изготовления. В подобных случаях высоковольтная обмотка может быть соединена звездой, а вторичная обмотка — зигзагообразно. Токи нулевой последовательности, циркулирующие в двух отводах зигзагообразно соединённой обмотки будут балансировать друг друга, полное сопротивление нулевой последовательности вторичной стороны главным образом определяется полем рассеяния магнитного поля между двумя разветвлениями обмоток, и выражается весьма незначительной цифрой.

При использовании соединения пары обмоток различными способами возможно достигнуть различных степеней напряжения смещения между сторонами трансформатора.

Сдвиг фаз между ЭДС первичной и вторичной обмоток принято выражать группой соединений. Для описания напряжения смещения между первичной и вторичной, или первичной и третичной обмотками, традиционно используется пример с циферблатом часов. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0° до 360°,а кратность сдвига составляет 30°, то для обозначения группы соединений выбирается ряд чисел от 1 до 12, в котором каждая единица соответствует углу сдвига в 30°. Одна фаза первичной указывает на 12, а соответствующая фаза другой стороны указывает на другую цифру циферблата.

Наиболее часто используемая комбинация Yd11 означает, например, наличие 30º смещения нейтрали между напряжениями двух сторон

Схемы и группы соединения обмоток трёхфазных двухобмоточных трансформаторов

Схема соединения обмоток Диаграмма векторов напряжения
холостого хода*
Условное
обозначение
ВН НН
У/Д-11



трансформатор

Всего комментариев: 0


Сердечник Трансформатора :: Электротехническое оборудование

Сердечник Трансформатора

Площадь сечения сердечника трансформатора -очень важный параметр. На величину магнитного потока, создаваемого в сердечнике трансформатора, кроме числа витков первичной обмотки и величины протекающего в ней тока, оказывает влияние и размер самого сердечника. Если трансформатор имеет сердечник малого размера, то создать в таком сердечнике магнитный поток большой величины нельзя и на выходе такого трансформатора получить большую мощность не удастся. Это объясняется тем, что материал, из которого изготовлен сердечник, имеет способность насыщаться. Явление насыщения трансформатора состоит в том, что, несмотря на увеличение тока в обмотке, магнитный поток в сердечнике, достигнув некоторой максимальной величины, далее практически не изменяется.

Предположим, что имеется катушка с железным сердечником, по обмотке которой протекает постоянный ток. При увеличении тока в обмотке магнитный поток будет также увеличиваться. При малых величинах тока возрастание потока окажется пропорциональным увеличению тока. Затем поток будет нарастать всё медленнее и наконец при некоторой величине тока перестанет увеличиваться совсем. Наступит насыщение стали (насыщение сердечника).

В трансформаторе режим насыщения приводит к тому, что передача энергии из первичной обмотки во вторичную частично прекращается. Нормальная работа трансформатора возможна лишь тогда, когда магнитный поток в его сердечнике изменяется пропорционально изменению тока в первичной обмотке. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы сердечник не был в состоянии насыщения, а это возможно лишь тогда, когда его объём и сечение не меньше вполне определённой величины. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.

На практике часто приходится рассчитывать сечение сердечника по заданной мощности трансформатора:

Sсерд = 1.2√P, см2

Источник: katod-anod.ru

Как в мире используются сердечники трансформаторов

Мы в Corefficient знаем, что в связи с ростом развития сельских районов, индустриализацией и открытием новых электростанций рынок трансформаторов растет. Мы считаем, что лучший потребитель — это информированный потребитель. Мы хотели уделить некоторое время определению некоторых основных элементов и принципов работы электрических трансформаторов, сердечников трансформаторов и тому, как они используются в мире.

 

Сердечники трансформаторов и определенные типы сердечников трансформаторов

 

Сердечник трансформатора представляет собой статическое устройство, передающее мощность от одного источника к другому за счет электромагнитной индукции.Это куски магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, который используется для направления магнитных полей в трансформаторах. Сердечники трансформаторов изготавливаются из разных материалов, и существует несколько различных типов. Вот несколько конкретных примеров и как они работают:

  • Стальные многослойные сердечники : Эти типы сердечников трансформаторов известны своей проницаемостью, которая снижает ток намагничивания и делает их пригодными для использования при передаче напряжения на уровне звуковой частоты.

  • Твердые сердечники : Обладают самой высокой магнитной проницаемостью и электрическим сопротивлением. Они, как правило, используют электрическую передачу, где частота высока и требует плавной и безопасной работы. Эти типы сердечников являются твердыми по своей природе и имеют длительный срок службы.
  • Тороидальные сердечники : Они используются в качестве катушки индуктивности в электрических цепях из-за их круглой формы; они эффективны и действенны при работе с высоким уровнем энергетической нагрузки.

Трансформаторы и определение типов трансформаторов

Существуют также различные типы трансформаторов, которые имеют несколько катушек или обмоток на первичной и вторичной сторонах. Они также могут иметь «отвод по центру», что означает, что две катушки соединены последовательно. Трансформаторы сконструированы для преобразования уровня напряжения на первичной стороне во вторичную. Существует три типа трансформаторов: понижающий, повышающий и изолированный трансформатор.

  • Понижающий трансформатор : Понижающий трансформатор преобразует более высокое напряжение в более низкое напряжение на вторичном выходе.Количество обмоток на вторичной стороне больше, чем на первичной. Эти типы трансформаторов в основном используются в электронике; это требование к силовой части любого электрооборудования.
  • Повышающий трансформатор : По логике вещей, повышающий трансформатор является противоположностью понижающего трансформатора. Они увеличивают низкое первичное напряжение до высокого вторичного напряжения. Повышающие трансформаторы можно использовать и в электронике, включая стабилизаторы и инверторы.Повышающие трансформаторы также используются при распределении электроэнергии, часто «повышая» напряжение в электросети перед распределением.
  • Изолированный трансформатор : Изолированный трансформатор не преобразует уровни напряжения, а уровни напряжения первичной и вторичной сторон остаются неизменными. Это изолирующий барьер, в котором проводимость происходит только с магнитным потоком, как правило, в целях безопасности и для предотвращения передачи шума от первичной обмотки к вторичной или наоборот.

Типы материалов магнитных сердечников для трансформаторов

Электрический силовой трансформатор имеет первичную, вторичную и третичную обмотки. Затем он приводится в движение потоком между обмотками. Магнитные сердечники служат путем потока. Сердечник может быть изготовлен из следующих видов материалов:

  • Аморфная сталь : Эти сердечники сделаны из нескольких металлических лент толщиной с бумагу, которые помогают уменьшить поток вихревых токов. Сердечники из аморфной стали имеют небольшие потери и могут легко работать при высоких температурах.Сердечники из аморфной стали чаще всего используются в высокоэффективных трансформаторах, работающих на средних частотах.

  • Твердый железный сердечник : Эти сердечники создают магнитный поток, который помогает удерживать сильные магнитные поля без насыщения железом. Сердечники не рекомендуются для трансформаторов, работающих на переменном токе, поскольку магнитное поле создает большие вихревые токи. Эти вихревые токи производят тепло на высоких частотах.
  • Аморфные металлы : Известные также как стекловидные металлы, эти металлы стекловидные или некристаллические.Эти металлы используются для создания высокоэффективных трансформаторов. Материалы имеют низкую проводимость, что помогает уменьшить вихревые токи.
  • Ферритовая керамика : Ферритовая керамика представляет собой класс керамических соединений, изготовленных из оксида железа и одного или нескольких металлических элементов. Эти ферритовые керамические магнитопроводы используются в высокочастотных устройствах. Керамические материалы служат эффективными изоляторами и помогают уменьшить вихревые токи.
  • Многослойные магнитные сердечники : Эти сердечники состоят из тонких листов железа, покрытых изолирующим слоем, предотвращающим вихревые токи.
  • Сердечник из карбонильного железа s: Эти магнитные сердечники изготовлены из порошкового карбонильного железа и обеспечивают стабильную работу в широком диапазоне уровней магнитного потока и температуры. Сердечники из порошка карбонильного железа состоят из небольших железных сфер, покрытых тонким изолирующим слоем. Эти сердечники помогают уменьшить влияние вихревых токов при высоких температурах.
  • Кремниевая сталь : Кремниевая сталь имеет высокое удельное электрическое сопротивление. Сердечник из кремнистой стали обеспечивает стабильную работу в течение многих лет и обеспечивает высокую плотность потока насыщения.

Преобразование энергии, электрические сети и ядра трансформаторов

Наиболее очевидным применением электрического трансформатора является распределение мощности по линии электропередачи: от электростанции к повышающей передаче и к понижающей передаче. На электростанции (или генерирующей станции) энергия угля, газа, воды, атомной энергии, ветра, солнца и т. д. преобразуется в электрическую энергию. Электростанция подключена к передающей сети, которая, в свою очередь, подключена к распределительной сети.Передающая сеть – это высоковольтная сеть для передачи электроэнергии на большие расстояния. Распределительная сеть — это сеть среднего и низкого напряжения для местного распределения электроэнергии конечным потребителям.

Обычно сеть содержит множество подстанций, соединенных друг с другом линиями электропередач. На этих подстанциях имеется защитное оборудование, которое в случае возникновения проблем может автоматически включать автоматические выключатели, перенаправляя энергию в сети.

Чтобы обеспечить высокое качество сердечников трансформаторов, компания Corefficient предлагает испытания материалов из электротехнической стали, в том числе испытания Эпштейна, испытания отдельных листов, испытания Франклина и испытания размеров.Мы также предлагаем электрические испытания собранных сердечников.

Corefficient — компания по производству трансформаторных сердечников, базирующаяся в Монтеррее, Мексика, — стремящаяся повысить ценность своих трансформаторных сердечников. Сочетание опыта и успехов в области проектирования сердечников трансформаторов, проектирования сердечников трансформаторов, знаний в области магнитных сердечников и, что наиболее важно, в сфере обслуживания клиентов. Готов начать? Свяжитесь с инженером по продажам Corefficient сегодня по телефону: 1 (704) 236-2510.

