Сердечник от трансформатора

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

ВИДЫ И ТИПЫ — ХАРАКТЕРИСТИКИ — ПРИМЕНЕНИЕ

Трансформаторы — это устройства предназначенные для преобразования электроэнергии. Их основная задача — изменение значения переменного напряжения. Трансформаторы используются как в виде самостоятельных приборов, так и в качестве составных элементов других электротехнических устройств.

Достаточно часто трансформаторы используются при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Непосредственно на электрогенерирующих предприятиях они позволяют существенно повысить напряжение, которое вырабатывается источником переменного тока.

Повышая напряжение до 1150 кВт, трансформаторы обеспечивают более экономную передачу электроэнергии: значительно снижаются потери электричества в проводах и появляется возможность уменьшить площадь сечения кабелей, используемых в линиях электропередач.

Принцип работы трансформатора основан на эффекте электромагнитной индукции. Классическая конструкция состоит из металлического магнитопровода и электрически не связанных обмоток выполненных из изолированного провода. Та обмотка, на которую подается электроэнергия, называется первичной. Вторая — подсоединённая к устройствам, потребляющим ток, называется вторичной.

После того как трансформатор подсоединяют к источнику переменного тока в его первичная обмотка формирует переменный магнитный поток. По магнитопроводу он передается на витки вторичной обмотки, индуцируя в них переменную ЭДС (электродвижущую силу). При наличии устройства потребления в цепи вторичной обмотки возникает электрический ток.

Соотношение между входным и выходным напряжением трансформатора прямо пропорционально отношению количества витков соответствующих обмоток.

Эта величина называется коэффициентом трансформации: Ктр=W1/W2=U1/U2, где:

  • W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток соответственно;
  • U1,U2 — входное и выходное напряжения соответственно.

Обмотки могут быть расположены либо в виде отдельных катушек либо одна поверх другой. У маломощных устройств обмотки выполняются из провода с хлопчатобумажной или эмалевой изоляцией. Микро трансформатор имеет обмотки из алюминиевой фольги толщиной не более 20—30 мкм. В качестве изолирующего материала выступает оксидная пленка, полученная естественным окислением фольги.

ВИДЫ И ТИПЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы — это достаточно широко распространенные устройства, поэтому существует множество их разновидностей. По конструктивному исполнению и назначению они делятся на:

Автотрансформаторы. Они имеют одну обмотку с несколькими отводами. За счет переключения между этими отводами можно получить разные показатели напряжения. К недостаткам следует отнести отсутствие гальванической развязки между входом и выходом. Импульсные трансформаторы. Предназначены для преобразования импульсного сигнала незначительной продолжительности (около десятка микросекунд). При этом форма импульса искажается минимально. Обычно используется в цепях обработки видеосигнала. Разделительный трансформатор. Конструкция этого устройства предусматривает полное отсутствие электрической связи между первичной и вторичными обмотками, то есть обеспечивает гальваническую развязку между входными и выходными цепями. Используется для повышения электробезопасности и, как правило, имеет коэффициент трансформации равный единице. Пик—трансформатор. Используется для управления полупроводниковыми электрическими устройствами типа тиристоров. Преобразует синусоидальное напряжение переменного тока в пикообразные импульсы.

Стоит выделить способ классификации трансформаторов по способу их охлаждения.

Различают сухие устройства с естественным воздушным охлаждением в открытом, защищенном и герметичном исполнении корпуса и с принудительным воздушным охлаждением.

Устройства с жидкостным охлаждением могут использовать различные типы теплообменной жидкости. Чаще всего это масло, однако встречаются модели где в качестве теплообменного вещества используется вода или жидкий диэлектрик.

Кроме того производят трансформаторы с комбинированным охлаждением жидкостно-воздушным. При этом каждый из способов охлаждения может быть как естественным, так и с принудительной циркуляцией.

В начало

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

К основным техническим характеристиками трансформаторов можно отнести:

  • уровень напряжения: высоковольтный, низковольтный, высоко потенциальный;
  • способ преобразования: повышающий, понижающий;
  • количество фаз: одно- или трехфазный;
  • число обмоток: двух- и многообмоточный;
  • форму магнитопровода: стержневой, тороидальный, броневой.

Один из основных параметров — это номинальная мощность устройства, выраженная в вольт-амперах. Точные граничные показатели могут несколько различаться в зависимости от количества фаз и других характеристик. Однако, как правило, маломощными считаются устройства, преобразовывающие до нескольких десятков вольт-ампер.

Приборами средней мощности считаются устройства от нескольких десятков до нескольких сотен, а трансформаторы большой мощности работают с показателями от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.

Рабочая частота – различают устройства с пониженной частотой (менее стандартной 50 Гц), промышленной частоты – ровно 50 Гц, повышенной промышленной частоты (от 400 до 2000 Гц) и повышенной частоты (до 1000 Гц).

В начало

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Трансформаторы получили широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Одной из основных областей их промышленного применения является передача электроэнергии на дальние расстояния и ее перераспределение.

Не менее известны сварочные (электротермические) трансформаторы. Как видно из названия, данный тип устройств применяется в электросварке и для подачи питания на электротермические установки. Также достаточно широкой областью применения трансформаторов является обеспечение электропитания различного оборудования.

В зависимости от назначения трансформаторы делят на:

Силовые.

Являются наиболее распространенным типом промышленного трансформатора. Применяются для повышения и понижения напряжения. Используется в линиях электропередач. По пути от электрогенерирующих мощностей до потребителя электроэнергия может несколько раз проходить через повышающие силовые трансформаторы, в зависимости от удалённости конкретного потребителя.

Перед подачей непосредственно на приборы потребления (станки, бытовые и осветительные приборы) электроэнергия претерпевает обратные преобразования, проходя через силовые понижающие трансформаторы.

Тока.

Выносные измерительные трансформаторы тока используются для обеспечения работоспособности цепей учета электроэнергии защиты энергетических линий и силовых автотрансформаторов. Они имеют различные размеры и эксплуатационные показатели. Могут размещаться в корпусах небольших приборов или являться отдельными, габаритными устройствами.

В зависимости от выполняемых функций различают следующие виды:

  • измерительные — подающее ток на приборы измерения и контроля;
  • защитные — подключаемые к защитным цепям;
  • промежуточные — используется для повторного преобразования.

Напряжения.

Они применяются для преобразования напряжения до нужных величин. Кроме того, такие устройства используются в цепях гальванической развязки и электро- радио- измерениях.

В начало

>Трансформатор

Назначение трансформатора и его виды. Обозначение на схеме

Трансформатор – один из самых распространённых электротехнических устройств, как в бытовой технике, так и в силовой электронике.

Назначение трансформатора заключается в преобразовании электрического тока одной величины в другую, большую, или меньшую.

В отношении трансформаторов стоит помнить одно простое правило: постоянный ток они не преобразуют! Основное их назначение — это преобразование переменного, импульсного и пульсирующего тока. Если подвести к трансформатору постоянный ток, то получится лишь раскалённый кусок провода…

На принципиальных схемах трансформатор изображают в виде двух или более катушек, между которыми проводят линию. Вот так.

Катушка под номером Ⅰ символизирует первичную обмотку. К ней подводится напряжение, которое необходимо преобразовать: понизить или повысить — смотря что требуется. Со вторичных обмоток (Ⅱ и Ⅲ) уже снимается пониженное или повышенное напряжение. Как видите, вторичных обмоток может быть несколько.

Вертикальная линия между первичной и вторичной обмоткой символизирует магнитный сердечник или по-другому, магнитопровод.

Максимальный коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора чрезвычайно высок и в некоторых случаях может быть более 90%. Благодаря малым потерям при преобразовании энергии трансформатор и получил такое широкое применение в электронике.

Основные функции трансформатора, которые более востребованы в бытовой электронике две, это:

  • Понижение переменного напряжения электрической сети 110/127/220В до уровня в несколько десятков или единиц вольт (5 – 48 и более вольт). Связано это с тем, что большинство электронных приборов состоит из полупроводниковых компонентов – транзисторов, микросхем, процессоров, которые прекрасно работают при достаточно низком напряжении питания. Поэтому необходимо понижать напряжение до низких значений. Диапазон напряжения питания такой электроники как магнитолы, музыкальные центры, DVD – плееры, как правило, лежит в пределах 5 – 30 вольт. По этой причине понижающие трансформаторы заняли достойное место в бытовой электронике.

  • Гальваническая развязка электрической сети 220В от питающих цепей электроприборов. Понизить напряжение во многих случаях можно и без использования трансформаторов. Но к этому прибегают достаточно редко. Что самое главное при пользовании электроприбором? Конечно, безопасность!

    Гальваническая развязка от электросети снижает риск поражения электрическим током за счёт того, что первичная и вторичная обмотки изолированы друг от друга. При электрическом пробое фазовое напряжение сети не попадёт на вторичную обмотку, а, следовательно, и на весь электроприбор.

    Стоит отметить, что, например, автотрансформатор гальванически связан с сетью, так как его первичная и вторичная обмотки соединены между собой конструктивно. Этот момент необходимо учитывать при настройке, отладке и ремонте электронного оборудования, дабы обезопасить себя от поражения электрическим током.

Конструктивно трансформатор состоит из двух и более обмоток – первичной, та, что подключается к сети, и вторичной, которая подключается к нагрузке (электроприбору). Обмотки представляют собой катушки медного или алюминиевого провода в лаковой изоляции. Обе катушки плотно наматываются на изоляционный каркас, который закрепляют на магнитопровод – сердечник. Магнитопровод изготавливают из магнитного материала. Для низкочастотных трансформаторов материалом магнитопровода служит пермаллой, трансформаторная сталь. Для более высокочастотных – феррит.

Магнитопровод низкочастотных трансформаторов состоит из набора Ш, П или Г-образных пластин. Наверняка вы уже видели такие у пунктов приёма цветного металлолома . Магнитопровод из феррита, как правило, цельнотелый, монолитный. Вот так выглядит ферритовый магнитопровод от трансформатора гальванической развязки (ТГР) сварочного инвертора.

У высокочастотных маломощных трансформаторов роль сердечника может выполнять воздушная среда. Дело в том, что с ростом частоты преобразования габариты магнитопровода резко уменьшаются.

Если сравнить трансформатор лампового телевизора с тем, который установлен в современном полупроводниковом, то разница будет ощутима. Трансформатор лампового телевизора весит пару – тройку килограммов, в то время как высокочастотный трансформатор современного телевизора несколько десятков, либо сотен граммов. Выигрыш в габаритах и весе очевиден.

Уменьшение веса и габаритов трансформаторов достигается за счёт применения высокочастотных импульсных преобразователей, где трансформатор работает на частоте в 20 – 40 кГц, а не 50-60 герц, как в случае с обычным низкочастотным трансформатором. Увеличение рабочей частоты позволяет уменьшить размеры магнитопровода (сердечника), а также существенно снизить затраты на обмоточный провод, так как количество витков в обмотках высокочастотных трансформаторов невелико.

По конструктивному исполнению трансформаторы делят на несколько видов: стержневые, броневые и тороидальные (они же кольцевые). Стержневой вариант выглядит вот так.

Броневой же имеет боковые стержни без обмоток. Такая конструкция защищает от повреждений медные обмотки, но и затрудняет их охлаждение в процессе работы. Броневые трансформаторы наиболее распространены в электронике.

Наилучшими параметрами обладают тороидальные, или по-другому, кольцевые трансформаторы.

Их конструкция способствует хорошему охлаждению, а магнитный поток наиболее эффективно распределён вокруг обмоток, что уменьшает магнитный поток рассеяния и увеличивает КПД. Из-за магнитного потока рассеяния возникают потери, что снижает эффективность трансформатора. Наибольший поток рассеяния у броневых трансформаторов.

Мощность трансформатора зависит от размеров сердечника и рабочей частоты преобразования. Во многих случаях мощность низкочастотного трансформатора (работающего на частоте 50-60 Гц) можно определить не прибегая к сложным расчётам. Об этом я уже рассказывал.

Иногда на практике требуется определить выводы первичной и вторичной обмоток. Вот несколько советов, которые помогут разобраться, как это сделать.

Первичная обмотка понижающего трансформатора всегда будет намотана более тонким проводом, чем вторичная. Связано это с тем, что при понижении напряжения возможно увеличение тока во вторичной обмотке, следовательно, нужен провод большего сечения.

В случае повышающего трансформатора вторичная обмотка наматывается более тонким проводом, чем первичная, так как максимальный ток вторичной обмотки будет меньше тока первичной.

В этой взаимосвязи и заключается преобразование: увеличиваем напряжение – уменьшается ток, уменьшаем напряжение – увеличивается ток.

Развитие силовой электроники привело к появлению, так называемых, электронных трансформаторов. Сам по себе электронный трансформатор не является электротехнической деталью — это законченное электронное устройство, которое выполняет функцию преобразования переменного напряжения.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

  • Научись паять! Подготовка и уход за паяльником.

  • «Мультирозетка». Собираем многофункциональную розетку.

Трансформаторы и дроссели низкой частоты

Радиоприёмники | Трансформаторы питания и автотрансформаторы

Низкочастотные трансформаторы и дроссели представляют собой устройства, состоящие из катушек индуктивности и магнитопроводов .

В ламповых и транзисторных радиоприемниках широко применяются различные по назначению и конструкции низкочастотные трансформаторы (входные, промежуточные, выходные) и дроссели.

Входные трансформаторы служат для согласования входа усилителя низкой частоты с микрофоном, звукоснимателем и магнитной головкой. Так как максимальная амплитуда переменного входного напряжения для входных трансформаторов бывает не более 1В , то их изготавливают повышающими.

Входные трансформаторы очень чувствительны к внешним магнитным полям, в результате чего на них может появляться значительное напряжение помех. Для уменьшения помех входные трансформаторы тщательно экранируют или оси катушек располагают перпендикулярно магнитным силовым линиям источника помех, а также по возможности удаляют входные цепи от выходного и силового трансформаторов.

Входные трансформаторы обычно работают без подмаг-ничивания либо при слабом подмагничиванни .

Промежуточные трансформаторы предназначены для межкаскадной связи в усилителях низкой частоты, главным образом в батарейных приемниках, где от усилителя необходимо получить максимальный коэффициент усиления при минимальном количестве ламп или транзисторов. Такие трансформаторы изготавливаются с коэффициентом трансформации не более чем 1: 4, так как больший коэффициент трансформации вызывает большие гармонические искажения.

Выходные трансформаторы применяются в выходных или оконечных блоках УНЧ для согласования нагрузки (звуковая катушка громкоговорителя) с внутренним сопротивлением ламп оконечного каскада. Нагрузка выходных трансформаторов может быть низкоомная (4; 8 и 16 Ом) и высокоомная (150, 300 и 600 Ом). Они. д олжны иметь минимальные гармонические искажения трансформируемого сигнала и обеспечивать нормальный тепловой режим.

Для уменьшения индуктивности рассеяния и снижения коэффициента гармонических искажений в некоторых приемниках вторичную обмотку выходного трансформатора разделяют на две части. В этом случае на каркас наматывается сначала часть вторичной обмотки, далее вся первичная, а затем вторая часть вторичной обмотки. В приемниках Орбита, Рига, Селга и других обе части вторичной обмотки трансформатора низкой частоты соединяются последовательно. В приемниках Спидола и ВЭФ обе части вторичной обмотки выходных трансформаторов соединяются параллельно. Для этих приемников характерно, что вторичная обмотка согласующего и первичная обмотка выходного трансформаторов наматываются не двойным проводом, как у большинства приемников, а одинарным.

Дроссели низкой частоты применяются в фильтрах питания, низкочастотных фильтрах и избирательных цепях. Отличительной особенностью их является наличие только одной обмотки, величина индуктивности которой определяет степень фильтрации пульсирующей составляющей выпрямленного тока.

Независимо от типа и назначения трансформаторы и дроссели конструктивно состоят из следующих основных элементов: магнитопровода (сердечника), который предназначен для прохождения с минимальными потерями магнитного потока, возбуждаемого электрическим током в обмотках; катушки с обмотками, изолированными друг от друга и от магнитопровода ; каркаса, предназначенного для размещения обмоток; арматуры, используемой для крепления трансформаторов; контактной панели для подключения выводов обмоток катушки к электрической схеме. Когда по условиям эксплуатации необходимо экранирование трансформаторов и дросселей, то дополнительно используют экраны.

Магнитопроводы в зависимости от конструкции и способа сборки подразделяются на сборные, ленточные (витые), формованные.

Для изготовления магнитопроводов применяют электротехнические стали , железоникелевые сплавы (пермаллой), магнитодиэлектрики и ферриты.

Электротехнические стали выпускаются промышленностью в виде тонких горяч е — и холоднокатаных лент или листов толщиной 0,1; 0,15; 0,2; 0,35 и 0,5 мм. Для повышения удельного сопротивления и уменьшения потерь от вихревых токов электротехнические стали легируют кремнием (0,8…4,8 %). Наиболее широкое применение получили следующие марки электротехнической стали : Э11, Э12, Э13, Э21, Э31, Э41, Э42, Э43, Э43А, Э44, Э46, 348, Э310, Э320, ЭЗЗО, ЭЗЗОА, Э340. Маркировка означает: Э — электротехническая; первая цифра ~ процент содержания кремния вторая — величина удельных потерь; 0 — сталь холоднокатаная текстурованная; 00 — холоднокатаная малотекстурованная . Буква А указывает, что сталь имеет особо низкие потери при перемагничивании.

Магнитопроводы для трансформаторов и дросселей, работающих на низких частотах, выполняют из марок Э31, Э41 толщиной 0,35 и 0,5 мм; для работающих на повышенных частотах — из марок Э44, Э45, Э46 толщиной от 0,1 до 0,35 мм. Ленты электротехнических сталей толщиной 0,08 мм наиболее часто применяются при изготовлении витых сердечников. Все марки электротехнической стали имеют общий недостаток — малую начальную магнитную проницаемость, что затрудняет применение их в случае слабых магнитных полей (например, во входных трансформаторах).

Железоиикелевые сплавы (пермаллои) содержат 36… . 86 % никеля, 2… 10 % легирующих элементов (молибден, хром, марганец, медь, кремний), остальное — железо. Пермаллои выпускаются в виде лент и полос толщиной 0,02… 2,5 мм, обладают высокой магнитной проницаемостью и могут работать при частоте до 20 кГц. Пластины из пермаллоев нельзя подвергать ударам, изгибам, сильному сжатию и механической обработке, так как это ухудшает их магнитные свойства.

Свойства магнитодиэлектриков и ферритов рассмотрены в предыдущем параграфе.

Сборные магнитопроводы имеют разнообразную форму пластин (рис. 26). Пластины собирают в магнитопровод вперекрышку или встык путем набивки их в, каркасы, на которые уложены обмотки. Пластины изолируют друг от друга. При сборке вперекрышку (рис. 27, а) сердечник хорошо заполняется, зазоры отсутствуют. Сборка встык может выполняться без зазора (рис. 27,6) и с зазором (рис. 27, в). Чтобы пакет пластин был более плотным, его в конце сборки обжимают под винтовым или гидравлическим прессом. После обжатия добавляют еще 4…6 пластин, последние 2…3 пластины забивают деревянным молотком.

Сердечники большого размера сжимают болтами или шпильками, которые изолированы трубками из кабельной бумаги или гетинакса . Сердечники малых размеров, в К оторых пластины не имеют отверстий, стягивают обжимными скобами. Под скобы подкладывается изолирующая прокладка из электрокартона или лакоткани .

Ленточные (витые) магнитопроводы (рис. 28) имеют форму кольца, овала или прямоугольника. Навивку ленточных магнитопроводов производят на специальном полуавтомате с одновременным покрытием ленты изоляцией. Силовые трансформаторы с витыми сердечниками имеют при той же мощности меньшие габариты, чем шихтованные.

Формованные магнитопроводы (сердечники) изготавливают из магнитодизлектриков и ферритов методом прессования (горячего или холодного) или литья под давлением.

Для сохранения магнитных свойств формованные сердечники не должны подвергаться механическим воздействиям. Допускается шлифование их мелкой шкуркой.

Обмотки трансформаторов и дросселей низкой частоты выполняют многослойными беспорядочно или рядами виток к витку с целью получить большие индуктивности при малых габаритах. Между рядами и обмотками прокладывают изоляцию из конденсаторной, телефонной или кабельной бумаги.

Чтобы избежать возможного западания в процессе намотки верхних витков в нижние, что может вызвать большую разность потенциалов и пробой изоляции, в прокладочной изоляции делают насечки с двух сторон. Кроме того, каждый ряд обмотки уменьшают на один виток, вследствие чего обмотка сужается кверху. Для броневых и стержневых магнитопроводов катушки наматываются на каркас, а для тороидальных — непосредственно на поверхность предварительно изолированного сердечника. Бескаркасная намотка выполняется и в больших трансформаторах, когда используется толстый провод, а также при изготовлении галетных обмоток.

Выводы обмоток при толщине провода не менее 0,4 мм выполняются тем же обмоточным проводом, только на них надеваются полихлорвиниловые или линоксиновые трубки для защиты от внешних воздействий и обеспечения необходимой электрической прочности изоляции. При тонких обмоточных проводах для выводов используются провода МГБД, МГШД, МГШДО, которые присоединяются пайкой. Место пайки тщательно изолируется, а выводным концом делают один или два витка, которые крепятся на обмотке вязальными нитками.

Каркасы изготавливают из электрокартона , гетинакса , пресс-порошка или текстолита. Как правило, они состоят из двух щек, закрепленных на прямоугольных гильзах (рис. 29). Если нужно уменьшить собственную емкость обмоток, их наматывают по секциям, для чего устанавливают на гильзе дополнительные щеки. Сборный каркас собирают вручную из двух щек и четырех стенок гильзы, при этом две стенки имеют замки.

Арматура в виде болтов и шпилек с гайками или обжимной скобы предназначена для сжатия пластин магнито-провода после сборки, а также крепления трансформатороз и дросселей к шасси.

Контактная панель устанавливается на одной из сторон трансформатора. Состоит она из изоляционной пластины и контактных лепестков, к которым припаиваются выводные концы обмоток и монтажные провода схемы.

Экраны для низкочастотных трансформаторов изготавливают из отожженной трансформаторной стали, армко-железа и сплава пермаллой в виде прямоугольных или цилиндрических кожухов. На высоких частотах (порядка 1000 Гц и выше) целесообразно применять экраны из красной меди, алюминия и других материалов с малым сопротивлением электрическому току. При необходимости одновременной экранировки от низкочастотных и высокочастотных магнитных полей ставят без зазора один экран из магнитного материала, второй — из красной меди.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *