Для чего нужен сердечник трансформатора

Устройство и принцип работы трансформатора

Для преобразования электрического напряжения одной величины в электрическое напряжение другой величины, то есть для преобразования электрической мощности, применяют электрические трансформаторы.

Трансформатор может преобразовывать лишь переменный ток в переменный ток, поэтому для получения постоянного тока, переменный ток с трансформатора при необходимости выпрямляют. Для этой цели служат выпрямители.

Так или иначе, любой трансформатор (будь то трансформатор напряжения, трансформатор тока или импульсный трансформатор) работает благодаря явлению электромагнитной индукции, которое проявляет себя во всей красе именно при переменном или импульсном токе.

Устройство трансформатора

В простейшем виде однофазный трансформатор состоит всего из трех основных частей: ферромагнитного сердечника (магнитопровода), а также первичной и вторичной обмоток. В принципе обмоток у трансформатора может быть и больше двух, но минимум их две. В некоторых случаях функцию вторичной обмотки может нести на себе часть витков первичной обмотки (см. виды трансформаторов), но подобные решения встречаются достаточно редко по сравнению с обычными.

Главная часть трансформатора — ферромагнитный сердечник. Когда трансформатор работает, то именно внутри ферромагнитного сердечника присутствует изменяющееся магнитное поле. Источником изменяющегося магнитного поля в трансформаторе служит переменный ток первичной обмотки.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

Известно, что любой электрический ток сопровождается магнитным полем, соответственно переменный ток сопровождается переменным (изменяющимся по величине и направлению) магнитным полем.

Таким образом, подав в первичную обмотку трансформатора переменный ток, получим изменяющееся магнитное поле тока первичной обмотки. А чтобы магнитное поле было сконцентрировано главным образом внутри сердечника трансформатора, данный сердечник изготавливают из материала с высокой магнитной проницаемостью, в тысячи раз большей чем у воздуха, чтобы основная часть магнитного потока первичной обмотки замкнулась бы именно внутри сердечника, а не по воздуху.

Таким образом переменное магнитное поле первичной обмотки сконцентрировано в объеме сердечника трансформатора, который изготавливают из трансформаторной стали, феррита или другого подходящего материала, в зависимости от рабочей частоты и назначения конкретного трансформатора.

Вторичная обмотка трансформатора находится на общем сердечнике с его первичной обмоткой. Поэтому переменное магнитное поле первичной обмотки пронизывает также и витки вторичной обмотки.

А явление электромагнитной индукции как раз и заключается в том, что изменяющееся во времени магнитное поле наводит в пространстве вокруг себя изменяющееся электрическое поле. И поскольку в данном пространстве вокруг изменяющегося магнитного поля находится провод вторичной обмотки, то индуцированное переменное электрическое поле действует на носители заряда внутри этого провода.

Данное действие электрическим полем вызывает в каждом витке вторичной обмотки ЭДС. В результате между выводами вторичной обмотки появляется переменное электрическое напряжение. Когда вторичная обмотка включенного в сеть трансформатора не нагружена, трансформатор работает в режиме холостого хода.

Работа трансформатора под нагрузкой

Если же ко вторичной обмотке работающего трансформатора подключена некая нагрузка, то во всей вторичной цепи трансформатора возникает ток через нагрузку.

Данный ток порождает свое собственное магнитное поле, которое, по закону Ленца, имеет такое направление, что противодействует «причине, его вызывающей». То есть магнитное поле тока вторичной обмотки в каждый момент времени стремится уменьшить увеличивающееся магнитное поле первичной обмотки или же стремится поддержать магнитное поле первичной обмотки когда оно уменьшается, оно всегда направлено навстречу магнитному полю первичной обмотки.

Таким образом, когда вторичная обмотка трансформатора нагружена, в его первичной обмотке возникает противо-ЭДС, заставляющая первичную обмотку трансформатора потреблять из питающей сети больше тока.

Коэффициент трансформации

Соотношение витков первичной N1 и вторичной N2 обмоток трансформатора определяет соотношение между его входным U1 и выходным U2 напряжениями и входным I1 и выходным I2 токами, при работе трансформатора под нагрузкой. Данное соотношение называется коэффициентом трансформации трансформатора:

Коэффициент трансформации больше единицы если трансформатор понижающий, и меньше единицы — если трансформатор повышающий.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения является разновидностью понижающего трансформатора, предназначенной для гальванической развязки цепей высокого напряжения от цепей низкого напряжения.

Обычно, когда речь идет о высоком напряжении, имеют ввиду 6 и более киловольт (на первичной обмотке трансформатора напряжения), а под низким напряжением понимают величины порядка 100 вольт (на вторичной обмотке).

Такой трансформатор применяется, как правило, для измерительных целей. Он понижает, например, высокое напряжение линии электропередач до удобного для измерения низковольтного напряжения, при этом может также гальванически изолировать цепи измерения, защиты, управления, – от высоковольтной цепи. Трансформатор данного типа обычно работает в режиме холостого хода.

Трансформатором напряжения можно назвать в принципе и любой силовой трансформатор, применяемый для преобразования электрической мощности.

Трансформатор тока

У трансформатора тока первичная обмотка, состоящая обычно всего из одного витка, включается последовательно в цепь источника тока. Данным витком может выступать участок провода цепи, в которой необходимо измерить ток.

Провод просто продевается через окно сердечника трансформатора и становится этим самым единственным витком — витком первичной обмотки. Вторичная же его обмотка, имеющая много витков, подключается к измерительному прибору, отличающемуся малым внутренним сопротивлением.

Трансформаторы данного типа используются для измерения величин переменного тока в силовых цепях. Здесь ток и напряжение вторичной обмотки оказываются пропорциональны измеряемому току первичной обмотки (токовой цепи).

Трансформаторы тока широко применяются в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, поэтому обладают высокой точностью. Они делают измерения безопасными, так как гальванически надежно изолируют измерительную цепь от первичной цепи (обычно высоковольтной — десятки и сотни киловольт).

Импульсный трансформатор

Данный трансформатор предназначен для преобразования тока (напряжения) импульсной формы. Короткие импульсы, обычно прямоугольные, подаваемые на его первичную обмотку, заставляют трансформатор работать практически в режиме переходных процессов.

Такие трансформаторы используются в импульсных преобразователях напряжения и других импульсных устройствах, а также в качестве дифференцирующих трансформаторов.

Применение импульсных трансформаторов позволяет снизить вес и стоимость устройств, в которых они применяются просто в силу повышенной частоты преобразования (десятки и сотни килогерц) по сравнению с сетевыми трансформаторами, работающих на частоте 50-60 Гц. Прямоугольные импульсы, у которых длительность фронта много меньше длительности самого импульса, нормально трансформируются с малыми искажениями.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Магнитопровод

Магнитопровод это устройство, предназначенное для прохождения магнитных потоков, возникающих от протекающего тока в обмотках различных электроприборов. МП являются неотъемлемыми частями катушек индуктивности, трансформаторов, реле и пр.

Усилитель магнитного поля

Электромагнитное поле неразрывно взаимосвязано с током. Его свойства используются во всех электрических машинах, устройствах электроники и автоматики. Предназначение магнитопроводов состоит в том, чтобы передавать и усиливать магнитное поле.

Усилитель магнитного поля – это сердечник, охваченный витками катушек (обмоток). В зависимости от вида применяемого материала, добиваются определённых характеристик МП.

Усилители по принципу действия бывают двух типов:

  • амплистаты – УМП статической конструкции;
  • трансдукторы – устройство с подвижными элементами.

Зачем нужен магнитопровод

Чтобы понять, что такое магнитопровод, надо рассмотреть устройство простого трансформатора. Две индукционные катушки намотаны на сердечники, объединённые в единую конструкцию. Именно они являются магнитопроводами (МП).

Первичная катушка под напряжением наводит магнитное поле на сердечник, который наводит магнитный поток на вторичную обмотку. В результате МП индуцирует ток во второй катушке, но уже с другими характеристиками.

Важно! Сердечники изготавливают из особой трансформаторной стали – ферритов. Это сплав железа с оксидами других металлов.

Характеристики и принцип действия

Принцип действия МП заключается в том, чтобы увеличивать магнитное поле, направленное на вторичную обмотку электроустройства. Характеризующие величины МП напрямую зависят от состава сплава, применяемого для изготовления сердечников. Самыми эффективными усилителями считаются ферромагнетики.

Чтобы в сердечнике постоянно возрастала сила магнитного потока, нужно повышать силу тока и количество витков в катушке.

Следует понимать! Величина магнитного поля ограничивается характеристиками материала, из которого изготовлен сердечник.

Чтобы чётко выразить характеристики магнитопровода, их отображают графически на осях координат. Изменение величин выглядит в виде замкнутой кривой линии, называемой петлёй гистерезиса.