важных вещей, которые вы должны знать

Сердечник трансформатора всегда создает путь в его каналах сердечника навстречу магнитному потоку.Правильное использование материала с высокой проницаемостью помогает добиться очень низкого нежелания оставаться внутри сердечника на пути магнитного потока. Обычно он изготавливается из нескольких тонких листов электротехнической стали, известных как ламинированные листы.

При очень тонком слое изолирующих покрытий они по существу изолированы друг от друга, что очень важно для предотвращения выброса вихревых токов в сердечник трансформатора. Они являются одним из основных источников тепловыделения, что в конечном итоге приводит к короткому замыканию и перегреву активной зоны при выходе из строя.Это требует использования охлаждающих каналов для предотвращения катастрофического отказа.

Принцип работы трансформаторов основан на взаимной индукции между двумя обмотками магнитной пары. Для надлежащей взаимной индукции всегда требуется мощный магнитный поток через магнитную цепь между двумя обмотками. Это требует гораздо меньшего нежелания видеть поток между обмотками магнитного пути.

Стандартный сердечник трансформатора

Как правило, они изготавливаются из материалов с высокой проницаемостью, таких как сталь CRGO, которые обеспечивают простой поток без препятствий прохождению магнитного потока.Так как ориентация зерна параллельна потоку, по которому текут магнитные потоки.

Какова роль сердечника трансформатора?

Сердечник трансформатора отвечает за минимизацию потерь на гистерезис любого типа, возникающих при работе в состоянии переменного тока.

Минимизация потерь от вихревых токов в сердечнике трансформатора, возникающих во время работы. Но этот наведенный вихревой ток смещается в соответствии с создаваемым магнитным потоком. Хотя эти вихревые токи приведут к повышению температуры, их сопротивление будет улучшено для магнитного сердечника на основе кремния в процессе, что уменьшит потери, вызванные вихревыми токами, при производстве у ведущего производителя магнитных сердечников в Индии.

Типы трансформаторных сердечников

Любой сердечник трансформатора имеет как основную, так и вторичную обмотку, его можно легко разделить на категории в зависимости от конструкции. Это может быть дополнительно определено как тип ядра и тип оболочки.

Наматывается трансформатор типа Shell

Назначение любого сердечника трансформатора состоит в том, чтобы обеспечить замкнутый магнитный путь к сердечнику, по которому протекает магнитный поток между обмотками.

Существует два наиболее часто используемых типа: Core и Shell типа

.

У них есть свои особенности.Их можно легко отремонтировать на месте. Принимая во внимание, что типы оболочки имеют более прочную конструкцию, что затрудняет ремонт. Это требует, чтобы они были доставлены на сайт для обслуживания.

Трансформаторы корпусного типа:

Они специально выбраны для небольших трансформаторов. В зависимости от конструкции они имеют одну катушку в центре, несущую первичную и вторичную обмотки.

Эти разрезанные пластины укладываются одна за другой с ветвями разного размера в зависимости от намотки шпульки, в зависимости от необходимого номинального напряжения-ампера.Ламинированный сердечник трансформатора EI обычно используется в фасонных сердечниках трансформаторов.

Трансформатор с сердечником:

Они специально выбраны для больших трансформаторов. Обмотка там считается первичной и вторичной отдельными парами на каждом стержне.

Из-за своей конструкции большая часть участков обмотки подвергается внешнему охлаждению. Который по мере увеличения размера полностью зависит от размера ножек сердечника.

Трансформатор с сердечником и кожухом

400 Гц Магнитные сердечники:

В аэрокосмической промышленности используются сердечники трансформаторов средней частоты 400 Гц.Поскольку обычно используется кремнистая сталь, она становится неудобной для среднего диапазона 50 Гц. Чтобы компенсировать то, что нужно материалу с низким гистерезисом.

от 50 до 60 Гц используют чрезвычайно проницаемые электрические многослойные стальные сердечники, штампованные из стали толщиной от 0,6 мм до 1,5 мм. Чтобы уменьшить вихревые токи на весь сердечник трансформатора для повышения КПД, их дополнительно покрывают лаком.

Из-за своих некристаллических свойств аморфный сердечник используется в трансформаторах с частотой от 50 до 60 Гц в такой ситуации.Которая по сравнению со сталью CRGO имеет сравнительно меньшие потери.

Но прежде дайте нам знать, почему сердечник трансформаторов ламинирован

Они разрабатываются в соответствии со спецификациями, чтобы через них не проходил ток. Однако все еще существует магнитный поток, заключенный в форму круговой петли, который можно изменить, изменив силу магнитного поля, используемого для протекания тока, называемого вихревым током.

Многослойные сердечники используются для эффективной передачи энергии от вторичной обмотки к первичной с целью предотвращения значительных потерь.

Вихревые токи устраняются путем их уменьшения с помощью многослойного сердечника, что приводит к нагреву и потере гистерезиса.

Ламинированные сердечники Magnetic Flux

Таким образом, они намного эффективнее в эксплуатации, так как сам ламинат представляет собой стопки листов электротехнической стали. Это делает ламинат немного более устойчивым к вихревым токам, чем другие. Это предотвращает перегрев и делает его гораздо более конструктивно эффективным.

Материал сердечника трансформатора

Сердечник трансформатора должен иметь высокое электрическое сопротивление и очень малые потери на гистерезис.В производстве широко используется сталь CRGO. Благодаря лучшим электрическим свойствам они используются в большинстве электрических приложений из-за свойств их материала.

Следующие материалы используются в трансформаторах в порядке возрастания их популярности.

Аморфная сталь:

Поскольку они представляют собой металлические ленты толщиной с бумагу и очень хрупкие, они изготовлены из аморфной стали, называемой металлическим стеклом. Аморфная сталь чаще всего используется в высокопроизводительных трансформаторах.

Кремний Сталь:

Имеют более высокое удельное электрическое сопротивление. Поскольку они обеспечивают более высокое насыщение магнитного потока и меньшее магнитное сопротивление, они подходят для изготовления витых и многослойных сердечников.

Ферритовая керамика:

Керамические соединения из оксида металла представляют собой определенный тип керамики. В высокочастотных трансформаторах используются такие ферритовые сердечники, но проводимость у них плохая.

Какие факторы следует учитывать при изготовлении сердечника трансформатора?

При производстве учитываются следующие важные факторы:

  • Источник материалов более высокого качества.
  • Снижение возможных потерь.
  • Доступность материалов и меньшая стоимость рабочей силы.
  • Качество исполнения
  • Необходим контроль качества на каждом этапе производства, чтобы свести к минимуму потери производительности и обеспечить максимально плавные пути прохождения тока намагничивания.

При максимальной плотности потока 1,9 Тесла поперечное сечение CRGO насыщается. Для достижения оптимальной производительности магнитным потоком можно управлять площадью поперечного сечения сердечника в зависимости от соответствующего применения.

Потери в сердечнике трансформатора

Сталь

обладает свойствами, позволяющими свести к минимуму сопротивление магнитного пути и эффективно облегчить прохождение потока через него. Но помимо этого, это часто добавляет к некоторым частным потерям. Обе потери представляют собой потери на вихревые токи и потери на гистерезис. Мы называем эти две потери совместно потерями в сердечнике трансформатора.

По каким параметрам выбираются сердечники трансформаторов?

Решается исходя из параметров ранжирования трансформатора.Для нижнего трансформатора часто указывается квадратная форма для этого центра. Обмотка рассчитывается соответственно. Они также имеют чрезвычайно низкую токовую мощность и очень экономичны в масштабе.

Также на основе номинала трансформаторов. Сердечники прямоугольной формы используются для снижения тока менее номинального трансформатора, а проводник может быть легко намотан на квадратную или прямоугольную форму. Для людей с меньшим рейтингом квадратная или прямоугольная жила является экономичной.

Что касается трансформаторов более высоких номиналов, цилиндрическая форма обмотки определяется исходя из конструкции и назначения.Уменьшите расстояние на определенную величину между сердечником и его обмоткой. Для создания круглого сечения сердечника накладываются друг на друга различные этапы ламинирования. Они могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми в зависимости от размера и потерь.

В то время как тяжелые трансформаторы имеют сердечник большего размера, через который проходит большее количество тока. Когда дело доходит до формы проводника, обмотка цилиндрической формы используется с медным проводником, в отличие от квадратного, который нельзя формировать или сгибать.

После намотки осталось большое количество огромных зазоров, которые заполнены ступенчатым поперечным сечением. Этот тип поперечного сечения может иметь один или несколько многоступенчатых ламинированных сердечников.

Вот видео на ютубе, в котором описаны типы сердечников трансформатора.

Оборудование для испытаний трансформаторов | Сердечник трансформатора

Сердечник трансформатора обеспечивает магнитный путь к потоку канала. Использование материала с высокой проницаемостью (что описывает способность материала переносить флюс), а также более совершенные методы изготовления сердечника помогают обеспечить желаемый путь потока с низким магнитным сопротивлением и ограничить линии потока сердечником.Сердечник состоит из множества тонких полос кремнистой стали с ориентированной зернистостью, называемых пластинами, которые электрически изолированы (но при этом связаны магнитным полем) друг от друга тонкими покрытиями из изоляционного материала. Это важно для уменьшения потерь холостого хода трансформатора. Сердечник является источником тепла в трансформаторе, и по мере увеличения размера сердечника могут потребоваться охлаждающие каналы внутри сердечника. Такие проблемы, как короткозамкнутые пластины сердечника, приведут к повышенным потерям и возможному перегреву сердечника трансформатора.

Жила изолирована от заземленных механических конструкций, которые скрепляют и поддерживают ее, а затем преднамеренно заземляется в одной точке. Сердечники трансформаторов большего размера, которые имеют несколько секций сердечника, изолированных друг от друга охлаждающими каналами, могут иметь перемычки сердечника для соединения секций сердечника вместе и одиночный провод для прочного соединения соединенной группы с землей. Сердечник, который фактически является проводником, который не предназначен для прохождения тока, может приобретать некоторый потенциал за счет емкостной связи с самой внутренней обмоткой, когда трансформатор находится под напряжением (что приводит к частичным разрядам, которые могут повредить трансформатор) и наведенный потенциал, когда трансформатор несет нагрузку, если сердечник жестко не соединен с землей.Заземление жилы также обеспечивает работу защитного устройства в случае нарушения изоляции обмотки жилы. Чтобы такая неисправность была распознана системой защиты источника питания/линии (и быстро отключена от линии), сердечник трансформатора должен быть заземлен, чтобы обеспечить электрический (поврежденный) путь обратно к источнику. Сердечник обычно заземляется только в одной точке, так как заземление нескольких сердечников может привести к циркулирующим токам и перегреву (и выделению газов) в сердечнике.

Магнитное состояние трансформатора имеет первостепенное значение для правильной работы трансформатора.Наиболее распространенные проблемы с сердечником, с которыми сталкиваются в полевых условиях, включают проблемы с заземлением сердечника, плохую конструкцию сердечника, короткое замыкание пластин и перегрев. Следующие тесты электрического поля, используемые в сочетании с нашим оборудованием для испытаний трансформаторов, предоставляют информацию о целостности сердечника трансформатора.

Диагностика ядра

 

  • Возбуждающий ток:  обнаруживает большинство проблем с сердечником трансформатора, включая короткое замыкание и другие проблемы, которые значительно влияют на сопротивление потока в сердечнике, например, частичное смещение или открытое соединение сердечника, плохое качество сборки сердечника и т. д. .; чувствителен к намагничиванию сердечника
  • Сопротивление изоляции по постоянному току (заземление жилы): проверяет наличие непреднамеренного заземления жилы (лучший инструмент для этого) и проблем, связанных с изоляцией заземления жилы. Низкие значения сопротивления изоляции между жилой и землей могут быть вызваны смещением пластин жилы, а также токопроводящими загрязнениями или посторонними предметами, замыкающими изоляцию между жилой и землей.
  • Емкость/коэффициент мощности/коэффициент рассеяния:  емкость обмотки низкого напряжения (CL), измеренная во время испытания коэффициента мощности/коэффициента рассеяния, чувствительна к ухудшению или полной потере заземления сердечника
  • Анализ частотной характеристики с разверткой (SFRA):  чувствителен к изменениям в магнитном сердечнике и намагниченности сердечника в более низком диапазоне частот, в то время как потеря заземления сердечника может быть обнаружена в более высоких частотах (например,г., ≥ 50 кГц).

Трансформаторы

Трансформаторы
Далее: Согласование импеданса Вверх: Индуктивность Предыдущий: Цепь Трансформатор – это устройство для повышения или понижения напряжения переменный электрический сигнал. Без эффективных трансформаторов передача и распределение переменного тока электроэнергия на большие расстояния была бы невозможна. Рисунок 51 показана принципиальная схема типичного трансформатора.Есть два контура. А именно, первичная цепь и вторичная цепь . Прямого электрического соединения между двумя цепями нет, но каждая цепь содержит катушку, которая индуктивно соединяет ее с другой цепью. В настоящих трансформаторах две катушки намотаны на один и тот же железный сердечник. Железный сердечник предназначен для направления магнитного потока, создаваемого ток, протекающий по первичной обмотке, так что насколько это возможно, также связывает вторичная катушка.Общий магнитный поток, связывающий две катушки, условно обозначается на принципиальных схемах рядом параллельных прямых линий, проведенных между катушками.
Рисунок 51: Принципиальная схема трансформатора.

Рассмотрим особенно простой трансформатор, в котором первичная и вторичная обмотки катушки представляют собой соленоиды с одним и тем же заполненным воздухом сердечником. Предположим, что — длина сердечника, а — площадь его поперечного сечения.Пусть общее число витков в первичной обмотке, и пусть общее количество витков во вторичной катушке. Предположим, что переменное напряжение

(281)

подается в первичную цепь от какого-либо внешнего источника переменного тока. Здесь, пиковое напряжение в первичной цепи, частота чередования (в радианах в секунду). Ток, движущийся вокруг первичная цепь написана
(282)

где максимальный ток.Этот ток создает изменяющийся магнитный поток, в сердечнике соленоида, который связывает вторичную катушку, и, тем самым, индуктивно генерирует переменную ЭДС
(283)

во вторичной цепи, где пиковое напряжение. Предположим, что это ЭДС вызывает переменный ток
(284)

вокруг вторичной цепи, где пиковый ток.

Записано уравнение цепи для первичной цепи

(285)

предполагая, что сопротивление в этой цепи пренебрежимо мало. Первый срок в приведенном выше уравнении — ЭДС, генерируемая извне. Второй срок противо-ЭДС из-за собственной индуктивности первичной катушки. То окончательный термин — это ЭДС из-за взаимной индуктивности первичной обмотки. и вторичные катушки. При отсутствии какого-либо значительного сопротивления в первичном цепи эти три ЭДС в сумме должны равняться нулю.Уравнения (281), (282), (284) и (285) можно комбинировать, чтобы получить
(286)

поскольку
(287)

Переменная ЭДС, создаваемая во вторичной цепи, состоит из ЭДС, создаваемая собственной индуктивностью вторичной обмотки, плюс ЭДС, создаваемая взаимной индуктивностью первичной и вторичной катушек.Таким образом,

(288)

Уравнения (282), (283), (284), (287) и (288) дают
(289)

Теперь мгновенная выходная мощность внешнего источника переменного тока, питающего первичный контур

(290)

Точно так же мгновенная электрическая энергия в единицу времени, индуктивно передаваемая от первичный во вторичный контур
(291)

Если резистивные потери в первичной а вторичные цепи пренебрежимо малы, как и предполагается, тогда по энергосбережению, эти две силы должны быть всегда равны друг другу.Таким образом,
(292)

который легко сводится к
(293)

Уравнения (286), (289) и (293) дают
(294)

который дает
(295)

и, следовательно,
(296)

Уравнения (293) и (296) можно объединить, чтобы получить
(297)

Обратите внимание, что хотя взаимная индуктивность двух катушек несет полную ответственность за передачу энергия между первичной и вторичной цепями, это собственная индуктивность двух катушек, которые определяют соотношение пиковых напряжений и пиковые токи в этих цепях.

Теперь из разд. 10.2, собственные индуктивности первичного и вторичные катушки задаются а также , соответственно. Следует это

(298)

и, следовательно, что
(299)

Другими словами, отношение пиковых напряжений и пиковых токов в первичном и вторичном контурах определяется соотношением количество витков в первичной и вторичной обмотках.Это последнее соотношение обычно называют коэффициентом витков трансформатора. Если вторичная катушка содержит на витков больше, чем первичная катушка, на витков. пиковое напряжение во вторичной цепи превышает , что в первичной цепи. Этот тип трансформатора называется повышающим трансформатором , , потому что он увеличивает напряжение сигнала переменного тока. Обратите внимание, что при повышении трансформатор пиковый ток во вторичной обмотке цепи на 90 297 меньше, чем на 90 298 пикового тока в первичной цепи (как и должно быть, если необходимо сохранить энергию).Таким образом, повышающий трансформатор фактически понижает ток. Так же, если вторичная катушка содержит на меньше витков, чем первичная катушка тогда пиковое напряжение во вторичной цепи на меньше, чем на в первичном контуре. Этот тип трансформатора называется понижающим . трансформатор . Обратите внимание, что понижающий трансформатор фактически увеличивает мощность. ток ( т.е. , пиковый ток во вторичной цепи больше, чем в первом контуре).

Электроэнергия переменного тока вырабатывается на электростанциях при довольно низком пиковом напряжении. ( я.е. , что-то вроде 440В), и потребляется бытовыми пользователем при пиковом напряжении 110 В (в США). Однако электричество переменного тока передается от электростанции к месту, где он потребляется при очень высоком пиковом напряжении (обычно 50 кВ). Фактически, как только сигнал переменного тока выходит из генератора на электростанции он подается на повышающий трансформатор, повышающий пиковое напряжение с нескольких сотен вольт до многих десятков киловольт. Выходной сигнал повышающего трансформатора подается на линия электропередач высокого напряжения, которая обычно транспортирует электричество по многие десятки километров, и, как только электричество достигло своего точка потребления, питание подается через серию понижающих трансформаторов до тех пор, пока он не выйдет из бытовой розетки, его пиковое напряжение не только 110В.Но если электроэнергия переменного тока вырабатывается и потребляется при сравнительно низкие пиковые напряжения, зачем утруждать себя повышение пикового напряжения до очень высокого значения в электростанции, а затем снова понизить напряжение, как только электричество достиг точки потребления? Почему бы не генерировать, передавать и распределять электроэнергию при пиковом напряжении 110В? Ну думай об электрике линия электропередач, которая передает пиковую электрическую мощность между электростанцией и город. Мы можем думать о том, что зависит от количества потребителей в городе и характера электрические устройства, которыми они управляют, по существу, как фиксированное количество.Предположим, что и пиковое напряжение и пиковый ток сигнала переменного тока, передаваемого по линии, соответственно. Мы можем думать об этих числах как о переменных, поскольку мы можем изменить их с помощью трансформатора. Однако, поскольку произведение пика напряжение и пиковый ток должны оставаться постоянными. Предположим, что сопротивление линии есть . Пиковая скорость, при которой электрическая энергия теряется из-за к омическому нагреву в линии есть , что можно записать

(300)

Таким образом, если мощность, передаваемая по линии, является фиксированной величиной, как сопротивление линии, то мощность, теряемая в линии из-за омического нагрева, изменяется подобно обратному квадрату из пиковое напряжение в линии.Оказывается, даже при очень высоких напряжениях таких как 50кВ, омические потери мощности в линии электропередач протяженностью в десятки километров может составлять до 20% передаваемой мощности. Это легко может быть оценил, что если была предпринята попытка передать электроэнергию переменного тока при пиковом напряжении 110 В омические потери были бы настолько велики, что практически ни один из сила достигла бы своей цели. Таким образом, можно создать только электроэнергию в центральном месте, передавать ее на большие расстояния, а затем распределять его по месту потребления, если передача выполняется при очень высоких пиковых напряжениях (чем выше, тем лучше).Трансформеры играют жизненно важную роль в этом процессе, потому что они позволяют нам активизировать и понижать напряжение электрического сигнала переменного тока очень эффективно (хорошо продуманный трансформатор обычно имеет потери мощности, которые составляют всего несколько процентов от общая мощность, протекающая через него).

Конечно, трансформаторы не работают на постоянном токе, т.к. магнитный поток, создаваемый первичной катушкой, не изменяется во времени, и, следовательно, не индуцирует ЭДС во вторичной обмотке. На самом деле не существует эффективного метода активизации или понижение напряжения постоянного электрического сигнала.Таким образом, это невозможно эффективно передавать электроэнергию постоянного тока на большие расстояния. Это главная причина, по которой коммерчески вырабатываемое электричество является переменным, а не постоянным током.



Далее: Согласование импеданса Вверх: Индуктивность Предыдущий: Цепь
Ричард Фицпатрик 2007-07-14

Как работают сердечники трансформаторов

Как и многие электронные устройства, трансформаторы состоят из множества частей, каждая из которых работает в сочетании с другими для обеспечения безопасной и эффективной передачи энергии.Чтобы получить лучшее представление о различных типах трансформаторов и о том, почему они могут подходить для определенных приложений, полезно изучить различные компоненты в работе. Сердечник составляет основную часть трансформатора, поэтому неудивительно, что выбор надлежащего материала играет неотъемлемую роль в общем функционировании трансформатора. Существует ряд сердечников, таких как стальные ламинированные, твердые, тороидальные и воздушные сердечники, а также вариации каждого из них в соответствующих категориях.

Стальные многослойные сердечники Многослойные стальные сердечники

известны своим высоким уровнем проницаемости, что делает их хорошим выбором для передачи напряжения на уровне звуковой частоты, поскольку проницаемый сердечник снижает ток намагничивания.Однако неламинированные стальные сердечники имеют высокий уровень потерь на вихревые токи, которые возникают, когда проводящий материал сталкивается с изменяющимся магнитным полем, и могут привести к нагреву сердечника. Благодаря наличию нескольких стальных пластин, защищенных непроводящим изоляционным материалом между слоями, эти вихревые токи сдерживаются, а эффекты намагничивания уменьшаются. Хотя тонкие пластины сложнее в изготовлении и они дороже, они эффективны в высокочастотных трансформаторах.

Для стальных многослойных трансформаторов доступно несколько конструкций, каждая из которых имеет свои преимущества.Сердечник Е-образной формы доступен в производстве, но имеет тенденцию к большим потерям энергии. С другой стороны, сердечник типа C имеет пониженное сопротивление, потому что металлические зерна движутся параллельно потоку энергии.

Твердые сердечники

Твердые сердечники, особенно сердечники из порошкового железа, используемые в цепях, обладают высокой магнитной проницаемостью, а также электрическим сопротивлением. При использовании в цепях они, как правило, лучше всего работают для уровней передачи выше основных частот. Для частот, которые имеют тенденцию к еще более высокому диапазону, например, за пределами диапазона VHF (очень высоких частот), порошковое железо заменяется ферритами, которые представляют собой непроводящие магнитные керамические материалы.

Тороидальные сердечники

Доступен ряд материалов для использования в тороидальных сердечниках, включая сталь, пермаллои в рулонах, порошковое железо или ферриты. Эти сердечники могут иметь круглую структуру, а остальная часть трансформатора строиться вокруг кольца сердечника (отсутствие отверстия в кольце сердечника означает отсутствие воздушных зазоров) или они могут представлять собой длинную полосу материала. Преимущество использования ленты заключается в снижении сопротивления за счет правильно выровненных границ зерен. В случае круглого сердечника обмотки обычно наматываются вокруг сердечника, полностью покрывая его поверхность.

Тороидальные сердечники более эффективны при такой же энергетической нагрузке, чем стальные ламинированные сердечники Е-образной формы, и их можно сделать меньше, легче и с меньшим магнитным полем. Однако обмотки, как правило, дороже для тороидальных сердечников.

Воздушные сердечники

В некоторых приложениях можно вообще обойтись без сердечника, просто расположив обмотки в соответствующем диапазоне. Воздух, который заполняет пространство, где должен был быть сердечник, становится первичным магнитопроводом, который не страдает от потерь.Однако утечка высока, что делает воздушные сердечники плохим выбором для передачи или распределения энергии. Они часто встречаются в радиочастотных приложениях.

Прочие электрические изделия

Еще из раздела «Электроэнергетика и электроэнергетика»

3 основных типа магнитных сердечников, используемых в трансформаторах

Двигатели и трансформаторы не будут нормально работать без сердечника. Сердечники, используемые в повышающих/понижающих трансформаторах, могут состоять из нескольких различных материалов в зависимости от применения.Сердечник оказывает глубокое влияние на функциональность трансформатора. Размер и геометрия сердечника будут определять мощность, напряжение и ток, которые может обеспечить трансформатор. Сердечник является проводником магнитного потока, который течет, когда сигнал переменного тока подается на первичную катушку. Этот поток ядра передает энергию от первичной катушки к вторичной катушке. Чтобы сделать это эффективно, трансформаторы имеют сердечники из многослойной стали или аморфного сплава. В этом посте мы обсудим различные материалы, используемые для сердечников трансформатора.

Три основных типа стальных сердечников, используемых в магнитных трансформаторах

Магнитные трансформаторы имеют сердечники из следующих различных материалов:

  • Твердое железо/ сталь: Раньше твердый отожженный чугун или сталь были популярным материалом для сердечника, поскольку он позволял создавать сильные магнитные поля. В последнее время он стал непопулярным из-за того, что создает вихревые токи, которые делают трансформатор неэффективным. Они также выделяют большое количество тепла, которое влияет на общую производительность трансформатора.
  • Многослойный кремниевый сплав/кремниевая сталь: Пластины из кремниевого сплава, которые в основном представляют собой тонкие полоски кремниевого сплава, укладываются вместе и используются в качестве сердцевины. Эти сердечники обычно используются в электрических трансформаторах 50/60/400 Гц. Материал сердечника в этой форме обеспечивает эффективное распространение магнитного поля с уменьшенными вихревыми токами и рассеиванием тепла.
  • Аморфная сталь: Сердечники, состоящие из очень тонких полос из аморфной стали, могут использоваться в трансформаторах, работающих от средних до высоких частот.Поток вихревых токов значительно снижается при использовании этого материала на этих частотах. Следовательно, это предпочтительный материал, если вы хотите сделать ваш среднечастотный трансформатор чрезвычайно эффективным.

В зависимости от применения можно выбрать правильный сердечник, обеспечивающий эффективную работу трансформатора. Например, трансформатор, необходимый для преобразования «мощности стены» в правильные напряжения, необходимые для работы источника питания лазера, сильно отличается от трансформатора, используемого для создания тех же самых напряжений, но в импульсном источнике питания.Поэтому важно использовать эти знания при выборе ядра, которое поможет вашему приложению работать оптимально. Выбор правильного ядра также означает снижение затрат и сокращение времени разработки.

3 основных типа магнитных сердечников, используемых в трансформаторах. Последнее изменение: 13 декабря 2018 г., автор gt stepp. поддержка различных технологий.Посвященный успеху; включая сильные аналитические, организационные и технические навыки. В настоящее время работает менеджером по продажам и операциям в Custom Coils, разрабатывая стратегии продаж и маркетинга, которые увеличивают продажи, чтобы сделать Custom Coils более узнаваемыми и уважаемыми на рынке.

Почему сердечник силового трансформатора заземляют?

Трансформатор представляет собой статическое оборудование и имеет первичную и вторичную обмотку. Обмотка низкого напряжения состоит из нескольких витков провода, намотанных вокруг сердечника.Обмотка высокого напряжения состоит из множества витков провода, намотанных вокруг обмотки низкого напряжения. Такая схема намотки снижает электрические напряжения между сердечником и обмоткой.

Содержание

 

Сердечник трансформатора

Сердечник трансформатора состоит из тонких листов многослойного сердечника из CRGO. Ламинированные листы обеспечивают токопроводящий путь для магнитного поля, но, с другой стороны, обеспечивают электрическую изоляцию между листами.Ламинированные листы имеют очень низкое магнитное сопротивление, благодаря чему большая часть флюса проходит через сердечник без утечек. Вихревой ток возникает в сердечнике трансформатора из-за индуцированного напряжения в сердечнике. Трансформатор заземлен, чтобы иметь минимальное сопротивление для прохождения тока короткого замыкания на землю.

Как заземление жил защищает оборудование?

При нарушении изоляции обмотки в сердечник наводится высокое напряжение. Наведенное высокое напряжение вызывает частичный разряд, и трансформатор может выйти из строя.Таким образом, абсолютно необходимо обеспечить путь тока короткого замыкания с низким сопротивлением, чтобы можно было отключить вышестоящий выключатель и изолировать неисправное оборудование.

Для безопасности оборудования сердечник трансформатора подключаем к земле из одной точки. Ток короткого замыкания находит свой путь от сердечника к земле в случае, если сердечник достигает высокого потенциала, вызванного пробоем изоляции. Существует два метода заземления сердечника трансформатора.

  •  Соединение сердечника трансформатора с заземленным баком трансформатора 
  •  Отдельная втулка для заземления жилы и соединительная втулка для отдельной точки заземления.

Как заземлить сердечник большого силового трансформатора?

В случае трансформатора большой мощности сердечник трансформатора состоит из нескольких секций. Охлаждающие каналы изолируют секции активной зоны. Перемычки сердечника соединяют секции сердечника вместе, а последнее соединение перемычек соединяет секции сердечника с одной точкой заземления.

Во время зарядки возникает сильное магнитное поле, в результате чего возникает высокое напряжение из-за емкостной связи между обмоткой и сердечником.Напряжение, развиваемое при разряде сердечника через точку заземления сердечника. Устройство защиты срабатывает в случае нарушения изоляции обмотки к сердечнику. Сердечник силового трансформатора заземляется в одной точке заземления во избежание циркуляции тока при многократном заземлении сердечника.

Похожие сообщения:

  1. В чем недостаток большого тока возбуждения в трансформаторе?
  2. Каков класс изоляции трансформаторного масла?
  3. Параллельная работа трансформаторов
  4. Почему низкий коэффициент мощности трансформатора без нагрузки?
  5. ПРД трансформатора| Устройство сброса давления для трансформатора

Подпишитесь на нас и поставьте лайк:

Похожие сообщения

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.