Главная » Архивы » Ш образное трансформаторное железо. П-образный сварочный трансформатор

Ш образное трансформаторное железо. П-образный сварочный трансформатор

Наиболее распространенным типом среди сварочных трансформаторов промышленного изготовления являются всевозможные варианты П-образных трансформаторов. Немудрено, что именно этот тип трансформатора встречается наиболее часто и среди самодельных сварочных трансформаторов. Его отличительными особенностями являются хорошие сварочные характеристики и относительная простота в изготовлении. Основные части любого трансформатора - катушки и набор магнитопровода, здесь обычно собираются отдельно друг от друга, что удобно, и лишь в конце объединяются в единую конструкцию. Раздельное изготовление каждой катушки не только упрощает процесс сборки, но и повышает добротность и надежность конструкции, так как в этом случае возможно применить и рационально разместить более жесткие провода большего сечения. Надо отметить, что подобной эффективностью при сборке отличаются далеко не все типы конструкций самодельных сварочных трансформаторов.

Чаще всего именно магнитопровод является наиболее дефицитным материалом при изготовлении сварочного трансформатора своими руками. Для самодельных конструкций обычно используются пакеты пластинок трансформаторного железа, снятые с негодных одно- и трехфазных промышленных трансформаторов разного назначения.

Магнитопровод П-образного трансформатора собирается из пластин двух размеров: одинаковой ширины и толщины, но разной длины. Более длинные пластины идут под плечи катушек, короткие на замыкающие плечи. Хотя и это условие может быть нарушено, магнитопровод можно собрать из пластин одинаковой длины, тогда он получится квадратным. Ухудшение сварочных характеристик в этом случае не будет слишком заметно, хотя заметной может оказаться прибавка в весе. При сборке направление пластин может чередоваться - одна через одну, или же можно чередовать пакетами по три пластины, последнее распространено при промышленной сборке. Хотя при ручной сборке набор пакетами по три не даст ощутимых преимуществ.

Схема изображенная ниже считается схемой силового трансформатора, у которого магнитное рассеивание минимально, - в идеале его внешняя характеристика должна устремляться в сторону жесткой.

Схема силового трансформатора: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка

Однако в реальной жизни нет ничего идеального. На самом деле такие сварочные трансформаторы сделанные своими руками могут обладать удовлетворительными сварочными характеристиками, благодаря неплотно сидящей обмотки, например из-за вентиляционных щелей и различной изоляции, а если характеристика жесткая, то прибегают к каким-либо дополнительным средствам улучшения горения дуги (балластное сопротивление, дроссель). Кроме того, эта схема может обеспечить наивысший КПД, а значит, максимальную выходную мощность сварки. Тем более что характеристику вполне можно подправить, увеличив магнитное рассеивание путем добавления воздушных зазоров между слоями обмоток.

Если схема трансформатора выполнена по схеме изображенной выше, то на противоположных плечах в идеале должно размещаться ровно по половине первичной и вторичной обмоток трансформатора. Однако на практике это может быть и не так, особенно если катушки выполнены с регулирующими отводами.

Кроме приведенной выше схемы, используются и другие способы расположения обмоток.

Схемы сварочного трансформатора: а - обмотками разнесенными на разные плечи, б - дисковые обмотки, в - часть вторичной обмотки намотана поверх первичной (другая часть на противоположном плече), 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка

Что это может дать? Рассмотрим два крайних случая - схему силового трансформатора и схему с обмотками разнесенными на разные плечи (этот случай достаточно редкий). Для примера приведем характеристики П-образного трансформатора, который изготавливался на одном и том же магнитопроводе сначала по одной, а потом по другой схеме расположения обмоток. Трансформатор этот намотан на магнитопроводе с внешними размерами 15,4х18 см, сечение - 34,5 см 2 . Его первичная обмотка и в первом и во втором случае содержала 260 витков провода диаметром 2,4 мм, вторичная имеет выход на 47В при холостом ходе. В случае с намоткой катушек по схеме силового трансформатора, трансформатор развивал в дуговом режиме ток около 160А, а отношение тока сварки к току короткого замыкания у него было 1,5-1,6. При разнесенных обмотках средний выходной ток при сварке приближался к значению около 100А, дуга горела мягко и устойчиво, ток же короткого замыкания в этом случае превышал ток сварки в 1,1-1,2 раза. Налицо совершенно различные характеристики двух схем трансформаторов при аналогичных обмоточных данных и значительная разница в мощности.

Однако может существовать и промежуточный вариант расположения обмоток, к тому же иногда он бывает чрезвычайно целесообразен. В этом случае часть вторичной обмотки намотана поверх первичной, а оставшаяся часть на противоположном плече, где витков первичной нет. При промежуточном варианте достигается больший прирост тока по сравнению со схемой с разнесенными обмотками, но меньшая мощность, чем в случае силового трансформатора. Зачем такое может понадобиться? Как известно, для уменьшения мощности следует увеличивать количество витков первичной обмотки, что влечет за собой увеличение числа витков и вторичной, - приходится больше мотать провода, провод занимает место. В компактных магнитопроводах может оказаться, что места для лишних витков попросту нет. Тогда придет на помощь комбинированная схема, когда уменьшение мощности ведется не за счет витков, а за счет иного расположения обмоток. При этом одна секция вторичной обмотки может содержать 30-60% от полного числа вторичных витков. Чем большая часть витков вторичной обмотки расположена поверх первичной, тем большей будет выходная мощность и выше ток.

В другом промежуточном варианте - трансформаторе с дисковыми обмотками, первичная и вторичная обмотки отдалены друг от друга незначительно. Эти трансформаторы имеют развитое электромагнитное рассеяние, но не такое сильное как в варианте с обмотками разнесенными на разные плечи. Такой трансформатор имеет, необходимую, падающую внешнюю характеристику. Регулировка сварочного тока, обычно, достигается изменением расстояния между обмотками, которые выполняются подвижными. В бытовых условиях трудно выполнить трансформатор с подвижными обмотками, но остается возможность откорректировать расстояние после пробной сварки (если для этого было предусмотрено место). Но при этом, существенно увеличив высоту магнитопровода, можно не получить ожидаемого диапазона изменения тока. Большинство промышленных сварочных трансформаторов выполнено с дисковыми обмотками.

Выгодное отличие П-образного трансформатора в том, что катушки можно изготовить отдельно от магнитопровода. Про их изготовление читайте в соответствующей статье Обмотка сварочного трансформатора . На завершающей стадии сборки П-образного трансформатора готовые катушки одеваются на уже сложенный П-образный фрагмент магнитопровода, после чего набиваются пластины заключительного верхнего плеча. Потом магнитопровод плотно стягивается на краях с помощью пластин и шпилек, а в зазоры между каркасами катушек и железом забиваются фиксирующие колышки. В некоторых случаях пластины имеют на краях отверстия, что дает возможность стягивать магнитопровод шпильками сквозь отверстия по его углам. В этом случае шпильки следует изолировать: натянуть кембрик, обмотать изолентой или просто покрасить. Также следует обязательно изолировать шпильки и гайки от стягивающих пакеты пластин, подложив в места сопряжения изолирующие шайбы. Если этого не сделать, то будет иметь место ситуация, аналогичная короткозамкнутому витку, и, как следствие, разогрев магнитопровода, падение мощности и ухудшение свойств трансформатора.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Трансформатор является одним из самых важных компонентов, после ламп в конструкции Hi - End усилителя. Все трансформаторы, применяемые в усилителях звука можно разделить на следующие типы:
- по назначению;
- по конструктивным особенностям;
- по технологической принадлежности.

По назначению трансформаторы делятся на «Трансформаторы питания» (Сетевые) и «Трансформаторы передачи полезного сигнала» (Звуковые или сигнальные).
По конструктивным особенностям в зависимости от, применяемого сердечника трансформаторы делятся на тороидальные, броневые, стержневые, ленточные.
По технологической принадлежности трансформаторы подразделяются на «Силовые» (Анодные), «Накальные», «Входные», «Переходные» (Промежуточные), «Выходные».