Петля гистерезиса

Гистерезис по-гречески означает запаздывание. Графическое изображение петли гистерезиса отражает степень намагничивания тела, находящегося во внешнем магнитном поле. Гистерезис – это зависимость векторов намагничивания и напряжённости магнитного поля в какой-либо среде от приложенного внешнего МП. Состояние тела на данный момент времени сравнивается с его предыдущим состоянием. При этом наблюдается отставание реакции тела на воздействие внешнего МП. Физическое действие отлично проявляется в ферромагнетиках: это железо, кобальт, никель и сплавы из них. Петля гистерезиса даёт объяснение существования постоянных магнитов.

Обратите внимание! Магнитным гистерезисом ферромагнетика называют отставание изменения степени намагничивания тела от изменения внешнего магнитного поля. То есть петля показывает зависимость степени намагничивания от предыстории образца.

Магнитная проницаемость ферромагнетика – непостоянная величина, она тесно связана с индукцией внешнего поля. Кривая намагничивания сердечника представляет собой изогнутую петлю, при определённой степени насыщения поля ферромагнетика. В дальнейшем эта величина не растёт. Если внешнюю индукцию уменьшить до нуля, то ферромагнетик сохранит остаточное намагничивание. При смене направления внешнего поля ферромагнетик перемагничивается в обратную сторону.

Потери от гистерезиса

При регулярном перемагничивании сердечника в нём происходят необратимые процессы, которые сопровождаются потерей энергии от внешнего источника. Явление обусловлено гистерезисом, вихревыми токами и магнитной вязкостью материала.

Площадь петли определяет энергию, утраченную в объёме ферромагнетика в течение одного цикла перемагничивания. Чтобы уменьшить потери от гистерезиса, используют сердечники из мягких сплавов.

Конструктивные особенности

Магнитопроводы изготавливают в стыковом и шихтованном исполнениях. Конструкции различаются способом соединения сердечников с ярмами (частью стержней без обмоток).

Стыковое исполнение

Собирают части МП раздельно. На вертикальные сердечники устанавливают обмотки. Потом их скрепляют горизонтальным верхним ярмом с помощью шпилек. После этого монтируют нижнее ярмо. Удобна эта конструкция тем, что, удалив шпильки, сняв горизонтальную секцию, можно всегда сменить обмотки. Стыковая конструкция используется в шунтирующих токоограничивающих устройствах реакторов.

Шихтованные конструкции

Стержни и ярма выполнены в виде слоеных плит. Каждый пакет состоит из двух или трёх слоев стальных пластин. Соединения деталей осуществляются вхождением элементов в промежутки между слоями магнитопровода. Такой способ монтажа деталей МП называют шихтованием. Сложность формирования всей конструкции трансформатора обуславливает риск некачественной сборки прибора.

Виды магнитопроводов

Магнитопроводы изготавливают стержневой, броневой и кольцевой конструкций.

Стержневой тип

Вертикальные сердечники ступенчатого сечения образуют с горизонтальными ярмами окружность. Обмотки расположены только на вертикальных элементах. Вся система магнитопровода устроена в виде замкнутой цепи.

Броневой тип

Сердечники в сечении имеют прямоугольную форму. Они занимают горизонтальное положение. Обмотки тоже выполнены в прямоугольном виде. Для того чтобы исполнить такую конфигурацию оборудования, требуется довольно сложная производственная технология. Поэтому такой тип МП используется только в специальных видах трансформаторов.

Кольцевой – тороидальный тип

Кольцевые ленточные магнитопроводы применяют в сборке силовых однофазных трансформаторов. МП изготавливают из холоднокатаной электротехнической стали толщиной 0.08, 0,3 и 0,35 мм. Тороидальные сердечники изготавливают из феррита или карбонильного железа. Их широко применяют в радиоэлектронике.

Применение трансформаторов

При передаче электроэнергии на большие расстояния могут возникать довольно большие потери из-за нагрева проводов. Во избежание столь негативного явления многократно применяют трансформаторы. Изначально на электростанции повышают напряжение соответственно со значительным уменьшением силы тока. После прохода энергии через линии электропередач перед доставкой тока потребителю с помощью трансформаторов снижают напряжение до приемлемого уровня (220 в).

Поскольку в сетях электролиний проходит трёхфазный ток, то для его преобразования применяются группы из 3 однофазных трансформаторов, соединённых в звёздную или треугольную схему. Также используются трёхфазные трансформаторы с единым магнитопроводом. Оборудование обладает высоким КПД. В связи с этим происходит выделение большого количества тепла. Поэтому мощные трансформаторы помещают в ёмкости, заполненные специальным маслом.

Различные электроприборы нуждаются в питании током определённой величины напряжения. Для этого в их корпуса встраивают трансформаторы с нужными характеристиками. Для питания современных радиотехнических и электронных приборов используют высокочастотные импульсные трансформаторы.

Трансформаторы являются основой контрольно-измерительных устройств. Смысл использования таких приборов заключается в безопасной передаче формы импульсов напряжения исследуемой электроцепи. Например, измерительные трансформаторы применяют в системах дизельных генераторов с токами средней мощности (до 1 мегаватта).

Согласующие трансформаторы применяют при подключении устройств с низкоомным сопротивлением к каскадам электроники с высокими входными или выходными показателями сопротивления. Примером может служить соединение усилителя звуковой частоты с динамиками, которые имеют очень низкое сопротивление.

Дополнительная информация. Величина энергетических потерь в трансформаторе напрямую зависит от качества электротехнической стали сердечника. Минимальные потери на нагрев, гистерезис и вихревые токи происходят там, где сердечники собраны из большого количества секций.

Марки ферритов

Ферриты по своему составу подразделяются на две группы: марганцово-цинковые и никель-цинковые. Марганцово-цинковые ферриты обозначают буквами НМ, соответственно, никель-цинковые вещества маркируют литерами – НН. Число перед буквенным обозначением феррита означает величину начальной магнитной проницаемости в единицах µнач. Этот показатель даётся с корректировкой номинального значения. Например, феррит марки 4000НМ имеет магнитную проницаемость с отклонением в пределах от – 800 до + 500 µнач.

Магнитопроводы имеют исключительное значение в формировании таких приборов, как трансформаторы и другие электротехнические устройства. От их качественного состава во многом зависят исходные технические характеристики приборов.

Видео

Для чего нужен сердечник трансформатора

Сердечники трансформаторов из штампованных пластин

Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, сердечник (магнитопроводы) трансформатора обычно выполняют из тонких штампованных металлических пластин, сложенных вместе. Пластины Ш-образной формы используются для изготовления броневых магнитопроводов (рис. 2), а Г-образной – для стержневых (рис. 1). Необходимая толщина набора, как правило, указывается в описании. Например, сказано, что нужно взять железо Ш20×15. Это значит, что ширина средней части Ш-образной пластины y должна быть 20 мм, а толщина стопки сложенных вместе пластин должна составлять y 1 = 15 мм. На среднюю часть сердечника из пластин надевают каркас с обмотками трансформатора и накладывают замыкающие пластины, чтобы в итоге получился замкнутый магнитопровод.

Размеры стандартных броневых магнитопроводов из штампованных пластин приведены в табл. T1.

Тип у , мм у 1 , мм b , мм h , мм L , мм H , мм Средняя
длина
магнит-
ной
линии,
см
Ш 99; 12922,53631,57,72
1210;12;16; 20; 25; 321230484210,0
1610;12;16; 20; 25; 32; 401640645613,7
2012; 16; 20; 25; 32; 40; 502050807017,4
2516; 20; 25; 32; 40; 50; 642562,510087,521,4
3220; 25; 32; 40; 50; 64; 80328012311227,4
4025; 32; 40; 50; 64; 80; 1004010016014034,3
ША 56,3; 10512,52017,54,3
68; 12,561524215,2
810; 1682032286,3
1016; 20102540358,6
12251230484210,3
ШВ 34; 6,33,5814122,8
44; 851020153,4

Преимущество сердечников, набираемых из пластин, заключается в том, что их можно изготовить из любых, даже очень хрупких материалов. В броневом сердечнике обмотки располагаются на центральном стержне, что упрощает конструкцию, обеспечивает более полное использование окна и частично создает защиту обмотки от механических воздействий. Недостатком же такого трансформатора является повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты. Это ограничивает применение броневых маг-нитопроводов, в частности, в устройстве входных трансформаторов.

В стержневых сердечниках обмотки располагаются на двух стержнях. При этом уменьшается толщина намотки и, следовательно, индуктивность рассеяния трансформатора. Кроме того, сокращается расход провода и увеличивается поверхность охлаждения, что важно для мощных трансформаторов. Поэтому стержневые магнитопроводы чаще всего входят в состав мощных выходных трансформаторов, а также входных трансформаторов высокочувствительных усилителей.

При изготовлении сердечников к Ш-образным пластинам добавляют перемычки. Чтобы ликвидировать зазор между пластинами и перемычками, сердечник собирают «вперекрышку». В магнито-проводах трансформаторов и дросселей, по которым протекает постоянный ток (например, дросселей фильтра питания), делают немагнитный зазор. В этом случае пластины собирают в одну сторону. Между пакетами пластин и перемычек помещают прокладку из листового электроизоляционного материала необходимой толщины.

Для уменьшения потерь на вихревые токи пластины дополнительно изолируют тонким слоем лака (с одной стороны) или окисла, который образуется при отжиге.

После сборки сердечник стягивают планками или уголками при помощи шпилек с гайками либо специальными обжимками. Шпильки должны быть изолированы от пластин. Стяжные планки, уголки или обжимки служат одновременно для крепления трансформатора на шасси.

Ленточные сердечники трансформаторов

Витые (ленточные) сердечники трансформаторов навивают из полос электротехнической стали или железо-никелевых сплавов (рис. 3, 4).

В устройстве таких магнитопроводов допускаются материалы различной толщины (до нескольких микрометров), что позволяет применять их для трансформаторов при повышенных частотах. Они эффективнее, чем пластинчатые магнитопроводы, используют магнитные свойства материалов (особенно холоднокатанных сталей); отличаются несколько повышенными потерями и наличием воздушного зазора в стыках (5. 40 мкм). Кроме того, следует отметить меньшую стоимость изготовления.

Тип d мм D, мм b, мм Средняя
длина
магнит-
ной
линии,
см
ОЛ 10 16 4; 5; 6,5; 8 4
12 20 5; 6,5; 8; 10 5
16 26 6,5; 8; 10; 12,5 6,5
20 32 8; 10; 12,5; 16 8,1
25 40 10; 12,5; 16; 20; 25 10,2
32 50 16; 20; 25; 32 12,8
40 64 20; 25; 32; 40 16,3
50 80 25; 32; 40; 50 20,4
64 100 32; 40; 50; 64 25,8
80 128 40; 50; 64; 80 32,6

Ферритовые сердечники трансформаторов

Ферритовые сердечники для трансформаторов изготавливаются из магнитно-мягких ферритов и представляют собой Ш-образные или кольцевые магнитопроводы (рис. 5, 6).

Размеры Ш-образных сердечников из феррита приведены в табл. Т4, а кольцевых – в табл. Т5. Следует учесть, что ферритовый Ш-образный сердечник трансформатора составляется из двух одинаковых частей (магнитопроводов). Обозначение типоразмера Ш-образного сердечника имеет вид Шс×f, а кольцевого – KD×d×h (размеры в миллиметрах).

Типоразмер a, мм b, мм c, мм d, мм e, мм f, мм Средняя
длина
магнитной
линии,
см
Площадь
окна,
см 2
Марки феррита
Ш2,5×2,5 10 6,5 2,5 3,3 5 2,5 3,3 0,13 4000НМ
Ш3×3 12 8 3 4 6 3 4 0,2 2000НМ
Ш4×4 16 10,4 4 5,2 8 4 5,2 0,33 2000НМ1
Ш5×5 20 13 5 6,5 10 5 6,6 0,52 700НМ
Ш6×6 24 16 6 8 12 6 8 0,8 600НН
Ш7×7 30 19 7 9,5 15 7 9,5 1,14 4000НМ
Ш8×8 32 23 8 11,5 16 8 11 1,72 2000НМ
Ш10×10 36 26 10 13 18 10 12 2,1 2000НМ1 600НН
Ш12×15 42 30 12 15 21 15 14 2,7 2000НМ
Ш16×20 54 38 16 19 27 20 18 4,2 2000НМ
Ш20×28 65 44 20 22 32 28 21 5,3 2000НМ1
Типоразмер Средняя длина магнитной линии, мм Площадь поперечного сечения, мм 2 Площадь окна, мм 2
К4,0×2,5×1,2* 9,84 0,88 4,91
К5,0×2,0×1,5** 9,6 2,1 3,14
К5,0×3,0×1,5* 12,04 1,47 7,07
К7,0×4,0×1,5 16,41 2,19 12,57
К7,0×4,0×2,0* 16,41 2,92 12,57
К10,0×6,0×2,0 24,07 3,91 28,27
К10,0×6,0×3,0* 24,07 5,87 28,27
К10,0×6,0×4,5 24,07 8,81 28,27
К12,0×5,0×5,5 23,57 18,07 19,63
К12,0×8,0×3,0 30,57 5,92 50,27
К16,0×8,0×6,0 34,84 23,06 50,27
К16,0×10,0×4,5* 39,37 13,25 78,54
К17,5×8,2×5,0 36,75 22,17 52,81
К20,0×10,0×5,0 43,55 24,02 78,54
К20,0×12,0×6,0* 48,14 23,48 113,09
К28×16×9* 65,64 52,61 201,06
К31×18,5×7 74,41 42,79 268,8
К32×16×8 69,68 61,5 201,06
К32×16×12** 69,68 92,25 201,06
К32×20×6 78,75 35,34 314,15
К32×20×9* 78,75 53,02 314,15
К38×24×7 94,04 48,15 452,38
К40×25×7,5 98,64 55,23 490,87
К40×25×11* 98,64 81,11 490,87
К45×28×8 110,47 66,74 615,75
К45×28×12** 110,47 97,83 615,75

Примечания:

  • Сердечники из феррита марки 700НМ изготавливаются с наружным диаметром 5-20 мм.
  • Сердечники, отмеченные звездочкой (*), производятся также из феррита марки 10000НМ.
  • Сердечники, отмеченные двумя звездочками (**), из феррита марок 1000НМ, 1500НМ, 2000НМ, 3000НМ, 4000НМ, 6000НМ, 10000НМ не изготавливаются.

Для чего нужен сердечник трансформатора

Сердечник. Сердечник может быть выполнен по одному из трех нижеописанных способов:

1. Из самой тонкой (0,3—0,4 мм.) белой жести вырезают по предварительно заготовленному шаблону листки по рис. 10 наверху. Вырезку нужно производить по возможности тщательно, заглаживая напильником все заусенцы и неровности. Всего придется нарезать 60—70 листиков. Слегка выравняв, складывают листики стопкой в таком количестве, чтобы плотно зажатые, они свободно входили в катушку своим средним отростком; стопка зажимается в тиски, следя за тем, чтобы листики лежали ровно, не вылезая один за другой; в таком положении в стопке просверливаются по углам, на расстоянии 5 мм. от краев, два отверстия для стягивающих болтиков диаметром 4—5 мм. После этого листики разнимаются и мелким напильником заравниваются заусенцы на краях отверстия. Таким же образом обрабатывается вторая такая же стопка листиков — вторая половинка сердечника, который в собранном виде изображен на рис. 10 внизу.

Рис. 10. Сердечник трансформатора.

Затем листики отжигаются до красна в печке, оставив их медленно стынуть в горячей золе. После этого их тщательно выглаживают молотком на наковальне или гладкой доске, стремясь, чтобы листики стали совершенно ровными и плоскими. Затем все листики с одной стороны обклеиваются папиросной бумагой, что удобно сделать так: на стол кладут лист папиросной бумаги (гильзы), обмазывается кистью шеллачным лаком, на него рядами кладутся листики. Сверху на листики кладется доска с тяжелыми предметами, чтобы бумага хорошо прижалась и приклеилась. После того, как шеллак высох, листики осторожно вырезываются ножницами из бумаги; острым ножом зачищается бумага над отверстиями в углах.

2. Более простой в изготовлении и легкий в сборке вид сердечника изображен на рис. 11. Таких листиков (рис. 11 наверху) придется заготовить штук 30. Способ изготовления их такой же, как и в предыдущем случае: вырезать из жести, просверлить отверстия на расстоянии 6 мм. от краев (обязательно в собранном виде, иначе при сборке отверстия не совпадут), отжечь, выравнять, оклеить бумагой.

Рис. 11. Более простая конструкция сердечника.

При сборке эти листики закладываются средним отростком в катушку то с одной, то с другой стороны вперемежку, так что в собранном виде сердечник без катушки имеет вид, изображенный на рис. 11 внизу.

Этот сердечник удобен тем, что при его сборке можно обойтись, в крайнем случае, без стягивающих болтиков, закрепляя сердечник, после того как насажена катушка, крепкой бичевкой, стягивающей листики в нескольких местах. В этом случае можно не сверлить отверстий в углах.

3. Наконец, любитель, совершенно не имеющий механического оборудования, может сделать сердечник совсем просто — так наз. ежовый сердечник (рис. 12)

Рис. 12. Ежовый трансформатор.

Из тонкой железной проволоки диаметром 0,3—0,5 мм. (лучше из более тонкой) нарезают куски длиной около 150 мм. в таком, примерно, количестве, чтобы ими можно было сплошь заполнить всю полость катушки. После этого нарезанные куски отжигаются (остужать медленно, в горячей золе!), выравниваются и в теплом состоянии покрываются тонким слоем асфальтового лака. Этой проволокой плотно заполняется полость катушки; оставшиеся концы равномерно загибаются вокруг обоих концов катушки вперемежку. Полученный «ежик» плотно обматывают изоляционной лентой (не проволокой!). Выводные провода катушки нужно провести в резиновых трубках или же обмотать изоляционной лентой.

Сборка и монтаж. О сборке ежового трансформатора все сказано в предыдущем параграфе.

Для тр-ра с сердечником по рис. 10 нужно заготовить:

4 ножки тр-ра из латунной полоски длиной 7 мм, шириной 10 мм и толщиной 1—2 мм по форме рис. 13 справа. На расстоянии 5 мм от верхнего края просверливается отверстие диаметром в 6 мм на расстоянии 45 мм от нее — просверливается второе отверстие.

4 болтика длиною 25—30 мм, толщиной 3 мм.; болтики на длине 18 мм обертываются пропитанной шеллачным лаком бумагой или изоляционной лентой так, чтобы толщина болтика после этого стала 4—5 мм. К каждому болтику нужно иметь одну гайку и 2 шайбочки.

2 планочки из эбонита толщиной 3—4 мм (рис. 13), на планочку кладется готовая ножка так, чтобы у них совпали верхние и левые края, намечают центры и просверливают отверстия диаметром 6 мм , через которые будут проходить стяжные болтики; у другого края, примерно посередине. укрепляются 2 клеммы на расстоянии 20 мм друг от друга. Также изготовляется вторая планочка.

Сборка производится следующим путем; в катушку с обоих сторон вставляют железные листики, следя, чтобы они все лежали оклеенной стороной в одном направлении, так что между 2-мя листиками железа всегда будет одна бумажная прокладка; нужно стараться всадить возможно больше листиков.

Рис. 13. Собранный трансформатор.

Затем прилаживаются 4 ножки. Между ножками и сердечником нужно проложить бумажные прокладки, чтобы не было электрического соединения между ними. Сверху ножек, с одной стороны, прилаживаются две эбонитовые планки с клеммами, вставляются в 4 отверстия болтики и равномерно затягивают гайки до тех пор, пока железные листики будут лежать везде одинаково плотно. При этом нужно смотреть, чтобы поверхность стыка между половинками сердечника была плоская.

К 4 клеммам присоединяются выводы от катушки: первичная обмотка — к одной стороне, вторичная — к другой.

Нужно следить, чтобы болтики не касались железных листиков своей неизолированной частью.

Трансформатор с сердечником по рис. 11 собирается совершенно так же, только расстояние между отверстиями в ножках и эбонитовых планках будет не 45, а 48 мм, так как в листиках эти отверстия находятся на расстоянии 48 мм. друг от друга.

Как уже было указано выше, при этом сердечнике можно обойтись, в крайнем случае, без болтиков, планок и ножек, плотно стягивая сердечник бечевкой.

В виду того, что последнее время появилось в продаже готовое трансформаторное железо (готовые листики), можно ими воспользоваться для сердечника, изменив размеры катушки согласно его форме. Все указанные здесь предосторожности при изготовлении катушки и сборке, остаются в силе и в этом случае. Число витков можно оставить такое же, если основные размеры сердечника немногим отличаются от указанных здесь.

Подгонка в схеме. После того, как трансформатор готов, его ставят в какую-нибудь усилительную схему, и во время приема меняют зазор (ослабив предварительно болтики) у стыка обоих половинок сердечника (по рис. 10), вставляя в зазор бумажки разной толщины. При этом, слушая в телефон, замечают то положение, при котором получится наибольшая громкость при наибольшей ясности передачи (наименьшее искажение).

В трансформаторе с сердечником по рис. 11 эту же подгонку производят, просто поджимая или ослабляя гайки на болтиках.

В ежевом трансформаторе подгонка на чистоту передачи производится путем отгибания части железных проволок. Отогнутая проволока, после установления наивыгоднейшего положения, откусывается.

В том случае, если тр-р, при включении в схему, вызывает вой в телефоне, нужно переменить концы сеточной обмотки, т.-е., тот провод вторичной обмотки, который раньше шел на сетку — теперь присоединяется к нити, а провод, который шел к нити — дается на сетку.

В двухкратных усилителях можно употреблять два таких одинаковых трансформатора. Более двух каскадов усиления низкой частоты делать не рекомендуется.

Входной тр-р может быть сделан с такими же размерами, как и междуламповый, но числа витков будут: в первичной — 2.000 витков, во вторичной — 10.000 витков.

Примечание: материалом для теоретической части этой статьи служили:

Morecroft — Тhе Principles of Radio Communication;

Баркгаузен — Электронные трубки.

Вопрос 1 Конструкция сердечников трансформатора.

Сердечник применяется для образования магнитной цепи трансформатора. Он состоит из отдельных листов электротехнической стали, что призвано уменьшить потери от вихревых токов до 4—5%. По виду сердечника и его положению различают стержневые трансформаторы, в которых обмотки огибают стержень сердечника, и броневые, сердечники которых только частично охватывают обмотки.

В стержневом трансформаторе сердечник состоит из стержней, на которых размещаются обмотки, и ярма, которое замыкает магнитную цепь. Данный вид сердечника имеет более простую конструкцию и имеет более благоприятные условия изоляции обмоток. Поэтому он часто используется на практике. Ярмо, которое применяется для стержневого сердечника, обычно бывает ступенчатой или прямоугольной формы. Броневые сердечники частично защищают обмотки от механических повреждений. Они применяются в малых сухих трансформаторах. Подобные сердечники изготавливаются из холоднокатаной стали, так как в них малые потери и высокая магнитная проницаемость в направлении прокатки. По виду расположения обмоток высшего и низшего напряжения трансформаторы делятся на концентрические и чередующиеся

Сердечники трансформаторов: а — броневой, б — стержневой

Вопрос 2 Конструкция обмоток трансформатора.

Обмоткой трансформатора называют совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой складываются э. д. с., индуктированные в отдельных витках. Обмотки трансформатора состоят из обмоточного провода и изоляционных деталей, предусмотренных конструкцией, которые не только защищают витки от электрического пробоя и препятствуют их смещению под действием электромагнитных сил, но и создают необходимые каналы для охлаждения. Обмотки трансформаторов различных мощностей и напряжений различаются типом намотки, количеством витков, направлением намотки, числом параллельных проводов в витке, схемой соединения отдельных элементов обмотки между собой.

Обмотки трансформаторов выполняют из медных проводов круглого и прямоугольного сечения, изолированных хлопчатобумажной пряжей или кабельной бумагой.

Конструкции обмоток по взаимному расположению и по способу их размещения на стержнях:

концентрические (рис. 3, слева);

дисковые(Чередующиеся) (рис. 3, справа).

В масляных трансформаторах магнитопровод с обмотками помещается в бак, заполненный маслом, которое отбирает от них тепло, передавая его стенкам бака. Кроме того, электрическая прочность масла выше, чем у воздуха, что обеспечивает более надежную работу высоковольтных трансформаторов.

Концентрические обмотки — это обмотки, изготовленные в виде цилиндров и концентрически расположенные на стержне магнитопровода.

Чередующиеся обмотки – это обмотки ВН и НН трансформатора, чередующиеся в осевом направлении на стержне. Чередующаяся обмотка обычно подразделяется на симметричные группы, каждая из которых состоит из одной или нескольких частей обмотки ВН и расположенных по обе стороны от них частей обмотки НН

Основным элементом обмоток трансформатора является виток, в котором наводится э.д. с. и который в зависимости от величины тока нагрузки может быть выполнен одним или несколькими параллельными проводами. Ряд витков, намотанных на цилиндрической поверхности, называется слоем. Число витков в одном слое может колебаться от одного до нескольких десятков.

По конструкции и способу намотки различают обмотки цилиндрические (одно- или многослойные), катушечные и винтовые. Существуют также одно- или двухвитковые листовые и шинные обмотки, используемые в специальных трансформаторах с большими вторичными токами.

Одно- или многослойная цилиндрическая обмотка получается при намотке одного (или нескольких) слоев из обмоточного провода прямоугольного или круглого сечения. Наиболее простой является однослойная обмотка из прямоугольного провода. Слой обмотки составляют витки, наматываемые по винтовой линии на бумажно-бакелитовый цилиндр. Каждый виток в слое укладывается вплотную к предыдущему в осевом направлении обмотки. Соединение между слоями обычно осуществляют переходом без пайки. Витки цилиндрической обмотки состоят из одного или нескольких параллельных проводов, располагаемых рядом и имеющих одинаковое положение по отношению к полю рассеяния трансформатора. Обычно обмотку из прямоугольного провода наматывают плашмя, но при необходимости возможна намотка и на ребро.

Между слоями двухслойной цилиндрической обмотки прокладывают изоляцию из бумаги или электрокартона или равномерно по окружности устанавливают несколько реек, образующих вертикальный охлаждающий канал.

Одно- и двухслойные цилиндрические обмотки из прямоугольного провода обычно применяют в качестве обмоток НН на напряжение до 525 В в трансформаторах мощностью до 630 кВ-А.

Многослойная цилиндрическая обмотка наматывается, как правило, из провода круглого сечения. Намотка осуществляется плотной укладкой витков одного к другому с переходами из слоя в слой. Намотку первого слоя обычно производят на бумажно-бакелитовом цилиндре. Между последующими слоями размещают несколько слоев кабельной бумаги. Для увеличения поверхности охлаждения между некоторыми слоями обмотки создается осевой канал, образованный рейками из электрокартона или бука. Такие многослойные обмотки применяют в качестве обмоток ВН для масляных трансформаторов мощностью до 400 кВ-А при напряжении до 35 кВ.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий