Почему сердечник трансформатора собирают из отдельных листов железа?

Режимы работы

Характеристики трансформаторов определяются условиями работы, где ключевая роль отводится сопротивлению нагрузки. За основу берутся следующие режимы:

1. Холостого хода. Выводы вторичной цепи находятся в разомкнутом состоянии, сопротивление нагрузки приравнивается бесконечности. Измерения тока намагничивания, протекающего в первичной обмотке, даёт возможность подсчитать КПД трансформатора. При помощи этого режима вычисляется коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике;
2. Под нагрузкой (рабочий). Вторичная цепь нагружается определённым сопротивлением. Параметры протекающего по ней тока напрямую связаны с соотношением витков катушек.

3. Короткого замыкания. Концы вторичной обмотки закорочены, сопротивление нагрузки равно нулю. Режим информирует о потерях, которые вызываются нагревом обмоток, что на профессиональном языке значится «потерями в меди».

Режим короткого замыкания
Информация о поведении трансформатора в различных режимах получаются опытным путём с использованием схем замещения.

Для чего служит сердечник?

Сердечник

служит для трансформации то есть передачи магнитного поля с первичной обмотки на вторичную.

Интересные материалы:

На сколько хватает батареи на приусе? На сколько хватит 1 гб мобильного интернета? На сколько хватит 5 гб трафика? На сколько хватит 5гб интернета? На сколько лет дается медсправка для водителей? На сколько лет дается техосмотр? На сколько лет дается водительская медицинская справка? На сколько лет дают медицинскую справку водителям? На сколько лет дают права в России? На сколько лет дают водительские права?

Как уменьшить потери

Величина потерь на перемагничивание зависит от нескольких факторов:

• свойств вещества из которого изготовлен сердечник. Материалы плохо поддающиеся намагничиванию, так же с трудом перемагничиваются. И тем большая энергия расходуется, что выражается в нагревании;
• частоты перемагничивания;
• наибольшего значения магнитной индукции.

Потери уменьшают за счёт использования специальной трансформаторной стали. Она требует меньшую энергию на перемагничивание в сравнении с другими веществами.

Основные виды сердечников

Трансформаторы имеют различные сферы применения, технические характеристики, габариты. Они отличаются и по типу магнитопроводов. Конструктивно сердечники разделены на три основных вида: Стержневой сердечник сконструирован в виде буквы П и состоит из двух стержней, соединённых ярмом. При необходимости защитить обмотки от внешних воздействий используют броневые магнитопроводы. Ярмо находится с внешней части и полностью закрывает, расположенный внутри стержень с обмоткой.

Сердечники классифицируют так же по способу сборки пластин:

• наборка из штампованных пластин. К преимуществам магнитопроводов из листов относят возможность их изготовление из не очень прочных материалов;
• навитые металлические ленты. Такие сердечники более полно используют магнитную энергию, но при этом имеют повышенный уровень потерь. Тороидальная намотка лент самая сложная, но энергетически наиболее выгодная.

Имеются различия в соединении стержней с ярмом. Их собирают двумя способами:

Читайте также: Сварочный полуавтомат. Как выбрать

• встык, когда все элементы собираются из пластин отдельно. Соединяются в единый сердечник на последнем этапе сборки трансформатора: после того, как уложены обмотки;
• впереплёт. Такие магнитопроводы называют шихтованными. Они почти не имеют потерь в местах соединения.

Расшифровка основных параметров

Разнообразие в конструкции и широкий диапазон параметров трансформаторов привели к необходимости их маркировки по специальному стандарту. Не имея под рукой технического описания, характеристики устройства можно выяснить по нанесённой на его поверхности информации, выраженной буквенно-цифровым кодом.

Маркировка силовых трансформаторов содержит 4 блока.

Скачать и посмотреть ГОСТ 15150 можно здесь(откроется в новой вкладе в PDF формате): Смотреть файл

Расшифруем первые три блока:

Расшифровка маркировки: 1,2,3 блока

1. Первая буква «А» прикреплена за автотрансформаторами. При её отсутствии буквы «Т» и «О» соответствуют трёхфазным и однофазным трансформаторам.
2. Наличие далее буквы «Р» информирует об устройствах с расщеплённой обмоткой.
3. Третья буква означает охлаждение, масляной естественной системе охлаждения присвоена литера «М». Естественному воздушному охлаждению выделена буква «С», масляное с принудительным обдувом обозначается «Д», с принудительной циркуляцией масла – «Ц». Сочетание «ДЦ» указывает на наличие принудительной циркуляции масла с одновременным воздушным обдувом.
4. Литерой «Т» помечаются трёхобмоточные преобразователи.
5. Последний знак характеризует особенности трансформатора:

• «Н» – РПН(регулировка напряжения под нагрузкой);
• пробел – переключение без возбуждения;
• «Г» – грозозащищенный.

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. Обмотки – это катушки, которые наматываются из проводящего металла на сердечник. В этих целях чаще всего используют медь или алюминий. Под нагрузкой на первичную обмотку подается напряжение. Ток пронизывает обмотку и приводит к возникновению магнитного потока в сердечнике. В результате во второй обмотке также возникает напряжение. А его величина зависит от количества витков проволоки на первичной и вторичной обмотке.

Классификация по видам

Силовой трансформатор переменного электротока — это прибор, использующийся в целях трансформирования электроэнергии в подводящих сетях и электроустановках значительной мощности.

Необходимость в силовых установках объясняется серьезным различием рабочих напряжений магистральных линий электропередач и городских сетей, приходящих к конечным потребителям, требующимся для функционирования работающих от электроэнергии машин и механизмов.

и вторичной обмоток, благодаря этому одновременно обеспечивается их электромагнитный и электрический контакт. Обмотки устройств имеют не менее трех выводов, отличающихся своим напряжением.

Основным достоинством этих приборов следует назвать хороший КПД, потому как преобразуется далеко не вся мощность — это значимо для малых расхождениях напряжений ввода и вывода. Минус — неизолированность цепей трансформатора (отсутсвтие разделения) между собой.

Автотрансформаторы.

Данным термином принято обозначать прибор, запитанный непосредственно от поставщика электроэнергии, применяющийся в целях понижения первичного электротока до подходящих значений для использующихся в измеряющих и защитных цепях, сигнализации, связи.

Трансформаторы тока.

Первичная обмотка трансформаторов электротока, устройство которых предусматривает отсутствие гальванических связей, подключается к цепи с подлежащим определению переменным электротоком, а электроизмерительные средства подсоединяются к вторичной обмотке. Текущий по ней электроток примерно соответствует току первичной обмотки, поделенному на коэффициент трансформирования.

Трансформаоры напряжения.

Назначение этих приборов — снижение напряжения в измеряющих цепях, автоматики и релейной защиты. Такие защитные и электроизмерительные цепи в устройствах различного назначения отделены от цепей высокого напряжения.

Импульсные.

Данные виды трансформаторов необходимы для изменения коротких по времени видеоимпульсов, как правило, имеющих повторение в определенном периоде со значительной скважностью, с приведенным к минимуму изменением их формы. Цель использования — перенос ортогонального электроимпульса с наиболее крутым срезом и фронтом, неизменным показателем амплитуды.

Главным требованием, предъявляющимся к приборам данного типа, является отсутствие искажений при переносе формы преобразованных импульсов напряжения. Действие на вход напряжения какой-либо формы обуславливает получение на выходе импульса напряжения идентичной формы, но, вероятно, с другим диапазоном либо измененной полярностью.

Разделиельные.

Что такое трансформатор разделительный становится понятно исходя из самого определения — это прибор с первичной обмоткой, не связанной электрически (т.е. разделенной) с вторичными.

Существует два типа таких устройств:

• силовые;
• сигнальные.

Силовые применяются с целью улучшения надежности электросетей при непредвиденном синхронном соединении с землей и токоведущими частями, либо элементами нетоковедущими, оказавшимися из-за нарушения изоляции под напряжением.

Сигнальные применяются в целях обеспечения гальванической развязки электроцепей

Согласующие.

Как работает трансформатор данного вида также понятно из его названия. Согласующими называются приборы, применяющиеся с целью согласования между собой сопротивления отдельных элементов электросхем с приведенным к минимуму изменением формы сигнала. Также устройства такого типа используются для исключения гальванических взаимодействий между отдельными частями схем.

Пик-трансформаторы.

Принцип действия пик-трансформаторов базируется на преобразование характера напряжения, от входного синусоидального в импульсное. Полярность после перехода изменяется по прошествии половины периода.

Сдвоенный дросель.

Его назначение, устройство и принцип действия, как трансформатора, абсолютно идентичны приборам с парой подобных обмоток, которые, в данном случае, абсолютно одинаковы, намотанны встречно или согласованно.

Также часто можно встретить такое наименование данного устройства, как встречный индуктивный фильтр. Это говорит о сфере применения прибора – входная фильтрация напряжения в блоках питания, звуковой технике, цифровых приборах.

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.

Этапы производства магнитопроводов пластинчатых, особенности сборки пластинчатых магнитопроводов

По своей конструкции и свойствам пластинчатые (шихтованные) магнитопроводы значительно отличаются от витых магнитопроводов ленточных и кольцевых (тороидальных). Изготовление сердечников этого типа регулируется ГОСТ 20249-80 и выполняется по следующей схеме:

1. Резка материалов. Производится на агрегатах продольной резки, оборудованных дисковыми ножами. Материал раскраивается на ленты нужных размеров.
2. Рубка пластин. Производится рубка деталей на гильотинах и агрегатах поперечной резки (в том числе пробивка отверстий в пластинах).
3. Сборка магнитопроводов. Производится по технологии сборки стыковых или шихтованных магнитопроводов.
4. Контроль качества. Измерение основных характеристик полученных изделий и их соответствия техническому заданию

Процедура представляет собой набор пластин в пакет и их скрепление (стягивание) между собой. Соединение деталей выполняется несколькими способами:

• шпильками и болтами;
• обжимными скобами;
• металлической обоймой.

Важное условие сборки – изоляция крепежных деталей от магнитопровода. В некоторых случаях пакет подвергается сжатию. В этом случае происходит изменение магнитной проницаемости и показателей электрического сопротивления. Процедура выполняется при давлении 2-5 МПа, усилие сжатия подбирается в зависимости от материалов и конструкции пластин.

После проведения сжатия обязательно осуществляется контроль качества изготовления. С его помощью удается узнать полученную магнитную индукцию и проницаемость, а также ток холостого тока пластинчатого магнитопровода.

Соблюдение точного технологического процесса позволяет получить надежные и прочные конструкции, которые выдерживают большие нагрузки и готовы к эксплуатации практически в любых условиях.

Будет интересно➡ Лучшие радиоприемники 2022 года: критерии выбора и рейтинг

Как выбрать тип трансформатора?

Тип трансформатора определяется конструкцией применяемого в нём сердечника. В настоящее время выпускается большое разнообразие сердечников в особенности ферритовых. Но среди них можно выделить три основных типа: стержневой (СТ), броневой (БТ) и тороидальный (ТТ). Остальные же являются, по сути, их модификацией с различными конструктивными особенностями.

Сделать однозначный выбор в пользу того или иного типа невозможно, так как каждый обладает своими достоинствами и недостатками и должен применяться в зависимости от назначения и предъявляемых к нему требований. К трансформаторам могут предъявляться следующие требования и их комбинация: массогабаритные, по стоимости, влияние собственных и внешних магнитных полей, конструктивные факторы и технологичность производства.

Основные типы конструкций сердечников трансформаторов: стержневой СТ, броневой БТ и тороидальный ТТ трансформаторы (слева направо).

При условии минимального падения напряжения (∆U) на промышленной частоте (50 Гц) наименьшим объемом обладает БТ, а весом – ТТ. Стержневые трансформаторы несколько уступают броневым (до 10%). При увеличении частоты, по весу – СТ улучшают свои параметры по сравнению с БТ, а по объему – ухудшаться. ТТ при возрастании частоты значительно улучшают массогабаритные показатели. Таким образом, при условии минимального падения напряжения при частоте 50 Гц рекомендуется применение броневых сердечников (БТ), а при повышении частоты следует использовать тороидальные сердечнике (ТТ), если вес и объем играет решающую роль.

Если ключевым требованием к трансформатору является постоянство рабочей температуры (∆T), то здесь рекомендации другие. При малой мощности БТ имеют преимущество, а в остальных случаях следует использовать СТ даже при повышенных частотах. Использование ТТ имеет смысл только на небольших мощностях особенно на повышенных частотах, так как с ростом мощности преимущества по массе и весу сглаживаются, а при больших мощностях (свыше сотен ватт) ТТ начинают уступать как СТ, так и БТ.

В итоге можно сказать, что для трансформаторов небольшой мощности (до 50 Вт) рекомендуется применять БТ и ТТ, а на высоких частотах – ТТ. При мощностях более 50 Вт показатели СТ становятся лучше, чем у БТ, а при мощностях более 250 Вт лучше, чем у ТТ.

Если условием для проектирования трансформатора является наибольшее значение КПД, то на промышленной частоте (50 Гц) лучшие показатели у БТ и СТ в порядке убывания, а на повышенных и высоких – ТТ и БТ, также в порядке убывания. Также стоит отметить, что ТТ обладает наименьшим намагничивающим током, при прочих равных условиях.

На высоких частотах важную роль часто играют магнитные поля рассеяния и восприимчивость к внешним магнитным полям. В этом отношении лучшими показателями отличаются тороидальные трансформаторы (при равномерно распределённой обмотке по сердечнику), а также стержневые трансформаторы (при равном разделении обмотки между стержнями). Собственная емкость у ТТ достаточно высокая по сравнению с БТ и СТ.

С точки зрения технологичности наилучшими показателями обладают БТ и СТ. Из недостатков ТТ здесь можно выделить следующее: необходимость последовательного изготовления сердечника и катушки, а также низкая производительность намотки катушки.

Рекомендуемые области применения различных типов трансформаторов.

Особенности импульсных нагрузок

Для приборов несущих импульсную нагрузку применяют специальные трансформаторы. Они способны преобразовать напряжение и силу тока при импульсных нагрузках и выдержать их разрушающее действие. Типы сердечников импульсных трансформаторов по форме не отличаются от других видов приборов.

Наиболее часто магнитопровод изготавливают в виде тора из феррита. На него наматываются обмотки особым способом: в первичной витку укладываются против часовой стрелки, а во вторичной – по часовой.

Такой трансформатор можно изготовить самостоятельно, необходимо только учесть требования сохранения импульса.

Основные марки

Существуют две основные марки.

Сернистая

Марка 2212. Для промышленного производства используют тонкие листы, подверженные холодной прокатке.

Нелегированная

Она отличается от углеродистой стали наличием в составе менее 5% легирующих элементов.

Оба вида используют в производстве трансформаторной стали.

Технические параметры

1. Номинальным током – позволяющим аппарату функционировать длительное время, не перегреваясь;
2. Номинальным напряжением – значение должно обеспечивать нормальную работу трансформатора. Именно этот показатель влияет на качество изоляции между обмотками, одна из которых находится под высоким напряжением, а другая заземлена.
3. Коэффициентом трансформации; Формула по вычислению коэффициента трансформации
   где:
   • U1 и U2 – напряжение в первичной и вторичной обмотки,

   N1 и N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке,

4. I1 и I2 – ток в первичной и вторичной обмотки(обычно ток во вторичной обмотке равен 1А или 5А).
5. Погрешностью значения электротока – вызывается намагничиванием;
6. Номинальной нагрузкой, определяющей нормальную работу прибора;
7. Номинальной предельной кратностью – максимально допустимое значение отношения первичного значения электротока к номинальному;
8. Предельной кратностью вторичного тока – соотношение наибольшего тока вторичной обмотки к его номинальной величине.

Значения которыми могут обладать ТТ
При выборе устройства необходимо учитывать значение указанных и других характеристик.

Конструкция и принцип работы

Обязательными элементами практически любого устройства преобразования напряжения являются изолированные обмотки, формированные из проволоки или ленты. Они располагаются на магнитопроводе, представленном сердечником из ферромагнитного материала. Связь между катушками осуществляется при помощи магнитного потока. В случае работы с высокочастотными токами (100 и более кГц) сердечник отсутствует.

Принцип работы трансформатора

В принципе работы трансформатора сочетаются основные постулаты электромагнетизма и электромагнитной индукции. Его можно рассмотреть на примере простейшего прибора с двумя катушками и стальным сердечником. Подача переменного напряжения на первичную обмотку приводит к возникновение магнитного потока в магнитопроводе, после чего во вторичной и первичной обмотке возникает ЭДС индукции, если подключить нагрузку ко вторичной обмотке то потечёт ток. Частота напряжения на выходе остаётся неизменной, а его величина зависит от соотношения витков катушек.

Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, что бы это определить нужно узнать коэффициент трансформации, с его помощью можно узнать какой трансформатор. Если коэффициент меньше 1 то трансформатор повышающий(также это можно определить по значениям если во вторичной обмотке больше чем в первичной то такой повышающий) и наоборот если К>1, то понижающий(если в первичной обмотке меньше витков чем во вторичной).

• U1 и U2 – напряжение в первичной и вторичной обмотки,
• N1 и N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке,
• I1 и I2 – ток в первичной и вторичной обмотки.

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.

Технология и оборудование производства трансформаторов — Активная сталь магнитопроводов

Страница 7 из 92

ГЛАВА ПЯТАЯ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ

1. АКТИВНАЯ СТАЛЬ МАГНИТОПРОВОДОВ

Магнитная система (магнитопровод) обладает магнитным сопротивлением, зависящим от длины цепи, ее поперечного сечения и свойств материала, из которого она собрана,— его магнитной проницаемости. Для того чтобы при данном магнитном потоке, и следовательно, заданной плотности потока на единицу поперечного сечения (магнитной индукции) уменьшить намагничивающий ток, необходимо сделать возможно меньшим магнитное сопротивление активной части магнитопровода, следовательно, надо изготовить его из материала, обладающего высокой проницаемостью. Таким материалом является электротехническая сталь, обладающая магнитной проницаемостью на несколько порядков больше, чем воздух.

Более 60 лет назад была получена листовая электротехническая сталь, легированная 1 — 4% кремния. В настоящее время высоколегированные горячекатаные электротехнические стали имеют содержание кремния 3,8— 4,8%. В 1935 г. была получена способом холодной прокатки кремнистой стали так называемая холоднокатаная электротехническая сталь [Л. 8]. Преимущества холоднокатаной стали перед горячекатаной столь значительны, что в настоящее время в трансформаторостроении применяется практически только холоднокатаная сталь. Лучшие образцы этой стали имеют удельные потери р10/50 для листов толщиной 0,35 мм менее 0,5 Вт/кг. Снижение удельных потерь позволило повысить индукцию в магнитопроводе до 1,6—1,7 Т против 1,4—1,5 Т для горячекатаной стали. Это дало возможность существенно уменьшить размеры магнитопроводов. В трансформаторостроении применяли следующие марки электротехнической стали по ГОСТ 802-58: а) горячекатаная электротехническая сталь марок Э22, Э41, Э42, Э43, Э43А; б) холоднокатаная текстурованная электротехническая сталь марок Э310, Э320, Э330 и Э33О-А, Э33О-АП. Преимущественное применение получили лучшие марки холоднокатаной стали — Э33О, Э33О-А и Э33О-АП. Буквенные и цифровые обозначения марки стали условно обозначают: Э — электротехническая сталь; первая цифра — степень легирования стали кремнием в процентах: 1 — слаболегированная (0,8—1,8% кремния); 2 — среднелегированная (1,8—2,8% кремния); 3 — повышенно-легированная (2,8—3,8% кремния); 4 — высоколегированная (3,8—4,8% кремния); вторая цифра — уровень удельных потерь: 1 — нормальные удельные потери; 2 — пониженные удельные потери; 3 — низкие удельные потери; третья цифра (0) обозначает, что сталь холоднокатаная, текстурованная; буква А указывает на особо низкие потери электротехнической стали, буква П — на повышенную точность проката и отделки. Электротехническая сталь выпускается как в листах, так и в рулонах. Размеры листов: 150X1 500, 1 000X2 000, 600×1 500 и 860 X 1 720 мм. Размеры рулона: ширина 800 и 950 мм, диаметр 500 мм. Толщина выпускаемой электротехнической стали составляет 0,5 и 0,35 мм. Допуски по толщине листов нормальной точности проката составляют для горячекатаной стали 0,5 ±0,05 и 0,35±0,04 мм; для холоднокатаной стали 0,5±0,04 и 0,35 ±0,03 мм. Допуски по толщине рулонной стали составляют ±0,03 мм. На поверхности электротехнической стали не допускаются значительная рябоватость, дефекты кромок и углов, коробоватость1 с высотой короба более 2— 4 мм на 1 м и волнистость *, ** с высотой волны более 4—6 мм на 1 м; длина волны или короба должна быть меньше 25-кратной их высоты.

* Коробоватость — это деформация листа в виде коробки с загнутыми концами листа.

** Волнистость — это деформация ленты стали по всей ширине и с равномерным шагом волны. Волна просматривается с торца (толщины) ленты стали.

В табл. 5-1 приведены электромагнитные характеристики различных марок стали согласно ГОСТ 802-58: значения магнитной индукции, удельных потерь при частоте 50 Гц и удельного электрического сопротивления. В связи с широким применением холоднокатаной текстурованной стали в трансформаторостроении рассмотрим некоторые ее характеристики [Л. 8]. Холоднокатаная сталь обладает особыми магнитными свойствами, когда в результате прокатки и термообработки отдельные кристаллы ориентируются, образуя оси преобладающего намагничивания в направлении прокатки листа и, наоборот, затрудненного намагничивания в поперечном направлении. Таким образом, сталь, которая по строению кристаллографической решетки имеет ориентацию кристаллов в определенном направлении, называется текстурованной. Различают сталь с ребровой текстурой, когда кристаллы ориентированы вдоль проката ребром куба, и сталь с кубической текстурой при ориентации кристаллов стороной куба. Электротехническая сталь с ребровой текстурой обладает ярко выраженной анизотропией, т. е. неодинаковостью всех или некоторых физических свойств по различным направлениям. Подобная структура обеспечивает наименьшее сопротивление магнитному потоку лишь вдоль направления прокатки и повышенное сопротивление магнитному потоку поперек или под каким-либо другим углом к направлению прокатки. Сталь с кубической текстурой имеет одинаково высокие магнитные свойства как вдоль, так и поперек прокатки, но эта сталь еще не выпускается в промышленном масштабе.

Таблица 5-1

Горячекатаная сталь имеет слабо выраженную кристаллографическую текстуру, поэтому значения магнитной проницаемости в различных направлениях листа отличаются незначительно. Чем меньше содержит холоднокатаная сталь углерода, серы и газа, тем лучше ее магнитные свойства. При снижении содержания кристаллических включений заметно повышается пластичность стали. Это позволяет повышать содержание кремния в стали, что способствует дальнейшему уменьшению потерь. Установлено, что основные свойства электротехнической стали обусловлены наличием в ней кислорода, углерода и азота. Поэтому при производстве электротехнической стали необходимо обеспечить получение жидкой стали, содержащей не более 0,01 — 0,08% углерода, 0,003% кислорода и 0,004 % — азота. Исключительное значение для качества холоднокатаной стали имеет высокотемпературный отжиг в вакуумных печах на металлургических заводах и вакуумная обработка жидкого металла. При работе с холоднокатаной сталью особое значение приобретает технология производства магнитопроводов. Резка, штамповка, термообработка и сборка позиций имеют весьма важное значение для получения заданных характеристик трансформатора (потери и ток холостого хода, уровень шума, вибрации, к. п. д. и т. п.). При раскрое холоднокатаной стали следует строго следить за тем, чтобы направление магнитного потока на всем его протяжении совпадало с направлением прокатки стали, так как отклонение потока от направления прокатки приводит к увеличению потерь и тока холостого хода. Наличие отверстий в стержнях и ярмах магнитопроводов обусловливает уменьшение сечения и отклонение магнитного потока от направления прокатки, а следовательно, приводит к увеличению потерь и уменьшению магнитной проницаемости. Особенно большие потери получаются в местах перехода от стержня к ярму, поэтому изготавливают магнитопроводы с «косым стыком», многорамные и т. п. Холоднокатаная сталь весьма чувствительна ко всякого рода механическим воздействиям. При резке и штамповке пластин происходит ухудшение магнитных свойств стали за счет образования наклепа в зоне реза. Наклеп приводит к увеличению сопротивления магнитному потоку и увеличению удельных потерь стали. Удары по стали, перегибы пластин и т. п. легко нарушают ориентацию кристаллов в текстурованной стали; при этом удельные потери и удельная намагничивающая мощность в стали существенно увеличиваются. Восстановление магнитных характеристик электротехнической стали достигается ее отжигом, о чем будет сказано ниже. Широкое распространение в отечественном трансформаторостроении получила рулонная электротехническая сталь, имеющая жаростойкое изоляционное покрытие в виде оксидных пленок. Применение рулонной стали позволяет широко внедрять автоматизацию изготовления пластин магнитопроводов на полуавтоматических и автоматических линиях продольного и поперечного раскроя, а также отказаться в ряде случаев от дополнительной изолировки пластин. Удельные потери в активной стали изготовленного магнитопровода, как правило, несколько выше, чем у исходного материала, и характеризуются коэффициентом увеличения потерь. Коэффициент увеличения потерь — это отношение удельных потерь в изготовленном магнитопроводе к удельным потерям исходного материала, определенным на образцах в аппарате Эпштейна. Рис. 5-1. Схема лакировальной машины. 1 — пластина магнитопровода; 2 — резиновые валики; 3— трубка с отверстиями; 4 —расходный бачок с лаком; 5 — подземный резервуар с лаком; 6 — насос; 7 — холодный транспортер; 8 — горячий транспортер; 9 — газовые горелки; 10 — печь; 11, вытяжная вентиляция; 13 — холодный транспортер; 14 — приточная вентиляция; 15 стол приемный, 16 — самоходная тележка; 17 — валки резиновые (для отжима воды); 18 — форсунка для воды.

Этот коэффициент является важнейшим показателем конструкторского и технологического уровня производства магнитопроводов и трансформаторов в целом. Задача современного трансформаторостроения состоит в том, чтобы достигнуть минимальной величины этого коэффициента. Для магнитопроводов отечественного производства коэффициент увеличения потерь составляет 1,2—1,5.

• Назад
• Вперед

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).

Петля гистерезиса

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.

Для чего Магнитопровод трансформатора выполняют из отдельных листов электротехнической стали?

Магнитопровод является конструктивной основой трансформатора. Он служит для проведения основного магнитного потока. Для уменьшения магнитного сопротивления по пути этого потока и, следовательно, уменьшения намагничивающего тока магнитопровод выполняется из специальной электротехнической стали.

Интересные материалы:

Как сделать анимацию в презентации повер поинт? Как сделать анимированную аву в Телеграм? Как сделать анимированную картинку в фотошопе? Как сделать анимированный аватар в стиме? Как сделать анонимное голосование в Амонг АС? Как сделать анонимные вопросы в Инсте 2022? Как сделать антенну в игре Бородач 3? Как сделать ароматизатор с кофе? Как сделать аватарку на YouTube на телефоне? Как сделать автодозвон на мтс?

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.

Мощный силовой трансформатор

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.

Основные свойства и характеристики

Сталь для трансформаторов применяется нержавеющая, магнитная с достаточными показателями проницаемости. Она так популярна в производстве электрооборудования благодаря тому, что обладает высокими электромагнитными характеристиками и теряет минимальное количество энергии в результате нестериса.

Из металла делают различные элементы для трансформаторов и другого электрооборудования. Также он идеально подходит для создания магнитных проводов.

Без этого особого вида стали не обходятся сердечники трансформатора по той причине, что материал способствует более высокому удельному сопротивлению. Это позволяет терять меньше мощности от вихревых токов. Эта проблема обычно касается сердечников электрооборудования. Благодаря его использованию не происходит чрезмерное нагревание сердечника.

Для уменьшения потерь от вихревых потоков, уменьшают толщину пластины. Поэтому толщина стали должна быть 0,5 мм при частоте в 50Гц. Если устройство работает при большей частоте, то необходимо делать сердечник из листов 0,1-0,2 мм.

Металл помогает уменьшить потери на перемагничивание. Это еще одна причина популярности электротехнической стали для производства сердечника трансформатора.

Так как снизить потери и процесс циклического перемагничивания можно с помощью добавления кремния в металл, то сплавы с повышенным содержанием этого элемента получили название трансформаторная сталь. Благодаря применению удалось добиться уменьшения потерь на треть. Также это позволяет уменьшить массу трансформатора на 10%, а расход металла на 20%.

Электромагнитную сталь используют практически во всей электромеханической продукции за счет своих уникальных свойств.

Что такое магнитопровод трансформатора и зачем он нужен?

Магнитопровод или сердечник трансформатора позволяет более эффективно преобразовывать напряжение, уменьшая при этом потери. Для изготовления сердечников используют специальную ферромагнитную сталь.

Виды сердечников трансформатора

Сердечники по строению разделяют на:

• стержневые;
• броневые;
• тороидальные.

Стержневой сердечник имеет вид буквы П. Обмотки насаживаются на стержни, а сами стержни соединяются ярмом. Такая конструкция магнитопровода позволяет легко осматривать и ремонтировать обмотки. Поэтому такой тип характерен для средних и мощных трансформаторов.

Броневой сердечник Ш-образной формы. Обмотки находятся на центральном стержне. Броневые трансформаторы сложнее в производстве. И ремонтировать обмотки в них не так просто, как в стержневых.

Тороидальный сердечник имеет вид кольца с сечением прямоугольной формы. Обмотки наматываются прямо на него. Поэтому этот тип сердечников считается самым энергетически эффективным.

а – стержневой сердечник, б – броневой сердечник, в – тороидальный сердечник.

Применение

Трансформаторную сталь используют для изготовления важных элементов трансформаторов. Ее популярность связана с повышенными свойствами, благодаря добавлению в состав кремния.

Стержневой магнитопровод

Этот элемент представляет собой стержень, на который размещаются обмотки и ярма, для замыкания магнитной цепи. Их всегда делают шихтованными. Этот элемент имеет более простую конструкцию, чем броневой стержень и позволяет получить необходимую изоляцию для обмоток.

Стержневые магнитопроводы необходимы для мощных трансформаторов, так как у них на каждом стержне расположена половина обмотки. Устройства, в которых есть стержневой магнитопровод, имеет малый магнитный поток рассеивания, меньший расход провода и большая поверхность охлаждения обмотки.

Броневой

Броневые магнитопроводы больше всего подходят для небольших показателей мощности. Это касается устройств, производящих от единицы до нескольких десятков вольт-ампер. Они функционируют, когда уровень напряжения не превышает 1000 В, а частота сети питания 50 или 400Гц. От стержневых трансформаторы с броневым магнитостержнем отличаются меньшей удельной мощностью на единицу объема и веса. Но главным их преимуществом считается стоимость.

Броневые магнитопроводы отличаются прямоугольными стержнями, расположенными в горизонтальном положении, на них располагаются обмотки прямоугольной формы.

В броневом магнитопроводе присутствует ряд конструктивных достоинств. При его использовании понадобится только один комплект обмоток, в котором присутствует ярмо для защиты от негативных факторов внешней среды.

Технические характеристики

Важной характеристикой являются коэффициенты трансформации. Они показывают зависимость выходного напряжения от соотношения витков в обмотках. Коэффициент трансформации является базовым параметром при расчете.

Другая важная характеристика трансформатора – его КПД. В некоторых аппаратах этот показатель составляет 0,9 – 0,98, что характеризует незначительные потери магнитных полей рассеяния. Мощность P зависит от площади S сечения магнитопровода. По значению S, при расчетах параметров трансформатора, определяют количество витков в катушках: W = 50 / S.

На практике мощность выбирают исходя из предполагаемой нагрузки, с учетом потерь в сердечнике. Мощность вторичной обмотки Pн= Uн× Iн, а мощность первичной катушки Pс= Uс× Iс. В идеале Pн = Pс (если пренебречь потерями в сердечнике). Тогда k = Uс / Uн = Iс / Iн , то есть, токи в каждой из обмоток имеют обратно пропорциональную зависимость от их напряжений, следовательно, и от количества витков.

Цена трансформаторов

Цена трансформатора варьируется в широких пределах и зависит от множества факторов. Здесь учитывается тип и назначение, мощность и другие электрические параметры. На стоимости устройств отражается сложность производства и используемые материалы. Немаловажное значение играет защита и другие особенности.

Трансформатор известного производителя не может быть дешёвым. Однако покупатель может быть уверен, что приобретённое им устройство полностью соответствует указанным характеристикам, не выйдет из строя при первом включении и гарантированно отработает заложенный ресурс.

Высоковольтные трансформаторы можно оценивать по их мощности, то есть если мощность трансформатора 63 МВт(63000 кВА), то он стоит около 63 млн рублей, но это примерна оценка.

Видео: Как проверить исправность трансформатора

Принцип работы

Принцип работы трансформаторов тока основан на законе электромагнитной индукции. Напряжение из внешней сети поступает на силовую первичную обмотку с определенным количеством витков и преодолевает ее полное сопротивление. Это приводит к появлению вокруг катушки магнитного потока, улавливаемого магнитопроводом. Данный магнитный поток располагается перпендикулярно по отношению к направлению тока. За счет этого потери электрического тока в процессе преобразования будут минимальными.

При пересечении витков вторичной обмотки, расположенных перпендикулярно, происходит активация магнитным потоком электродвижущей силы. Под влиянием ЭДС появляется ток, который вынужден преодолевать полное сопротивление катушки и выходной нагрузки. Одновременно на выходе вторичной обмотки наблюдается падение напряжения.

Состав трансформаторной стали

Материал выполняют не только из кремния, а создают сплав с железом. Добавление этого элемента приводит к тому, что коэффициент силы увеличивается, а удельное сопротивление электрической мощности повышается, если сравнить с марками без кремния.

Если добавить в состав определенное количество кремния, это приведет к снижению отдельного веса оксидов железа.

По химическому составу этот материал можно отнести к легированным металлам за счет наличия кремния в количестве до 0,5%.

В трансформаторном железе добавление посторонних примесей в пределах 3-4,5%.