На рисунках 4 – 9, схематически изображены различные конструктивные типы стальных трансформаторных сердечников.

Рис. 1 Броневой наборный сердечник из Ш-образных пластин трансформаторной стали.

Наборные трансформаторные сердечники из листовой стали пользовались огромной популярностью начиная с 30х годов прошлого столетия. В то время другие технологии создания сердечников, в промышленных масштабах, только зарождались, поэтому магнитные и частотные характеристики изменяли химическими добавками в сплавы трансформаторной стали и толщиной стального листа.

Рис. 2

Существовали два классических типа пластин для трансформаторов до 1000 ВА (Вольт - Ампер), Ш - образный тип пластин и Г - образный тип пластин, из которых собирали сердечники.

Трансформатор, в общем случае, состоит из следующих частей:
1) сердечника из магнитного материала с особыми свойствами;
2) изоляционного и конструкционного каркаса;
3) токопроводящих обмоток;
4) крепежных деталей, стягивающих сердечник.

Сердечники трансформаторов для уменьшения потерь на вихревые токи набираются из пластин, штампованных из электротехнической стали или железоникелевых сплавов, или навиваются из полос электротехнической стали. Применяются также сердечники из ферритов (Оксиферов). Из штампованных пластин набираются сердечники двух типов: броневого (рис. 1) и стержневого (рис. 2).

В маломощных трансформаторах чаще применяются броневые сердечники. Размеры типовых броневых сердечников приведены в таблице 1. Для сборки броневых сердечников применяются пластины Ш-образной формы и перемычки к ним (рис. 3).

Рис. 3 Пластины Ш-образной формы с перемычками.

Для устранения зазора между пластинами и перемычками сборка сердечника производится «вперекрышку» (рис. 4).

Рис. 4 Броневой сердечник, собранный по технологии - "Вперекрышку".

В сердечниках трансформаторов, по обмоткам которых протекает постоянный ток (например, выходные трансформаторы однотактных усилительных каскадов), делается немагнитный зазор. В этом случае пластины сердечника собираются в одну сторону. Между пластинами и перемычками помещается прокладка из листового изолирующего материала .
Для уменьшения потерь в сердечнике на вихревые токи пластины покрываются с одной стороны тонким слоем изолирующего лака. Благодаря этому уменьшается нагрев трансформатора.

Пластины сердечника после сборки стягиваются планками или уголками при помощи шпилек с гайками, вставляемых в отверстия в пластинах, либо специальными обжимками. Стяжные планки, уголки или обжимки служат одновременно для крепления трансформатора на шасси. Каркас для броневых или стержневых сердечников (рис. 5), на котором помещаются обмотки, изготавливается обычно из полистирола, гетинакса, текстолита или стеклотекстолита.

Рис. 5 Эскиз каркаса для обмоток трансформатора с броневым или стержневым сердечником.

Выкройки сборных частей каркаса (рис. 6), можно использовать для самостоятельного изготовления трансформаторов. Иногда применяется бескаркасная намотка. При этом намотка производится на картонную гильзу.

Рис. 6

Из полос электротехнической стали навиваются тороидальные сердечники (Рис. 7).

Рис. 7

Неслолько сложнее построен процесс изготовления сердечников ленточного типа: Ш-образного (рис. 8); и ленточного с двумя сердечниками (Рис. 9). Они навиваются с фиксированием всех слоев ленты, затем разрезаются по оси симетрии.

Рис. 8

Рис. 9

Применяя витые сердечники из сталей ЭЗ10, Э320, Э330, можно значительно уменьшить размеры трансформаторов.

Обмотки трансформаторов выполняются из медного провода с эмалевой, или эмалево-шелковой изоляцией.

Принципы изготовления трансформаторов

Остановимся на принципах их изготовления, общих для всех разновидностей, и начнем с материалов для магнитопроводов.

Для выходных трансформаторов низкочастотных каналов (если усилитель двухканальный) лучше всего применять ленточные, О-образные магнитопроводы, что позволяет все обмотки выполнять полностью симметричными (например, две половинки первичной обмотки двухтактного пушпулльного оконечного каскада размещать на двух половинках магнитопровода). Это обеспечивает максимальную идентичность их индуктивностей при строго одинаковом числе витков.

Толщина листов железа должна быть не более 0,35 мм. Использование железа толщиной 0,5 мм для выходных трансформаторов недопустимо.
Если все же используется магнитопровод из сборных пластин, то каждая из них обязательно должна быть отлакирована с обеих сторон (изолирована), чтобы снизить до минимума потери на токи Фуко. То же относится и к пластинам-перемычкам.

Если усилитель двухканальный, то для высокочастотного канала для намотки выходного трансформатора лучше всего использовать ферритовый магнитопровод от выходного трансформатора строчной развертки старых ламповых телевизоров (трансформаторы типа ТВС-110.

Рис. 10

Для питания усилителя проще всего использовать готовый промышленный силовой трансформатор от старых ламповых телевизоров. Для этой цели подходят трансформаторы от телевизоров Темп-6, Темп-6М, Темп-7, Темп-7М, так как их практически не нужно дорабатывать. Имеющуюся на таком трансформаторе обмотку накала кинескопа можно использовать для накала лампы первого (входного) каскада усилителя, общую накальную обмотку - для питания накала (через отдельный выпрямитель) ламп остальных каскадов.

В УЗЧ с выходной мощностью более 40 Вт лучше поставить готовый силовой трансформатор от телевизора КВН-49 либо изготовить подобный трансформатор самому по данным, которые можно рассчитать, используя материалы этого сайта.

Рис. 11 Силовой трансформатор ТС-360.

Если же выходная мощность не превышает 20 Вт, вполне подойдут силовые трансформаторы от старых ламповых приемников Минск-55, Минск-Р7, Нева-51, Нева-52, Нева-55, Октябрь, Рига- Т689, которые придется переделать.

Рис. 12

Для гарантии получения высокого качества, особенно при изготовлении Hi-End усилителей с повышенными требованиями по выходной мощности, трансформатор с необходимыми параметрами, необходимо изготовить самостоятельно, опираясь на собственные расчетные результаты.

Страница 3 из 19

ГЛАВА II
КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
§ 3. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ
Основу любого трансформатора составляют магнитные и электрические цепи, т. е. сердечник (магнитопровод) и катушки. Неизбежными элементами его являются также конструктивные детали, служащие для крепления сердечника и установки трансформаторов в блоках аппаратуры,.и выводы катушек. В высоковольтных трансформаторах, в зависимости от способа выполнения изоляции, может появляться и дополнительный элемент-металлический бак (корпус). Особенности конструкций т. м. м. рассмотрим по их отдельным элементам.
Сердечники. Сердечники мощных трансформаторов набирают (шихтуют) из отдельных прямоугольных пластин трансформаторной стали. Для т. м. м. этим способом изготовляют сердечники редко - только для больших трансформаторов. В большинстве случаев применяют принципиально отличные конструкции - либо наборные сердечники из штампованных пластин, называемые в дальнейшем для простоты наборными штампованными сердечниками, либо ленточные сердечники.. Штампованные сердечники утвердились в практике относительно давно. Ленточные сердечники появились лишь в последние годы, благодаря своим преимуществам они широко входят в жизнь. Для т. м. м. высокой частоты и импульсных находят применение прессованные сердечники из специальных материалов.
Важным техническим показателем для сердечника является степень использования его полного сечения чисто активным магнитопроводящим материалом, т. е. коэффициент заполнения сердечника кс.
Наборные штампованные сердечники. Подобный сердечник шихтуется из пластин той или иной конфигурации, в зависимости от типа набираемого сердечника-броневого, стержневого, тороидального или трехфазного.
На рис. 1 были показаны такие сердечники. Преимуществом их перед собранными из отдельных прямоугольных пластин является уменьшение числа стыков или перекрытий пластин, т е.
повышение качества сердечника, а также возможность применения прогрессивной технологии - штамповки вместо резки листов на пластины. Однако с ростом мощности, т. е. размеров трансформатора, штампы становятся громоздкими и значительно удорожаются. Кроме того, применяемость унифицированных по размерам сердечников с ростом мощности снижается. В силу этих причин при мощностях свыше нескольких сот вольт-ампер (на частоте 50 Гц) применение штамповки становится экономически неоправданным.
Возможна различная сборка штампованных броневых и стержневых сердечников - в стык или вперекрышку (рис. 2).

Рис. 2. Виды штампованных пластин сердечников и их сборки: а, б- пластины с нормальным ярмом; в, г - пластины с уширенным ярмом; а - сборка вперекрышку; б - сборка в стык; в - разъем по ярму; г - разъем по стержню.
1 - Ш-образные пластины, 2 - замыкающие; 3 - отверстия под шпильки.
Второй способ предпочтителен, ибо при его использовании отсутствуют непосредственные зазоры в магнитной цепи. Сами пластины также могут быть различной формы - с линией разъема по стержню или по границе между стержнем и ярмом. Пластины тороидальных сердечников представляют собой замкнутые кольца. Пластины для броневых сердечников часто называют Ш-образными, ибо их форма напоминает букву Ш, пластины для стержневых трансформаторов - П-образными, для тороидальных трансформаторов - О-образными, для трехфазных трансформаторов - Е-образными. Так же называют и сердечники. Ярма у Ш-, П- и Е-образных пластин могут быть либо нормальными, когда индукция в стержне и ярме одинакова, либо уширенными, когда индукция в ярме меньше, чем в стержне, благодаря чему общее магнитное сопротивление магнитного пути уменьшается. В первом случае ширина ярма у П- и Е-образных пластин равна ширине стержня, а у Ш-образных пластин- половине ширины стержня, ибо здесь по ярму проходит лишь половина общего магнитного потока, создаваемого катушкой (у Ш-образных пластин ярмом являются и крайние стержни, не несущие обмоток). Во втором случае ширина ярм увеличивается на 15-25% от нормальной ширины. У О-образных пластин ярмо отсутствует.
В отечественной технике из наборных штампованных сердечников наибольшее распространение получили броневые. При этом для трансформаторов наименьшего веса обычно применяют пластины с нормальным ярмом по междуведомственной нормали НО.777.000; для трансформаторов наименьшей стоимости при частоте питания 50 Гц - пластины с уширенным ярмом по нормали НИО. 777.001, заменившие применявшиеся ранее пластины с нормальным ярмом по нормали СТ-360А. Размеры пластин по всем этим нормалям позволяют осуществить такой раскрой заготовки, при котором после штамповки не остается никаких отходов. Поэтому пластины получили название «пластин безотходной штамповки».
Стяжка отдельных пластин в единый пакет осуществляется либо изолированными стяжными шпильками, пропускаемыми

Рис. 3. Замкнутые ленточные сердечники: а - броневой; б- стержневой; в - тороидальный; г - трехфазный.
через зыштампованные в пластинах отверстия (см. рис. 2), либо наружными элементами, служащими иногда одновременно для крепления трансформатора к шасси (см. рис. 23, 24).
Ленточные сердечники. Ленточные сердечники изготовляют из узкой ленты электротехнической стали или специального сплава той или иной толщины. Ленточные сердечники могут использоваться в виде броневых, стержневых, тороидальных и трехфазных. По аналогии со штампованными наборными сердечниками они могут быть названы соответственно Ш-, П-, О-, Е-образными. При этом каждый из них в принципе может быть как замкнутым, так и разъемным.
Замкнутые ленточные сердечники легко получаются путем навивки ленты на металлических оправках требуемых размеров. Тороидальные сердечники навиваются на круглую оправку, остальные - на прямоугольную. Броневой сердечник получается сдваиванием одинаковых стержневых. Для получения трехфазного сердечника сдвоенные стержневые сердечники дополнительно охватываются по наружному контуру ленточным ярмом той же ширины, что и стержень стержневого сердечника.
Замкнутые ленточные сердечники всех типов показаны на рис. 3. Достоинством замкнутых сердечников является высокое качество магнитопровода, обеспечивающего малое магнитное сопротивление потоку, проходящему вдоль лент сердечника.
Использование замкнутых сердечников встречает, однако, серьезные затруднения, вызванные необходимостью вматывать в них катушки, что малопроизводительно и нетехнологично. Поэтому и появились разъемные сердечники. Разъемные сердечники могут быть получены путем резки навитых замкнутых сердечников на две половины.

Рис. 4. Разъемные ленточные сердечники: а - броневой (Ш-образный), б- стержневой (П-образный); в - тороидальный (О-образный); г - трехфазный (Е-образный).

Рис. 5. Сердечник из гофрированной ленты.
Возможно также непосредственное изготовление каждой половинки (полусердечника) отдельно. Разъемные сердечники всех типов показаны на рис. 4. Цельные половинки разъемных ленточных сердечников иногда называют С-образными или U-образными сердечниками.

Рис. 6. Трехфазный разъемный ленточный сердечник особой конструкции.
Разъемная конструкция сердечника позволяет наматывать катушки трансформатора отдельно и вставлять затем в них заготовленные полусердечники. Однако при этом в магнитную цепь вводится неизбежный воздушный зазор.
В США и ГЕРМАНИИ находят применение желобчатые сердечники, изготовленные из гофрированной ленты (рис. 5). Используя свойство ломаной линии, незначительным увеличением ширины стержня можно существенно увеличить поверхность охлаждения сердечника, что важно при повышенных частотах. Подобные сердечники обладают, кроме того, большей жесткостью. На рис. 6 показана своеобразная конструкция трехфазного составного сердечника, нашедшая применение в США.

Кроме рассмотренных, возможны и другие модификации ленточных сердечников (см. ниже).
Монолитность ленточных сердечников, их механическая прочность обеспечиваются различными путями при помощи лаков или клеящих эмалей. Стяжка половинок разъемных ленточных сердечников в единую конструкцию осуществляется при сборке трансформатора (см. § 4).
Прессованные сердечники. Прессованные сердечники изготовляют из порошковых материалов. Прессовать можно как цельные сердечники, так и их отдельные половинки. Прессованные сердечники могут быть всех рассмотренных типов.

Катушки.

Конструкцию катушек определяют три основных фактора: способ укладки, размещения каждой обмотки трансформатора; взаиморасположение отдельных обмоток; способ выполнения изоляции. Определенную роль отри этом играет также и вид проводника обмоток.
Важным техническим показателем для катушки является степень использования ее активным материалом окна сердечника, т. е. коэффициент заполнения окна кок.
Проводники обмоток. В большинстве случаев в трансформаторах малой мощности применяют медные провода, поставляемые кабельной промышленностью с готовой витковой изоляцией провода. Провода, как правило, круглые. При больших сечениях могут применяться и провода прямоугольного сечения. В отдельных случаях, например для трансформаторов ультразвуковой частоты с большими токами или для накальных трансформаторов с особенно большими токами, приходится применять неизолированную медную ленту соответствующей толщины. Иногда применяется также тонкая медная фольга как для экранов между обмотками, так и для самих обмоток. Во всех этих случаях витковая изоляция (обычно волокнистые материалы) накладывается заблаговременно или в процессе намотки катушек. Марка провода или вид накладываемой изоляции выбирается в зависимости от условий работы трансформатора и предъявляемых к нему требований надежности (см. § 6 и 7).
Большой интерес проявляется в последние годы к алюминию, как весьма перспективному проводниковому материалу для т. м. м При этом алюминий целесообразно применять только в виде фольги, но не в виде обычных проводников (см. § 18). Витковая изоляция на алюминиевую фольгу наносится перед изготовлением катушек.
Работы по использованию алюминия в трансформаторах малой мощности ведутся быстрыми темпами и можно ожидать появления подобных «алюминиевых» трансформаторов в самое ближайшее время.
Конструкции отдельных обмоток. Существуют два принципиально различных способа выполнения обмоток трансформаторов малой мощности Наиболее распространенный способ - это многослойная обмотка, непрерывно наматываемая до получения заданного числа витков и располагаемая вдоль всей длины стержня магнитопровода (или его части, отведенной для данной обмотки) Такие обмотки назовем цельными.
Разновидностью цельной обмотки является секционированная обмотка; обмотка при этом разбивается на ряд секций, каждая из которых занимает часть длины стержня, но все вместе они составляют единое конструктивное целое. Каждая секция выполняется обычным образом, между собой секции соединяются последовательно или параллельно.

Рис. 7. Виды обмоток т м. м по способу выполнения: а - цельная обычная обмотка; б - цельная секционированная обмотка; в - галетная обмотка.
1 - секция; 2 - галета.
Секционирование применяется обычно для высоковольтных обмоток. В этом случае секции друг от друга надежно изолируются.
Второй способ, практически разработанный в СССР под руководством A. JI. Харинского,- это выполнение обмотки в виде совокупности отдельных элементов, галет, каждая из которых представляет собой полностью законченную конструктивную деталь. Галеты нанизываются на стержень магнитопровода одна за другой по всей его высоте и соединяются между собой электрически тем или иным образом. Отдельные галеты могут изготовляться совершенно независимо одна от другой. Подобные обмотки получили название галетных обмоток.
Цельные и галетная обмотки изображены на рис. 7. По имени обмоток название галетных получили и сами трансформаторы, в которых использованы такие обмотки. Галетные обмотки нашли применение в низковольтных трансформаторах. Их можно применять для всех типов трансформаторов - БТ, СТ, ТТ, ЗТ. Преимуществом галетных трансформаторов является высокая степень унификации галет. Путем комбинации их последовательно-параллельных соединений можно получать разнообразные электрические параметры обмоток потокам и напряжениям.
Особенно перспективными становятся галетные трансформаторы с применением для обмоток алюминиевой фольги: галета - наиболее приемлемая форма для выполнения таких обмоток.
Взаиморасположение обмоток. Как и для мощных трансформаторов, для г. м. м. применяют два основных вида обмоток по их взаиморасположению-концентрические и чередующиеся обмотки. Концентрические обмотки располагаются одна внутри другой (рис. 8). Чередующиеся обмотки разбиваются на отдельные части, причем части разных обмоток располагаются вдоль стержня одна за другой, занимая всю ширину окна каждая и непрерывно чередуясь.

Рис. 8. Виды обмоток трансформаторов малой мощности по их взаиморасположению: а - концентрические; б - чередующиеся.
1 - первичная обмотка; 2 - вторичная обмотка; 3 - изоляционный буртик.
Чередующиеся обмотки более сложны, но обладают меньшим рассеянием. Поэтому они могут применяться для выходных, импульсных трансформаторов и в других специальных случаях. Для силовых же трансформаторах малой мощности, у которых рассеяние не играет сколько-нибудь существенной роли (см. § 13), такое расположение обмоток не применяется. Однако то этой причине для силовых трансформаторах малой мощности возможны такие варианты взаиморасположения обмоток, которые недопустимы для мощных трансформаторов из- за увеличенного рассеяния. Первый из этих вариантов является в какой-то мере частным случаем чередующихся обмоток: обмотки располагаются рядом вдоль магнитопровода, но не чередуются. Такое расположение может быть удобным для высоковольтных трансформаторов, особенно при большом числе вторичных обмоток (рис. 9). Подобные обмотки назовем разделенными обмотками.
Второй вариант является частным случаем концентрических обмоток и может применяться при наличии двух и более вторичных обмоток. В этом варианте каждая вторичная обмотка располагается концентрически по отношению к первичной, но занимает лишь часть ее длины и по длине стержня расположена рядом с другой вторичной обмоткой. Подобные обмотки назовем неполноконцентрическими. Неполноконцентрическими являются, в частности, обмотки галетных трансформаторов.
Выбор взаиморасположения обмоток производится при проектировании трансформатора расчетчиком и конструктором в зависимости от требований по рассеянию трансформатора и с учетом удобства конструктивного размещения обмоток.

Изоляция.

О витковой изоляции проводников говорилось выше. Здесь, раздельно для низковольтных и высоковольтных трансформаторов, рассмотрим выполнение корпусной, слоевой и межобмоточной изоляции катушек.
Изоляция катушек низковольтных трансформаторов. Корпусная изоляция осуществляется при помощи изоляционных каркасов либо без них, с помощью изоляционных гильз или слоя лака (рис. 10, 27).

Рис. 9. Разновидности обмоток трансформаторов малой мощности по их взаиморасположению: а - разделенные обмотки; б - неполноконцентрические обмотки.
1 - первичная обмотка; 2, 3, 4 - вторичные обмотки.
Соответственно и конструкция катушек называется каркасной или бескаркасной. Каждая из этих конструкций имеет свои достоинства. Как правило, каркасная конструкция более надежна в эксплуатации, бескаркасная же конструкция технологичнее в массовом производстве (см.§ 12). Каркас или гильза, выполняя функции корпусной изоляции, является одновременно той основой, на которой покоятся обмотки.
Каркасы могут быть цельными или сборными из отдельных деталей - боковых стенок и щек. Сборные каркасы (рис. 11) изготовляют из электротехнического картона, текстолита, гетинакса толщиной 1 -1,5 мм. Отдельные детали склеивают или сочленяют при помощи замков. Щели, неизбежно остающиеся по углам сочленяемых деталей, до намотки катушек перекрывают изоляционной бумагой или тканью.
В последние годы находят все более широкое применение цельные прессованные или литые каркасы (рис. 12). Они обладают лучшими механическими и электрическими свойствами и дешевле в крупносерийном производстве. Толщина стенок таких каркасов в малых размерах может быть уменьшена до 0,3- 0,5 мм. Прессовку и литье каркасов производят из пресс-порошков и других прессовочных и литьевых материалов. Прессованные и литые каркасы можно делать и пс частям с последующей сборкой их в единую конструкцию.

Рис. 11. Сборные каркасы для катушек трансформаторов малой мощности
Гильза выполняется из электротехнического картона, изоляционных бумаг и т. п. По краям гильзы из тех же материалов накладывают буртики для изоляции обмоток от ярма сердечника (см. рис. 10).
Необходимость в буртиках может быть исключена, если для заделки торцов катушек применять специальные изоляционные пасты.

Рис. 10. Бескаркасная катушка трансформатора малой мощности
1 - сердечник; 2 - изоляционная гильза; 3 - изоляционный буртик (от ярма); 4 - то же (межобмоточный); 5 - слоевая изоляция.
Слоевая изоляция прокладывается при намотке катушек либо через каждый слой, либо через несколько слоев. Через каждый слой изоляция прокладывается в случае применения провода с низкокачественной витковой изоляцией (см. § 7), при диаметрах провода свыше 0,4-0,5 мм, или в особо ответственных случаях. Прокладку через несколько слоев применяют при намотке катушек проводами с высокопрочной эмалью или при наличии дополнительной наружной оплетки, причем суммарное напряжение в неизолированных слоях составляет 20-30% от электропрочности витковой изоляции провода.
В качестве слоевой изоляции используют изоляционные материалы толщиной в несколько сотых долей миллиметра - бумаги, тканевые материалы, синтетические пленки. В тороидальных трансформаторах применение бумаг затруднительно из-за их недостаточной механической прочности и эластичности и плохой пропитываемости. Выбор материала определяется рабочей температурой трансформатора, условиями пропитки, требуемой надежностью, а число слоев изоляции - испытательным напряжением между слоями.
Обычно изоляция укладывается в один слой. У краев слоя изоляция иногда подворачивается таким образом, чтобы не могло произойти западания витков из слоя в слой, как это показано на рис. 10. С той же целью применяют подклейку витков провода. При намотке на каркас каждый слой укладывают вдоль всей длины (высоты) каркаса. При бескаркасной намотке во избежание сползания витков намотанные слои скрепляют нитками, причем каждый верхний слой делается обычно несколько короче низлежащего.

Рис. 12. Литые и прессованные каркасы для катушек трансформаторах малой мощности
У галетных обмоток напряжение внутри галеты достаточно мало, что позволяет обойтись совсем без слоевой изоляции. В случае применения для обмоток ленты или фольги, занимающих всю высоту окна трансформатора или отдельной галеты, понятия витковой и слоевой изоляции сливаются между собою.
Межобмоточная изоляция принципиально выполняется так же, как слоевая, но укладывается обычно в несколько слоев, число которых зависит от испытательного напряжения между обмотками. Во избежание пробоя по поверхности корпусной изоляции края соседних обмоток часто смещают относительно друг друга, заполняя свободное пространство буртиком из изоляционного материала (см. рис. 8, 10, 27). У галетных трансформаторов изоляция между первичной обмоткой и галетами вторичных обмоток, а также между отдельными галетами осуществляется слоем лака или компаунда.
Изготовленную катушку (или намотанный трансформатор) пропитывают изоляционными лаками или компаундами. Пропитка преследует цель заполнить все поры в изоляции и между проводниками, вытеснить из катушек воздух и тем самым повысить влагостойкость, а также теплопроводность катушек. Пропитка повышает нагревостойкость изоляционных бумаг, цементирует катушки. В малоответственных случаях пропитка может отсутствовать. При повышенных требованиях по влагостойкости торцы катушек, во избежание проникновения через них влаги внутрь катушек, целесообразно заделывать специальными изоляционными замазками (пастами). С той же целью катушки покрывают специальными покровными составами.

Изоляция катушек высоковольтных трансформаторов.

Надежная изоляция катушек высоковольтных трансформаторов представляет сложную задачу. Долгое время эта задача решалась путем применения трансформаторного масла или термопластичных (например, битумных) компаундов. При напряжениях до 3-5 кВ можно применять и сухие трансформаторы, высоковольтные обмотки которых, как правило, секционированы.
Конструкция масляных трансформаторах малой мощности повторяет в миниатюре конструкцию мощного масляного трансформатора без радиаторов: обмотки при помощи изоляционных распорок отделены от сердечника и друг от друга и помещены в бак с маслом, которое играет роль корпусной и межобмоточной изоляции. Бак желательно иметь герметичным во избежание утечки, увлажнения и загрязнения масла. Изоляторы закрепляют на крышке бака В последнее время некоторое применение нашли литые баки из дюралюминия. Масляным трансформаторам присущи серьезные недостатки - большие габариты, пожароопасность, трудность надежной герметизации и контроля качества масла в условиях работы специальной аппаратуры и, как следствие, недостаточная надежность в работе. Много недостатков и у трансформаторов, бачки которых заполнены пластичными компаундами. За границей разработаны трансформаторы с наполнением баков инертными газами, свободные от многих из этих недостатков.
Однако радикальное улучшение конструкции произошло в последние годы, когда на смену масляным пришли сухие трансформаторы с изоляцией на основе термореактивных смол, т. е. смол, затвердевающих необратимо и не расплавляющихся при повышенных температурах. Выдающимися электроизоляционными, влагозащитными и механическими свойствами обладают компаунды на основе высокомолекулярных органических материалов - эпоксидных смол. Высокими свойствами обладают и полиэфирные компаунды. Переход к таким конструкциям дает, помимо прочих преимуществ, уменьшение веса в 1,2-3 раза и более, а также снижение трудоемкости изготовления в 1,5- 3 раза. В дальнейшем из высоковольтных рассматриваются только сухие трансформаторы.
Возможны два принципиально различных способа изоляции катушек с помощью термореактивных компаундов- способ обволакивания и способ заливки <в форму (метод опрессовки как менее распространенный не рассматривается). Способ обволакивания применяют при относительно невысоких рабочих напряжениях- до 7-10 кВ. Катушка выполняется так же, как и бескаркасная низковольтная. Во избежание западания витков каждый последующий слой часто делают короче низлежащего. Для корпусной и слоевой изоляции применяют бумаги или стеклоткань. Катушка тщательно пропитывается, а затем обволакивается снаружи слоем компаунда. Толщина слоя составляет от долей миллиметра до нескольких миллиметров и зависит от времени и числа погружений. Такая катушка достаточно надежно изолирована от корпуса и защищена от воздействия влаги воздуха. Этот способ безусловно целесообразен для трансформаторов с малым сроком службы (500-1000 час.), возможность его использования при изготовлении трансформаторах малой мощности с большим сроком службы требует дополнительного исследования.
Способ заливки является наиболее надежным и качественным способом выполнения сухой высоковольтной изоляции, но он сложнее предыдущего.
Подготовленная катушка устанавливается в специальную заливочную форму необходимых размеров и конфигурации и в этой форме заливается жидким компаундом, заполняющим все пустоты в форме. В результате последующего проведения определенного термического режима компаунды твердеют, приобретают механическую прочность и обеспечивают необходимую электрическую изоляцию между отдельными частями трансформатора. По окончании режима залитая катушка извлекается из формы.
Рассмотрим, как должна быть подготовлена к заливке высоковольтная катушка и как она конструктивно выполняется. Возможные варианты весьма разнообразны. Как слоевую и межобмоточную, так и корпусную изоляцию в принципе можно выполнять либо при помощи изоляционных бумаг и стеклоткани, либо при помощи твердых прокладок из различных изоляционных материалов и слоя заливочного компаунда, заполняющего при заливке специально созданные прокладками воздушные каналы между частями катушки и между катушкой и стенками формы
Возможно как применение одного из этих вариантов, так и комбинация их обоих. Необходимо, однако, иметь в виду, что не все твердые материалы с равным успехом сочетаются с заливочными компаундами. Следует обращать внимание на величины коэффициентов линейного расширения (к. л. р.) материалов в сопоставлении с их значениями у компаундов, так как чем больше отличие этих величин, тем вероятнее опасность появления трещин в конструкции после заливки. Важное значение в этом отношении имеет и выбор соответствующей конфигурации прокладок. Кроме того, залитая конструкция не должна иметь острых углов. Радиусы закругления должны составлять не менее 1,5-3 мм. Из различных конструктивных типов менее подвержен растрескиванию залитый тороидальный трансформатор.
Во всех случаях, когда в конструкции используются бумаги или стеклоткань, катушка до заливки компаундом предварительно подвергается вакуумной пропитке также термореактивным компаундом.
Из различных бумаг наилучшей пропиточной способностью обладают микалентная, пропиточная и крепированная. С этой точки зрения их применение предпочтительно, хотя они и обладают меньшей механической прочностью, чем другие сорта изоляционных бумаг (в первую очередь это относится к микалентной бумаге). Особенно желательно применение хорошо пропитываемых бумаг для изоляции катушек тороидальных трансформаторов, у которых пропитка не может осуществляться через торцы катушек, как у броневых и стержневых трансформаторов. Хорошо пропитывается также стеклоткань.
Для создания твердых прокладок можно использовать такие материалы, как термопластичные и термореактивные пластмассы, теплостойкое органическое стекло, в отдельных случаях высококачественный гетинакс. Прокладки можно отливать также предварительно в формах из того же компаунда, который предусмотрен для заливки. Последний способ является наилучшим с точки зрения качества заливки (адгезии компаунда к про кладкам и соответствия величин к. л. р.). Практически наиболее удобно корпусную и межобмоточную изоляцию создавать слоем компаунда, а слоевую - бумагой (стеклотканью). Однако при очень больших напряжениях между слоями (несколько киловольт) часто приходится и слоевую изоляцию обеспечивать слоем компаунда. При этом бывает целесообразным и секционирование высоковольтной обмотки.

Рис. 13. Каркасы для сердечников и межслоевые прокладки для высоковольтных залитых тороидальных трансформаторов.

Рис. 14. Высоковольтный залитый тороидальный трансформатор в процессе изготовления. Первичная обмотка секционирована, слоевая изоляция отсутствует. Фиксация межобмоточного расстояния прессованной прокладкой.

Рис. 15. Высоковольтный тороидальный трансформатор. Фиксация расстояний между слоями и между обмотками литыми кольцами Г-образной формы сечения.

Рис. 16. Высоковольтный залитый тороидальный трансформатор с секционированной первичной обмоткой. Слоевая и межобмоточная изоляция - бумагой.

При конструировании высоковольтных трансформаторов на замкнутых ленточных сердечниках, в частности, тороидальных, приходится предусматривать каркас, являющийся основой катушек и предохраняющий сердечник от воздействия заливочной массы. Каркас можно изготовлять из тех же материалов, что и твердые прокладки. Электрическая прочность его стенок должна быть рассчитана на напряжение внутреннего слоя обмотки, а в случае секционированной внутренней обмотки - на ее полное напряжение.

Рис. 17. Высоковольтный залитый стержневой трансформатор с секционированной обмоткой на специальном каркасе. Слоевая изоляция отсутствует
Амортизация сердечника в каркасах обеспечивается заполнением специальным компаундом, прокладками или бандажированием.
При нескольких вторичных обмотках и отсутствии жестких требований по рассеянию удобно применять неполноконцентрические или разделенные обмотки (см. рис. 9). Особенно удобно это для трансформаторов с высоким потенциалом, например нгкальных.
Различные способы конструктивного выполнения высоковольтных катушек, предназначенных для заливки термореактивным компаундом, показаны на рис. 13-19.
В настоящее время высоковольтные трансформаторы с подобной изоляцией разработаны на напряжения до 20-30 кВ (рабочие), а высокопотенциальные трансформаторы - на постоянное напряжение до 100 кВ.

Рис. 18. Высоковольтные залитые стержневые трансформаторы с катушками на специальных каркасах. Межобмотчная изоляция - компаундом. Слоевая изоляция- бумагой.

Необходимо отметить, что в трансформаторах малой мощности при напряжениях в несколько киловольт возможно возникновение короны - ионизация воздушных включений внутри катушки или промежутков между изоляцией и заземленными близрасположенными элементами, в частности магнитопроводом трансформатора (особенно в местах его заострений). Корона приводит к постепенному разрушению изоляции. Особенно благоприятны условия для развития короны на высоте, при разреженной атмосфере. Коронирование усиливается с повышением частоты питания, особенно в ультразвуковом диапазоне частот. Менее подвержены озонированию трансформаторы с высоким потенциалом.

Рис. 19. Катушки высоковольтного стержневого трансформатора, подготовленные в форме к заливке эпоксидным компаундом.

Для борьбы с наружным коронированием поверхность катушек покрывается тонким заземленным полупроводящим или проводящим слоем. Это способствует выравниванию электрического поля в зазорах и ликвидации короны. Во избежание образования короткозамкнутого витка вокруг сердечника противокоронирующий слой выполняют с разъемом (рис. 20). Для выравнивания поля у краев слоя принимают определенные меры Вместо покрытий возможно также применение фольговых или сеточных экранов, заливаемых вместе с катушкой, а также тщательная заделка всех щелей изоляционными составами. Внутренняя ионизация в катушках может быть предотвращена лишь правильным конструированием и строгим выполнением необходимых технологических требований, в частности тщательнейшей пропиткой.
При длительном развитии внутренней ионизации, а также при аварийных режимах у катушек, залитых термореактивными компаундами, возможно разложение компаунда, сопровождающееся иногда опасными разрывами катушек. Для ослабления силы разрыва целесообразно применять для заливки эластичные компаунды, а также создавать по поверхности заливаемой катушки барьер из пропитанной компаундом стеклоткани.
1 - протизокоронирующий слой; 2 - его разъем; 3 - катушка; 4 - канавка, заливаемая изоляционной массой, для выравнивания поля у краев слоя; 5 - сердечник.

Рис. 20. Противокоронирующее покрытие высоковольтной сухой залитой катушки.
Следует сказать, что ввиду необходимости обеспечения малых габаритов сухих высоковольтных трансформаторах малой мощности их конструирование представляет сложную инженерную задачу и встречает большие трудности. Эти трудности усугубляются новизной вопроса, недостаточной изученностью свойств заливочных компаундов, технологическими сложностями. Тем не менее совместными трудами конструкторов, химиков, технологов и электриков задача эта уверенно решается, накапливается необходимый опыт, и такие трансформаторы все шире внедряются в практику трансформаторостроения.
Выводы катушек . Соединение обмотки с собственно выводом можно осуществлять либо тем же проводом, которым намотана катушка, либо специальным припаиваемым проводом. Эти выводные концы заключаются в изоляционные трубки, а у литых высоковольтных катушек изолируются бумагой или тканью. Сами выводы у низковольтных трансформаторов делаются как в виде специальных изоляторов, например прессованных (см. рис. 24), так и в виде штампованных лепестков. Лепестки требуют меньше места и их применение позволяет сократить габариты трансформаторов. Поэтому такой способ нашел в последние годы преимущественное распространение в специальном приборостроении. Лепестки можно заделать путем бандажирования под наружную изоляцию катушек (рис. 31), либо развальцевать или армировать в специальных гнездах прессованных каркасов или плат (см. рис. 28). У трансформаторов радиотехнической аппаратуры выводы очень часто располагают снизу для осуществления нижнего монтажа приборов. У галетных катушек выводы, армированные в приклеиваемых к галетам контактных колодочках, находятся на боковой поверхности катушек (см. рис. 28).
Особую сложность составляет проблема выводов у высоковольтных трансформаторов. Расстояние между открытыми выводами и между выводом и корпусом необходимо обеспечивать из расчета не менее 2 мм на киловольт испытательного напряжения по воздуху и 3 мм на киловольт по поверхности.
У масляных трансформаторов выводы выполняются обычно в виде фарфоровых изоляторов. Герметизация выводов (как и бака) обеспечивается или их пайкой в крышке или путем резиновых уплотнений.

Рис. 21. Сухие высоковольтный и высокопотенциальный трансформаторы на высокое напряжение с протяженными выводами.
У трансформаторов с литой термореактивной изоляцией выводы можно делать высоковольтными гибкими проводами, непосредственно «влитыми» в основную изоляцию катушек (см. рис. 17, 18). Однако не все такие провода имеют адгезию к компаундам. Поэтому в ряде случаев (например, для проводов резиновых) перед заливкой вывода компаундом его основание вулканизируют специальной резиной, имеющей такую адгезию.
Для катушек с литой изоляцией применяют также и металлические выводы (штыри), оформляемые при заливке в виде изоляторов из того же компаунда (см. рис. 14,16). Подобные изоляторы можно изготовлять и отдельно с последующим сочленением с катушкой в процессе заливки. При сравнительно невысоких напряжениях можно сблизить выводы, разделив их барьерами, отливаемыми из компаунда в процессе заливки или приклеиваемыми после предварительного изготовления (см. рис. 15). При весьма высоких напряжениях во избежание пробоя и коронирования выводы приходится выполнять достаточно протяженными (рис. 21).
Выводы гибкими проводами требуют меньших расстояний и позволяют уменьшить габариты трансформаторов, однако их широкому применению мешает недостаточно высокое качество таких проводов. Перспективны разработанные в последнее время специальные экранированные изоляторы из эпоксидных компаундов.

Трансформатор - устройство для преобразования величины напряжения переменного тока. Работа трансформатора основывается на законе электромагнитной индукции.

Ток, протекающий по одной из обмоток, вызывает возникновение переменного магнитного поле в сердечнике, а оно наводит ЭДС в остальных обмотках.

Именно наличие переменного магнитного поля создает условия для работы трансформатора. На постоянном токе трансформатор работать не может. В случае подключения трансформатора к источнику постоянного напряжения, переменное магнитное поле не создается, следовательно нет причины для образования ЭДС.

В таком случае ток первичной обмотки определяется только ее омическим сопротивлением.

Трансформатор преобразует напряжение при сохранении частоты и баланса мощностей на входе и выходе с учетом КПД. Также при помощи трансформаторов осуществляется гальваническая развязка по цепям питания.

Большинство электронной аппаратуры требует питания, отличного от напряжения сети. В большинстве случаев это напряжение значительно ниже и может иметь несколько различных значений. Трансформатор с несколькими вторичными обмотками позволяет выполнить максимально простое преобразование величины напряжения с той оговоркой, что питающее напряжение переменное.

В случае необходимости преобразовывать постоянное напряжение, приходится сначала преобразовывать его в переменное, что требует определенных схемотехнических решений. В таком случае использование трансформаторов оправдано только наличием гальванической развязки между обмотками.

УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Основные узлы, которые входят в трансформатор это сердечник и обмотки. Сердечники трансформаторов бывают двух типов - броневые и стержневые. Для работы с низкочастотными напряжениями, в том числе и 50 Гц применяются стержневые магнитопроводы. В свою очередь они подразделяются на:

Ш-образные;
П-образные;
тороидальные.

Для изготовления сердечника используется специальное трансформаторное железо. От качества железа во многом зависят параметры трансформатора, такие как ток холостого хода (ТХХ) и КПД. Сердечник набирается из тонких листов железа, изолированных друг от друга слоем окиси или лака. Это делается для того, чтобы уменьшить потери в сердечнике за счет вихревых токов.

Как Ш-образный, так и П-образный сердечники могут собираться из отдельных пластин, а могут быть использованы уже готовые половинки, сделанные из навитых на специальную оправку сплошных лент железа, поклеенных и разрезанных на две части - витые сердечники. Такие сердечники называются ПЛ.

У каждого из типов свои достоинства и недостатки:

Наборные сердечники.

Наиболее часто используются для сборки магнитопровода произвольного сечения, которое ограничивается только шириной пластин. Следует иметь ввиду, что наилучшие параметры имеют трансформаторы с поперечным сечением сердечника, близким к квадратному.

Недостатки - необходимость в плотном стягивании, повышенное магнитное поле рассеивания трансформатора и низкий коэффициент заполнения окна катушки (реальная площадь металла в сердечнике меньше геометрических размеров из-за неплотного прилегания пластин).

Собираются еще проще, поскольку весь сердечник состоит из двух частей для П-образного магнитопровода и четырех для Ш-образного. Характеристики значительно лучше, чем у наборного магнитопровода. Недостатки - соприкасающиеся поверхности должны иметь минимальный зазор во избежание ослабления магнитного поля.

При ударах пластины половинок зачастую отслаиваются и их очень трудно совместить для плотного прилегания. Существует только определенный ряд размеров магнитопроводов.

Тороидальные.

Представляют собой кольцо, свитое из ленты трансформаторного железа Имеют самые лучшие характеристики из всех типов сердечников, минимальный ТХХ и практически полное отсутствие магнитного поля рассеивания.

Основной недостаток - сложность намотки, особенно проводов большого диаметра.

Классический трансформатор имеет одну первичную обмотку и одну или несколько вторичных. Обмотки изолируются друг от друга для исключения вероятности между обмоточного пробоя. Как первичная, так и вторичные обмотки могут иметь отводы.

В Ш-образных трансформаторах все обмотки наматываются на центральном стержне, а в П-образном первичная может размещаться на одном стержне, а вторичная на другом. Гораздо чаще обмотки делятся пополам и наматываются на обеих стержнях. Затем обе половины обмоток соединяются последовательно.

Такая намотка улучшает характеристики трансформатора и сокращает количество провода для обмоток.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Основные характеристики трансформатора:

входное напряжение;
значения выходных напряжений;
мощность;
напряжение и ток холостого хода.

Отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках представляет собой коэффициент трансформации. Он зависит только от соотношения количества витков в обмотках и остается постоянным в любых режимах работы.

Мощность трансформатора зависит от сечения сердечника и диаметра проводов в обмотках (соответственно - допустимого тока). Мощность со стороны первичной обмотки всегда равна сумме мощностей вторичных за вычетом потерь в обмотках и сердечнике.

Напряжение холостого хода - это напряжение на вторичных обмотках без нагрузки. Разница между ним и напряжением под нагрузкой характеризует потери в обмотках за счет сопротивления провода. Таким образом, чем толще проводники в обмотках, тем меньше будут потери и меньше разница в напряжениях.

Величина тока холостого хода зависит, в основном от качества сердечника. В идеальном трансформаторе ток, проходящий через первичную обмотку, создает переменное магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, за счет магнитной индукции создает ЭДС противоположного направления.

Индуцированная ЭДС компенсирует подаваемое напряжение и ТХХ равен нулю. В реальных условиях, за счет потерь в сердечнике, величина ЭДС всегда меньше первичного напряжения, в результате чего возникает ТХХ. Для уменьшения тока для изготовления сердечника нужен материал высокого качества, между пластинами должен отсутствовать немагнитный зазор.

Последнему требованию в максимальной степени соответствуют тороидальные сердечники - в них немагнитный зазор отсутствует.

РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Как показывает опыт и практика, точный расчет трансформатора напряжения себя не оправдывает. Точность нужна только при определении количества витков для получения нужного коэффициента трансформации. Диаметр проводов обмоток должен соответствовать или превосходить минимально допустимому по условиям нагрева.

Общая последовательность расчета трансформатора такова:

определение мощности трансформатора;
подбор сердечника с сечением максимально близкого к расчетному, но не меньше его;
определение количества витков катушек, приходящихся на один вольт напряжения;
расчет количества витков для каждой обмотки;
расчет сечения проводов обмоток.

Мощность трансформатора определяется суммированием мощностей всех обмоток за исключением первичной. Для каждой из них - это произведение напряжения на максимальный ток потребления. Для расчета сечения сердечника нужна габаритная мощность трансформатора, которая учитывает КПД.

Рассматриваемые трансформаторы имеют КПД от 70% при мощности до 150 Вт и до 90 % при большей мощности. Таким образом, чтобы получит габаритную мощность нужно мощность вторичных обмоток умножить на коэффициент 1.3 - 1.1.

Площадь поперечного сечения можно найти как квадратный корень из габаритной мощности. Имея значение площади можно подобрать из таблиц готовый сердечник. Если планируется разборный, то исходя из размеров имеющихся пластин можно вычислить необходимую толщину набора. Как уже говорилось выше, сечение должно быть близким к квадрату.

Наибольшие затруднения вызывает нахождение числа витков. Для этого нужно сначала рассчитать сколько витков должно приходиться на один вольт напряжения. Это значение будет различаться в зависимости от площади сечения сердечника. Следует иметь ввиду, что при одинаковом сечении у магнитопроводов разных типов это значение также будет различно.

Можно воспользоваться следующей формулой: N = К/S ,

где N - количество витков на вольт, S - площадь сечения сердечника в см 2 , K - коэффициент, зависящий от материала и типа сердечника.

Значение коэффициента К:

для наборных сердечников - 60;
для типов ПЛ - 50;
для тороидальных сердечников 40.

Как видим, количество витков у тороидального трансформатора будет минимальным. Умножая число витков на вольт на требуемое напряжение каждой обмотки, получим значение количества витков. Для компенсации потерь напряжения, количество витков вторичных обмоток нужно увеличить на 5%.

У мощных трансформаторов (более 150 Вт) этого делать не нужно.

Сечение проводов также определяется по упрощенной формуле: 0.7√I , где I - ток обмотки.

Провод нужно брать ближайшего к расчетному сечения (можно больше, но не меньше).

В случае сомнений по поводу того, поместится ли провод в обмотке, можно посчитать, сколько витков уложится в один слой и определить количество слоев и их общую толщину для каждой из обмоток. Это справедливо только для Ш-образных и П-образных трансформаторов.

В тороидальных количество витков в каждом последующем случае будет меньше, чем в предыдущем за счет уменьшения внутреннего диаметра.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Большинство трансформаторов малой мощности выполняется на магнитопроводах двух типов, броневом - собранном из Ш-образных пластин и стержневом - собранном из П-образных, Г-образных и прямоугольных пластин. Пластины штампуются из листовой стали толщиной 0,35 и 0,5 мм соответствующей конфигурации.
У броневых трансформаторов (рисунок 3) средний стержень является основным, на нем помещается обмотка (обычно на каркасе). Пластины собираются вперекрышку, так чтобы зазоры в пластинах располагались поочередно с разных сторон обмотки. У пластин, показанных на рисунке 3,а, перемычка (замыкающая сторона) является отдельной деталью. У пластин, приведенных на рисунке 3,б и в, перемычка составляет одно целое с основной пластиной. Сборка всех пластин стержневого магнитопровода производится вперекрышку.

а-в - броневые Ш-образные: г-е - стержневые: П-образный, Г-образный, наборный из прямоугольных пластин; ст - стыки в магнитопроводе Рисунок - Пластины стали для магнитопроводов
Рассмотрим соотношение размеров магнитопровода. Основными размерами являются: ширина основного стержня А и толщина пакета магнитопровода В (на рисунке 3 не показан). Их произведение АВ=Sс - сечение стали магнитопровода. Ширина окна магнитопровода В, его длина D - сечение окна магнитопровода: BD=Sо.
Приведем ориентировочные соотношения остальных размеров магнитопровода. Толщину пакета обычно принимают В=(1-2)А. Для Ш-образных пластин ширина крайних стержней (и перемычек) принимается С=(0,5-0,6)А. Для стержневых магнитопроводов ширину окна для однокатушечных трансформаторов принимают В= (1-1,5)А, для двухкатушечных В= (1,5-2,5)А. Длину окна принимают D= (2-3)А. Надо иметь в виду, что эти соотношения в ряде случаев могут значительно отличаться от приведенных.
Выше было показано влияние стыков магнитопровода на сопротивление магнитного пути. Рассмотрим Ш-образные пластины. Чаще всего применяются пластины, показанные на рисунке 3,а, реже - на рисунке 3,б. Пластины, показанные на рисунке 3,в, раньше встречались часто, но в последнее время применяются редко. Магнитопровод, собранный на пластинах, приведенных на рисунках 3,б и в, имеет по два стыка на пути магнитного потока; магнитопровод, собранный на пластинах, показанных на рисунке 3,а имеет четыре стыка. При ширине крайних стержней, 0,6 среднего индукция в крайних стержнях (и в перемыкающих сторонах) снижена на 20% индукции в основном стержне. Следовательно, если в последнем индукция 1,2 тл, то в крайних стержнях 1 тл. В таком случае сопротивление в стыках с индукцией 1 тл будет примерно в 2 раза меньше сопротивления в стыках с индукцией 1,2 тл (рисунок 2, кривая 2). В магнитопроводе на пластинах, показанных на рисунке 3,б, оба стыка приходятся на участки с индукцией 1,2 тл. Сопротивление стыков не зависит от ширины крайних стержней. В пластинах на рисунке 3,в стыки приходятся на участки с пониженной индукцией. Сопротивление стыков снижается почти вдвое. На пластинах рисунка 3,а из четырех стыков два стыка приходятся на участки с пониженной индукцией. Сопротивление меньше, чем при ширине крайних стержней, равных 0,5 ширины среднего стержня, но больше, чем на пластинах рисунка 3,б, и значительно больше, чем на пластинах рисунка 3,в. Но и при ширине крайних стержней 0,5 среднего пластины рисунка 3,в имеют преимущество против пластин рисунка 4,б в более простой сборке и возможности применения каркаса нормальной длины.
Стержневые магнитопроводы (рисунок 3,г, д) имеют четыре стыка. Оба стержня выполняются обычно одинаковой ширины независимо от того, являются один или оба рабочими (имеющими обмотку). В отношении их остается в силе то, что сказано о Ш-образных пластинах. Магнитопровод из прямоугольных пластин (рисунок 4,е) имеет настолько большой ток намагничивания, что не может быть рекомендован даже для трансформаторов мощностью 1-2 кВ*А.
Следует указать на большую зависимость тока намагничивания от качества штамповки и сборки пластин. Как сказано выше, часть потока в месте стыка проходит непосредственно через зазор. При невысоком качестве штамповки и наличия заусениц, а также при некачественной сборке зазор может увеличиться, что приведет к увеличению тока намагничивания. Особенно некачественная штамповка сказывается на сборке пластин по рисунку 3,б. Так как стыки приходятся на концы гильзы каркаса, то в этих местах получается вздутие, снижающее плотность сборки пакета.

а - Ш-образные; б - П-образные Пунктиром указаны нижние пластины Рисунок 4 - Пластины стали с уширенными основаниями
Рассмотрим магнитопровод, собранный на Ш-образных пластинах, изображенных на рисунке 4,а. Эти пластины от ранее приведенных отличаются отсутствием верхней замыкающей пластины. Нижняя перемычка выполняется той же ширины, что и средний стержень. Собираются пластины вперекрышку. Сверху и снизу с торца получается решетка с продольными просветами. Сечение стали по всему магнитопроводу получается одинаковым, кроме углов, где сечение вдвое больше. Переход потока в поперечные пластины происходит по плоскости соприкосновения пластин, которая составляет для магнитного потока величину А 2 (n -1), где n - число пластин в пакете.
Если в пластинах по рисунку 3 переход потока в соседние пластины создавал участки повышенного сопротивления, то в магнитопроводе на пластинах по рисунку 4 индукция на участках перехода потока почти в 2 раза ниже индукции в стержнях, поэтому переход потока в соседние пластины не приводит к увеличению тока намагничивания. Аналогично выполняются и стержневые трансформаторы. При этом перемыкающие стороны должны иметь ширину, равную двойной ширине стержня, т. е. 2А. Площадь соприкосновения увеличивается по сравнению с Ш-образными магнитопроводами до величины 2А 2 (n-1).
Следует сказать, что пластины такой конфигурации применялись в отдельных редких случаях уже давно. Но их применение определялось стабильностью магнитопровода и постоянством тока намагничивания, практически не зависящего от качества штамповки и сборки, чем эти пластины выгодно отличаются от пластин по рисунку 3. Кроме того, значительно упрощается сборка магнитопровода.
Но преимущества магнитных характеристик этой конфигурации оставались долгое время без внимания. Конечно, когда при пластинах по рисунку 3 необходимо снижать индукцию на 20-25%, а для малых трансформаторов на 40-50% так, чтобы индукция в стыках в сквозных пластинах не превышала допустимую, характер изменения тока намагничивания остается также неизменным. Трансформатор работает удовлетворительно, по сталь используется неполноценно.

Сплавы пермаллоя

Только после появления листовых магнитных материалов с очень малыми потерями (с узкой петлей гистерезиса), с резким переходом характеристики в область насыщения начали внедряться различные устройства автоматики, магнитные преобразователи, магнитные усилители, импульсные схемы и другие устройства; при этом выявилась полная непригодность магнитопроводов, имеющих стыки на пути магнитного потока.
Для выяснения возможности использования новых магнитных материалов не только в виде торроидов, но и с применением пластин стали, более удобной по технологии, проводились испытания и в России, и за рубежом. Испытания проводились на различных сталях с разными конфигурациями пластин. Выводы по испытаниям, проводимым независимо разными авторами, совпали. Торроиды для новых магнитных материалов во многих случаях оказалось возможным заменить магнитопроводами из пластин.
Листовыми материалами с очень высокой начальной проницаемостью и очень малыми потерями являются сплавы пермаллоя. Эти сплавы содержат от 40 до 80% никеля, до 10% легирующих металлов (в некоторых сплавах они отсутствуют), остальное железо. В наименование марки некоторых сплавов входит его состав, например: Н50 (никель 50%, остальное железо), Н79М5 (никель 79%, молибден 5%, остальное железо). Основным качеством сплавов (помимо высокой начальной проницаемости и малых потерь) является высокая линейность начальной части характеристики, резкий переход в насыщенную часть и малая зависимость этой части характеристики от напряженности.
Если для обычной электротехнической стали применение магнитопровода со стыками лишь снижает качество магнитопровода, то при применении таких магнитных материалов, как пермаллой, последний теряет свои основные качества, необходимые для высокоэффективных магнитных преобразователей.
То обстоятельство, что для пермаллоевых сплавов непригодность устаревшей конфигурации пластин магнитопровода была очевидна, способствовало широкому внедрению для этих материалов новой конфигурации пластин.