Трансформатор

Трансформатор – електромагнітний пристрій змінного струму (I~), призначений для зміни напруги (U), узгодження опорів електричних ланцюгів, поділу ланцюгів джерела і навантаження по постійному струму (I-), а також для зміни стану ланцюга відносно корпусу.

Основною частиною трансформатору є магнітопровід з магнітного м'якого матеріалу та розміщеними в ньому обмотками.

Трансформатори живлення (силові) використовуються в різних пристроях для отримання різних напруг. Бувають підвищувальні та знижуючі.

Трансформатор ОСБ1-ХХХ.

Потужності – 0,063; 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5кВ*А (рис.56).

Рисунок 56 – Трансформатор силовий ОСБ 0,16 (Однофазний Сухий багатоцільового призначення потужністю 0,16кВА)

Трансформатор, включений в мережу змінного струму частоти 50÷60Гц з U_ном до 660В використовуються для живлення ланцюгів керування, місцевого освітлення, сигналізації або автоматики.

Позначення:

O – однофазний; С – сухий; Б – багатоцільового призначення;

Х – номінальна потужність кВ*А; 1 – номер моделі;

ХХ (УЗ; УХЛЗ; ТЗ) – вид кліматичного виконання за ДСТУ (15150-69).

Температура навколишнього середовища у виконанні:

УЗ – –45⁰до +40 ⁰С УХЛЗ – –60⁰ до +40 ⁰С

ТЗ – –10⁰ до +50 ⁰С

2. Магнітопроводи

Магнітопроводи – зменшення втрат на вихрові струми, набираються з штампованих пластин й навиваються зі смуг електротехнічної сталі або залізонікелевих сплавів, магнитом'яких феритів (рис.57).

Рисунок 57 – Магнітопроводи типів: Б14, Б-18, Б-22, Б-30, Б-48 на ферритах з магнітною проникністю 700нм, 1500НМ2 (3), 2000НМ (1)

По конструкції магнітопроводи та трансформатори ОСБ діляться на:

• броньові (до 1,0кВ*А), тобто обмотки розташовуються на центральному стрижні, що спрощує конструкцію, забезпечує більш повне використання вікна та частково створює захист обмотки від механічних впливів;

• стрижневі магнітопроводи (вище 1,0кВ*А) – зменшення товщини намотування створює індуктивність розсіювання трансформатору, тому що обмотки розташовуються на двох стрижнях. А також зменшується витрата проводу й збільшується поверхня охолодження, що важливо для потужних трансформаторів.

• кільцеві (тороідальні) дозволяють найбільш повно використовувати магнітні властивості матеріалу, забезпечують слабке зовнішнє магнітне поле, застосовуються рідко, внаслідок складності намотування. Відносяться до кручених (стрічкових) магнітопроводів.

• виті (стрічкові) магнітопроводи характеризуються використанням матеріалів різної товщини (до декількох мікрометрів). Ці трансформатори застосовуються: при підвищеній частоті; кращим, ніж у пластинчастих магнітопроводів, використанням магнітних властивостей матеріалів (холодно-картонних сталей); дещо підвищеними втратами, внаслідок повітряних зазорів на стиках; меншою вартістю виготовлення.

Штамповані пластини, на які робиться намотування, частіше бувають форми Ш і Г – подібні. (Ш – подібні для броньових; Г – подібні для стрижневих).

Для збірки магнітопровіду з Ш – подібної пластини додають перемички. Ліквідація зазору шляхом складання магніту в перекришку (рис.58). У магнітах трансформаторів і дроселів, по обмотках яких протікає постійний струм (дроселі фільтрів живлення), роблять немагнітний зазор. При цьому пластини збирають в одну сторону. Між пакетами пластин та перемичок поміщають прокладку з листового діелектрика необхідної товщини.

Рисунок 58 –

Магнітопровід з штампованих Виті (стрічкові) магнітопро-

пластин: а) