Зачем сердечник трансформатора собирают из отдельных пластин

Ответы на вопросы о трансформаторах.

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

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

– На каком принципе основывается работа трансформатора?

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

– Что такое анцапфа?

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

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

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

– Зачем пластины сердечника трансформатора стягиваются шпильками?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

– От чего зависит межповерочный интервал трансформаторов тока?

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

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

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

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

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

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

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

Причины почему сердечники трансформатора собирают из отдельных пластин

Сердечник трансформатора — главная деталь механизма. От ее качества зависит то, как будет поступать электрический импульс в прибор, эффективность функционирования вторичных и первичных обмоток. Большая часть людей знает примерную схему работы оборудования, назовет основные детали механизма. Но вопрос о том, почему сердечник трансформатора собирают из отдельных пластин не находит ответ.

Дело в том, что на пластику подается электрический импульс, и кажется, что нет разницы одна она установлена или несколько. Поэтому постараемся максимально доступно простом языком объяснить, для чего сердечник трансформатора собирают из тонких листов, почему это важно и как правильно выбираются коэффициенты длины, ширины, проводимости.

Характеристики сердечника: теория

Прежде чем ответить на вопрос, почему сердечник трансформатора набирается из пластин, нужно понять само устройство конструктивной детали. Предназначение механизма — концентрация магнитных потоков, поступающих в прибор. В результате обработки значения получаются постоянными и соответствующими измерениям. Без наличия сердцевины невозможно было бы рассчитывать технические характеристики прибора, в том числе и коэффициент погрешности, коэффициент полезного действия и другое.

Выполняются детали их специальной электротехнической стали ферритов, железа, пермаллоя, электриков ферритного вида — в зависимости от конкретного типа и переназначения техники.

Почему сердечники трансформатора делают из отдельных пластин — улучшение магнитных характеристик этих металлов и элементов.

Устройство изготовляется из цельным пластин, которые различной толщины. Делать в приборе можно различные вариации: от 0,5 до 0,35 миллиметров, но встречается и другой по толщине лист. Холоднокатаные в отличи от горячекатаных вариаций отличаются повышенными характеристиками магнитопровода, но для сборки устройства требуются специфические навыки работы.

Набираться могут из ленты, которая свернута спиралевидным образом, только тороидальные модели. Собирать так — значит разместить вторичную обмотку, при этом значительно понизиться индуктивное сопротивление внешней обмотки (стремится у нулевым значениям), что повысит точность работы.

Для чего магнитопровод трансформатора собирают из отдельных листов, если устройство имеет можно свыше ста вольтов и ампер и частоту функционирования 50 Гц — повышение качества работы и обеспечение бесперебойного поступления электроэнергии для обработки.

Устройства собирать нужно из тонких и отдельных пластин сердечника — это уменьшает вихревые потери. Под действием на трансформатор магнитострикции они становятся деформированными, уменьшается коэффициент полезного действия, невозможно провести качественные расчеты мощности и иных технических характеристик. По факту, удлинения листов должны быть симметричны квадрату индукции, при этом колебания были бы на частоте сети, удвоенной вдвое (так как берется квадрат показателе).

Но путем опытных расчетов выясняем, что механические колебания различные по значениям, так как шум содержит высшие гармоники. Становится ясно, почему сердечник трансформатора собирают из отдельных листов и почему используются только качественные металлы для его производства.

Практика

Узнав, как работает сердечник и поняв его основные технические характеристики, материалы изготовления и конструктивные особенности, можно понять и самостоятельно, почему сердечник современного трансформатора собирают из отдельных листов железа. Для того, чтоб понять это, нужно проследить о обратного. Если бы сердцевина оборудования была выполнена из сплошного цельного куска металла, то это привело бы к возникновению переменного магнитного поля.

Это в свою очередь пододвигает к образованию существенного магнитного поля около сердечника. Возникающие дополнительные токи не нужны для стабильной и качественной работы тс, они лишь затрудняют обработку данных вторичной и первичной обмотками.

Образованные дополнительные токовые потоки непременно приведут к существенным потерям электрической энергии.

Если бы использовался сплошной кусок металла, то:

  • возникали бы дополнительные токи;
  • уменьшалось сопротивление вторично и первичных обмоток;
  • нельзя проследить технические характеристики изделия, мощность, погрешность, КПД;
  • невозможность составить план работы, на который можно опираться при производстве;
  • устройство выходит из строя, так как испытает не только необходимые магнитные потоки, но и дополнительные постоянно;
  • наблюдаются потери энергетической мощности.

Для чего сердечник любого трансформатора собирают из тонких листов стали – становится понятно — для обеспечения стабильной и бесперебойной работы. Но есть и другие причины того, почему сердечник трансформатора собирают из тонких железных листов стали:

  • есть возможность собрать аналитические данные;
  • в устройстве не возникает дополнительных токов;
  • функционирование без существенных энергетических потерь при работе;
  • срок службы;
  • удобство использования;
  • построение плана действий на производстве.

Изготовление из отдельных пластинок занимает больше времени и требует применения специфических знаний. Но без этого никак не обойтись. Для обеспечения стабильного функционирования и уменьшения потерь энергии используется число листов, изготовленных только из качественного и проверенного материала.

Зачем сердечник трансформатора собирают из отдельных пластин

Практически в каждом устройстве работающем от сети 220 вольт находится трансформатор.
Что же такое трансформатор напряжения, что он из себя представляет и какие у него задачи?

Трансформатор по сути это устройство которое преобразует переменное напряжение и ток, повышая их или понижая, или же просто разделяя гальваническую связь в случае разделительного трансформатора.

Простейший трансформатор напряжения представляет из себя минимум две индуктивные обмотки провода (катушки) которые находятся на одном сердечнике из металлического сплава с электромагнитной проводимостью.

Работа трансформатора основывается на двух принципах:

  • электромагнитная индукция – ЭДС (электродвижущая сила) которая возникает в обмотке под действием магнитного потока.
  • электромагнетизм – магнитное поле которое возникает от действия электрического тока во времени.

На практике все это выглядит примерно так, на первичную обмотку поступает напряжение (220 вольт) при этом ток который проходит по первичной обмотке создает переменный магнитный поток в сердечнике который в свою очередь создает ЭДС индукции в вторичных обмотках и в них возникает ток со сдвигом в 90 градусов по отношению к основному магнитному потоку.

Трансформатор имеет три режима работы:

  • Режим нагрузки – основной полезный режим работы когда вторичная обмотка трансформатора подключена к нагрузке через которую протекает ток.
  • Холостой режим – в таком режиме вторичные цепи никуда не подключены и соответственно ток в них не протекает. Все токи которые протекают в первичной обмотке характеризуют КПД трансформатора и потери в сердечнике на холостом ходу.
  • Режим КЗ – в результате замыкания вторичной обмотки возникает короткое замыкание. В таком режиме, с помощью специального сопротивления, можно измерить полезную мощность на нагрев проводов обмоток трансформатора

Также трансформаторы можно разделить на повышающие и понижающие, а также разделительные.
При помощи коэффициента трансформации подсчитывают отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки:

У понижающего трансформатора коэффициент трансформации всегда меньше единицы, а для повышающего трансформатора – больше.

Когда коэффициент трансформации – 1 и соответственно количество обмоток равное то такой трансформатор можно назвать разделительным, такими трансформаторами осуществляют гальваническую развязку, то есть на выходе, к примеру, можно получить те же 220 вольт но не один из выводов не будит иметь фазы и не будит нести опасности для человека по отношению к земли.

Электромагнитный сердечник

В низкочастотных трансформаторах сердечник выполнен из стали или пермаллоя (а не ферромагнетика) и не из цельного куска, а из отдельных пластин такое выполнение помогает уменьшить нагрев трансформатора в следствие вихревых токов Фуко.

Сердечники из пластин стягивают винтами или склеивают, но в последнее время их делают не разборными и просто сваривают точечной сваркой по углам собранного трансформатора.
Склеивают как правило очень маленькие трансформаторы, например в адаптерах зарядок и другой различной малогабаритной техники.

По форме сердечники могут быть несколько типов.
Наиболее встречающимся вариантом, в последнее время, есть Ш-образный сердечник, обмотки катушки располагаются в середине трансформатора.

Реже встречаются П-образные сердечники, обмотки в таком трансформаторе две и они располагаются по бокам сердечника.

Но важное правило – сердечник должен быть замкнутым то есть магнитный поток в нем также должен быть замкнутым что и достигается при подобных конструкциях.

Отличным вариантом замкнутого магнитного сердечника есть тороидальный трансформатор. Такие сердечники характеризуются меньшим рассеиванием магнитного потока и соответственно в итоге большим КПД.

Тороидальный сердечник представляет из себя кольцо (круг) из железа или стали, это может быть цельный метал, а может быть, зачастую это стальная лента свитая в кольцо и пропитана слоем лака что предотвращает пагубное действие токов Фуко.

Однако в тороидальных трансформаторов возникают трудности в намотке провода, для заводской намотки применяются специальные довольно сложные в своей конструкции станки где провод наматывается специальной “иглой” (веретеном), в домашних же условиях намотать такой трансформатор все же можно но достаточно сложно и трудоемко, особенно если провод толстый и предполагается большое количество витков.

В высокочастотных (импульсных) трансформаторах используют сердечники из цельного материала (или двух кусков). В качестве материала применяют ферромагнетик (феррит). Необходимой особенностью в таких случаях является то что феррит и альсифер могут работать на частотах выше сотни килогерц и обладает повышенным электромагнитным сопротивлением.

Во всех импульсных блоках питания компьютеров, ноутбуков, современных телевизоров, а также другой даже мелко габаритной электронике применяются исключительно высокочастотные трансформаторы с ферритовыми, как правило Ш-образными сердечниками.
Низкочастотные трансформаторы, в основном применяются в электротехнике, подстанциях, стабилизаторах напряжения, усилителях высокого класса и т. д.

Мощность и КПД трансформатора

Думаю всем логически понятно что чем больше габариты трансформатора тем больше его мощность и больший ток на вторичных обмотках можно снять при достаточной толщине их провода.

Мощные трансформаторы это трансформаторные подстанции которые занимают целые помещения, ну а трансформатор мощностью в пару ватт может поместится и на ладошке.
В случае с трансформаторами импульсных блоков питания, на ладошке может поместится и трансформатор мощностью в 500 ватт и больше.

Общая мощность трансформатора может разделятся между вторичными обмотками, но не вся мощность первичной обмотки передается во вторичные.
Малая доля общей мощности идет на нагрев сердечника, нагрев провода в обмотках, а также небольшая часть в виде магнитного потока просто рассеивается и не принимает участия в полезной трансформации.

КПД трансформатора – это коэффициент отношение мощности вторичной обмотки (P2) к первичной (P1), и как правило он всегда меньше 100%, а полное соответствие это идеал который не встречается в существующих трансформаторах но зависит от конструкции и используемого материала трансформатора.

На практике больше габаритные трансформаторы имеют больше КПД нежели малогабаритные. Для примера трансформаторы на подстанциях имеют КПД порядка 98%, а маленькие 10-ватные трансформаторы могут иметь КПД даже ниже 70%!

Почему трансформатор греется

В трансформаторе греются как провода так и магнитный сердечник.
В правильно сконструированном трансформаторе нагрев будит незначительным. Но так как производители постоянно ищут способы сэкономить производство то уменьшается количество витков и габариты сердечника до рабочего минимума.

Такой трансформатор выполняет свои функции но при достижение максимальной мощности устройства которое питает такой трансформатор, будит происходить перегрев трансформатора при длительной его работе.

Где это необходимо, трансформаторы укомплектовывают термопредохранителем который крепится или к металлическому сердечнику или закладывается в слой изоляции первичной обмотки.
Термопредохранители применяют на температуру сработки до 130 градусов, большая температура может негативно сказываться на лаковой изоляции проводов катушки, кроме того возникает пожаронебезопасная ситуация.

Как проверить исправность трансформатора

Самая простая проверка трансформатора может быть с помощью мультиметра (тестера) в режиме измерения сопротивления. И конечно же запах “гари” и почерневшая изоляция обмоток будит свидетельствовать о дефекте и возможной поломке трансформатора.

Наиболее просто будит проверить малогабаритный низкочастотный трансформатор так как примерно известно сопротивление первичной обмотки (около 40-100 Ом).
Среднее значение сопротивления вторички с напряжением до 30 вольт можно взять примерное число до 20 Ом.

В высокочастотных импульсных трансформаторах сопротивление обмоток будут на много отличаться, и сопротивление первичной обмотки будит в основном зависит от параметров выходных ключей (транзисторов) и частоты генерации схемы блока питания.

В шырокораспространенных понижающих трансформаторах ток первичной обмотки не большой и потому применяют провод малого сечения. Во вторичной же обмотке в таком случае провод будит потолще (чем больше сердечник тем толще провод) но и как в случае с понижающим трансформатором – витков будит намного меньше нежели в первичной обмотке.

Чем толще провод – тем меньше его сопротивление. Потому мы можем быть уверены что для понижающего трансформатора сопротивление первичной обмотки для 220 вольт будит намного большим чем для вторичной.

Если в катушке одной из обмоток имеется обрыв провода данная обмотка покажет бесконечное сопротивление то есть не будит прозваниваться. В случае когда сопротивление обмотки очень маленькое, порядка 1-2 Ом то возникает подозрение на межвидковое замыкание.

Когда в трансформаторе есть несколько (вторичных) обмоток на разные напряжения как правило, то всех их проверяют по отдельности понимая что чем больше напряжение должно быть на выходе трансформатора – тем больше должно быть сопротивление данной обмотки провода.

Чтобы случайно не перепутать обмотки (первичную с вторичной) когда не понятно есть ли КЗ в обмотке, есть очень хороший способ запуска трансформатора от сети 220 вольт через лампочку накаливания (последовательно).
В данном случае при ошибке обмоток или при КЗ обмотка не перегорит так как лампочка возьмет всю нагрузку на себя и ярко засветится, об этом можно и судить о неисправности трансформатора.

Но лампочка должна быть заведомо мощнее трансформатора, кроме того снять большую нагрузку в таком подключение не получится, как только мощность нагрузки вторичной обмотки превысит мощность лампочки – нагрузку повысить не получится и лампочка будит светить в полный накал.

Конструкция силового трансформатора

Трансформатор – это электрическая машина, которая преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Основные элементы конструкции силовых трансформаторов: корпус, сердечник, обмотки, устройство для охлаждения, вводы и защитные устройства (расширитель, выхлопная труба и газовое реле).

Обмотки трансформатора располагаются так, чтобы магнитный поток, созданный первичной обмоткой, пронизывал большой своей частью вторичные обмотки. Это требование обеспечивается конструкцией стального сердечника, представляющего собой замкнутую магнитную цепь. В зависимости от взаимного расположения обмоток и магнитной системы различают два основных типа трансформаторов: стержневой и броневой.

В стержневом трансформаторе обмотки располагаются на стержнях сердечника, которые соединяются ярмами, замыкающими магнитную цепь. Стержневой тип применяется для силовых и ряда специальных трансформаторов. В броневом трансформаторе применяется разветвленная магнитная цепь, которая охватывает обмотку, как бы «бронируя» ее. Конструкция сердечника с разветвленной магнитной цепью, подобная броневой конструкции, применяется в частности для малых однофазных трансформаторах.

Трехфазный стрежневой трансформатор:

Магнитная цепь трансформатора, называемая сердечником, собирается из листов легированной стали. Для того, чтобы листы не замыкались между собой, они предварительно покрываются тонким слоем лака или оклеиваются бумагой.

Сердечник состоит из стержней, несущих на себе обмотки, и ярем, замыкающих магнитную цепь. Поперечное сечение сердечника должно иметь форму, по возможности, соответствующую форме катушек.

При прямоугольных катушках сечение сердечника делают прямоугольным. При круглых — сердечник имеет многоступенчатое сечение. Если сердечник имеет большое сечение, то для отвода тепла выполняются продольные воздушные каналы, делящие сердечник на отдельные пакеты.

Листы стягиваются шпильками или заклепками. Отдельные листы не должны соединяться друг с другом, потому что в плоскости соприкосновения могут возникнуть вихревые токи. Для предотвращения замыкания листов через шпильки и заклепки на них надевают изолирующие трубки. Гайки и головки заклепок изолируются от прессующих пластин сердечника шайбами из электротехнического картона.

В трансформаторах применяют два вида обмоток: дисковую и цилиндрическую.

При дисковой конструкции обмоток первичная и вторичная обмотки подразделяются на ряд плоских катушек, имеющих форму диска, которые укладываются на сердечнике трансформатора попеременно друг с другом.

При цилиндрической обмотке первичная и вторичная обмотки располагаются концентрически одна относительной другой. Обмотка низшего напряжения помещается обычно ближе к сердечнику, так как ее легче изолировать от стали.

При выполнении обмоток следует различать изоляцию отдельных проводников, изоляцию между слоями и катушками, изоляцию между первичной и вторичной (вторичными) обмотками и изоляцию обмоток относительно сердечника.

Обмотки трансформаторов выполняются из медного провода, покрытого изоляцией. Для изоляции обмоточных проводов применяют бумагу, хлопчатобумажную иногда шелковую пряжу, лаковую (эмаль) пленку или же несколько слоев изоляции, например слой лака и слой шелковой пряжи, слой бумаги и слой хлопчатобумажной пряжи и т. д.

В качестве изоляции между слоями применяют прокладки из бумаги. Катушки изолируются шайбами или прокладками из электрокартона, обмоткой из ленты, бумаги или полотна, пропитанного в масле.

Концы обмоток трансформатора выведены наружу с помощью вводов, изолирующих их заземленного корпуса (бака).

Существуют два основных способа соединения обмоток трехфазного трансформатора: соединение треугольником и соединение звездой. При соединении обмоток треугольником фазное напряжение равно линейному, а фазный ток в 1,73 раз меньше линейного. При соединении обмоток звездой фазное напряжение в 1,73 раз меньше линейного, а фазный ток равен линейному.

Способ соединения обмоток в трехфазном трансформаторе имеет большое значение, так как от него зависит угол сдвига фаз вторичного напряжения относительно первичного. Сдвиг фаз между напряжением первичной и вторичной обмотки зависит также от направления намотки катушек. Подробнее об этом смотрите здесь: Схемы и группы соединения обмоток силовых трансформаторов

В тех случаях, когда трансформаторы предназначены для совместной параллельной работы, необходимо, чтобы мгновенные потенциалы фаз этих трансформаторов были бы одинаковы. Трансформаторы, имеющие одинаковый сдвиг по фазе между линейными напряжениями обмоток высшего и низшего напряжения, относят к одной группе соединений обмоток, которой присваивают номер в соответствии с часовым обозначением.

Для изоляции обмотки от сердечника и для изоляции обмотки высшего напряжения от обмотки низшего напряжения применяют жесткие цилиндры, прессованные из бакелизированной бумаги, или цилиндры из электрокартона, так называемые мягкие цилиндры.

В трансформаторостроении широко применяется специальное минеральное (нефтяное) масло, которое называют трансформаторным. Трансформаторным маслом заливают баки и в него погружают сердечник с обмотками. Такая конструкция принята для мощных силовых трансформаторов, для трансформаторов мощных выпрямительных устройств, для мощных импульсных трансформаторов.

Трансформаторное масло, из которого удалена влага и примеси, то есть просушенное и очищенное, является хорошей изоляцией между обмотками и металлическим корпусом. Кроме того, трансформаторное масло, обладая более высокой теплопроводностью, нежели воздух, хорошо отводит тепло от активных частей трансформатора к наружным поверхностям бака.

С увеличением мощности трансформатора потери растут быстрее его геометрических размеров, что приводит к необходимости увеличения поверхности его охлаждения. Смотрите подробно об этом здесь: Системы охлаждения силовых трансформаторов

В практике нашли применение устройства, преобразующие переменные напряжения, у которых первичная и вторичная обмотки соединены электрически. Эти устройства получили название — автотрансформаторы.

Автотрансформатор отличается от обычного трансформатора тем, что его первичная и вторичная обмотки связаны между собой не только индуктивно (как в обычном трансформаторе), но и электрически.

Конструкция трансформаторов

Основными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотки. В зависимости от способа изготовления магнитопроводы трансформаторов разделяют на пластинчатые и ленточные.

Пластинчатые магнитопроводы (рис. 1.2, а, б, в) собирают из отдельных пластин, полученных путем штамповки или резки листовой электротехнической стали. Для уменьшения вихревых токов пластины изолируют друг от друга слоем изоляционного лака, бумаги или оксидной пленкой.

Рис. 1.2. Конструкция магнитопровода трансформаторов

Ленточные магнитопроводы применяют обычно в трансформаторах малой мощности. Эти магнитопроводы изготавливаются из лент рулонной электротехнической стали (рис. 1.2, г, д, е). Лента предварительно покрывается изолирующим и склеивающим составом.

Как пластинчатые, так и ленточные магнитопроводы по своему конструктивному исполнению делятся на три основных типа: стержневые, броневые и тороидальные.

Стержневые пластинчатые магнитопроводы (рис. 1.2, а) собираются из прямоугольных пластин одинаковой ширины. Части магнитопроводов, на которые надевают обмотки, называются стержнями. Часть магнитопровода, соединяющая стержни между собой, называется ярмом. Часто для уменьшения магнитного сопротивления в месте соединения стержня с ярмом пластины собирают в «перекрышку», т.е. так, чтобы места стыков пластин каждого ряда перекрывались пластинами следующего ряда. Пластины магнитопровода скрепляют в пакет либо посредством шпилек, электрически изолированных от пластин магнитопровода, либо с помощью специальных токонепроводящих бандажей из капроновых ниток (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Изоляция шпильки

Броневые пластинчатые магнитопроводы (рис. 1.2, б) собираются из пластин Ш-образной формы. Они имеют лишь один стержень, на котором располагаются все обмотки трансформатора.

Тороидальные пластинчатые магнитопроводы (рис. 1.2, в) собирают из отдельных штампованных колец.

Ленточные магнитопроводы стержневого и броневого типов состоят из отдельных сердечников подковообразной формы (рис. 1.2, г,д), собранных встык.

Тороидальные ленточные магнитопроводы (рис. 1.2, е) изготавливаются путем навивки ленты на оправку заданного типа.

В трехфазных трансформаторах используются магнитопроводы трехстержневой конструкции (рис. 1.4).

Обмотки трансформаторов (рис. 1.5) выполняются из медных или алюминиевых изолированных проводов круглого или прямоугольного сечения. Первичную (1) и вторичную (4) обмотки располагаются на гильзе (6) или каркасе, изготавливаемых из электротехнического картона или другого изоляционного материала. Гильзу или каркас вместе с обмотками укрепляют на стержне магнитопровода. Каркас предохраняет обмотку от «рассыпания» и изолирует ее от магнитопровода. Обмотки трансформатора содержат: межвитковую, междуслойную, междуобмоточную (2) и внешнюю (3) изоляции. Междуслойная изоляция (5) служит для изоляции отдельных слоев обмотки друг от друга. Она применяется лишь в обмотках, между смежными слоями которой имеется значительное напряжение. Междуобмоточная изоляция (2) электрически изолирует обмотки друг от друга. Внешняя изоляция (3) обмотки накладывается на последний слой и служит для предохранения обмотки от пробоя на корпус трансформатора и механических повреждений.

Рис. 1.4. Трехстержневой магнитопровод трехфазного трансформатора Рис. 1.5. расположение обмоток на гильзе

В трансформаторах средней и большой мощности ближе к стержню располагают обмотку низшего напряжения. Это позволяет несколько уменьшить слой изоляции между обмоткой и стержнем, а также создает лучшие условия охлаждения обмотки низшего напряжения, по которой протекает больший ток. В низковольтных трансформаторах малой мощности ближе к стержню помещают обмотку высшего напряжения, так как радиус кривизны витков, близких к стержню, очень мал, и наматывать их тонким проводом значительно легче и безопасней в смысле возможности повреждения изоляции.

На рис. 1.6 показано расположение обмоток на магнитопроводах трансформаторов.

Рис. 1.6. Расположение обмоток на магниитопроводах трансформаторов

Раздельное расположение обмоток на стержнях магнитопровода (рис. 1.6, а) применяется в высоковольтных трансформаторах, так как это позволяет лучше изолировать обмотку высокого напряжения от обмотки низкого напряжения. Однако в этом случае наблюдается увеличение магнитного потока рассеивания.

Расположение обмоток (рис. 1.6, б) является наиболее распространенным в низковольтных трансформаторах. Достоинства такого расположения обмоток – незначительная величина магнитного потока рассеивания из-за меньшей толщины намотки и небольшой расход обмоточных проводов, так как снижение толщины обмотки ведет к уменьшению средней длины витка. Кроме того, в этом случае увеличивается поверхность охлаждения обмоток.

В броневом трансформаторе (рис. 1.6, в) все обмотки располагаются на одном стержне. При этом магнитопровод частично защищает обмотки от механического повреждения.

На рис. 1.6, г показано расположение обмоток трехфазного трансформатора на трехстержневом магнитопроводе.

В тороидальнцых трансформаторах обмотки располагаются по всей длине магнитопровода. Особенность намотки тороидальных трансформаторов обусловлена различием в величинах внешнего и внутреннего диаметров сердечника. Если витки укладывать вплотную к друг другу по внешней поверхности тороида, то по внутренней поверхности тороида, периметр которого значительно меньше, эти же витки не уложатся в один слой. В результате толщина намотки по внутреннему диаметру тороида увеличивается (рис. 1.7). т

Рис. 1.7. Расположение обмоток на тороидальном сердечнике

Почему сердечник трансформатора выполняется из ферромагнитного материала?

А делают сердечник из ферромагнетика, так как это сильный магнетик, магнитная проницаемость которого намного больше единицы, по сравнению с пара- и диа- магнетиками; ферромагнетики при взаимодействии с магнитным полем сильно намагничиваются.

Почему сердечник трансформатора собирают из тонких?

Устройства собирать нужно из тонких и отдельных пластин сердечника — это уменьшает вихревые потери. Под действием на трансформатор магнитострикции они становятся деформированными, уменьшается коэффициент полезного действия, невозможно провести качественные расчеты мощности и иных технических характеристик.

Для чего сердечник трансформатора собирают из отдельных пластин?

В цельном магнитопроводе низкое сопротивление, поэтому ток в них достигает максимума. Чтобы нивелировать это, производители увеличивают сопротивление сердечника. Для этого его собирают из отдельных пластин, которые изолируют друг от друга.

Почему сердечник трансформатора не может быть сплошным?

№ 1353. Если его делать сплошным, то при подаче переменного тока в сердечнике будет переменное магнитное поле, которое приведет к электрическому полю. Если его сделать не сплошным, то этим мы будем препятствовать возникновению токов, уменьшим потери энергии. …

Что представляет собой сердечник трансформатора?

Что такое сердечник трансформатора: строение и виды магнитопроводов Трансформатор устанавливают в электрических сетях для преобразования напряжения переменного тока. Главные части устройства – это сердечник и обмотки. … Ток пронизывает обмотку и приводит к возникновению магнитного потока в сердечнике.

Какой режим работы трансформатора называется холостым ходом?

Режимом холостого хода трансформатора называют режим работы при питании одной из обмоток трансформатора от источника с переменным напряжением и при разомкнутых цепях других обмоток. … По первичной обмотке трансформатора проходит ток I0, в то же время во вторичной обмотке тока нет, так как цепь ее разомкнута.

Почему стальной сердечник выполнен из отдельных пластин?

— Почему сердечник трансформатора изготавливают из нескольких изолированных пластин, а не из цельного куска стали? Ответ: Сердечник трансформатора изготавливается с использованием изолированных пластин для уменьшения или практически полного исключения потерь, вызываемых протеканием вихревых токов.

Для чего служит трансформатор?

Трансформатор предназначен для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Увеличение напряжения осуществляется с помощью повышающих трансформаторов, уменьшение – понижающих. … Трансформатор – простой, надежный и экономичный электрический аппарат.

Как работает автотрансформатор?

Принцип работы автотрансформатора

При прохождении переменного тока по обмотке автотрансформатора возникает переменный магнитный поток, индуцирующий в этой обмотке электродвижущую силу, величина которой прямо пропорциональна числу витков обмотки.

Что такой трансформатор?

Трансформатор – это электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения при той же частоте. Действие трансформатора основано на использовании явления электромагнитной индукции.

Почему воздушные зазоры в трансформаторе делают минимальными?

Вот почему воздушные зазоры в трансформаторе делают минимальными. Чтобы уменьшить величину тока в обмотке, нужно уменьшать длину немагнитного промежутка. Если в техусловиях оборудования не указана определенная величина, зазору придают минимальное значение.

Что такое коэффициент трансформации и как его определить?

Коэффициент трансформации – соотношение количества витков намоточного провода в первичной обмотке к количеству витков обмоточного провода во вторичной обмотке. Теоретически его можно определить путем сравнения величины электродвижущей силы в обмотках трансформатора.

Что преобразует трансформатор?

Трансформатор осуществляет преобразование переменного напряжения и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения — электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Какую роль играет сердечник в катушке?

При использовании для подавления помех, сглаживания пульсаций электрического тока, изоляции (развязки) по высокой частоте разных частей схемы и накопления энергии в магнитном поле сердечника часто называют дросселем, а иногда реактором.

Что значит сердечник?

Сердечник (в электротехнике) — стержень, являющийся внутренней частью чего-либо, на который навивается, надевается что-либо (например, сердечник троса или электромагнита, либо каркас трансформатора или катушки, магнитопровод). Сердечник — основная часть пули/бронебойного боеприпаса.

Почему сильно гудит трансформатор?

А почему гудит трансформатор? … На самом деле причиной гудения трансформатора изначально является магнитострикция. Магнитострикцией называется явление изменения размеров и формы ферромагнитного тела под действием переменного магнитного поля. Размеры и форма ферромагнитных тел зависят от состояния их намагниченности.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий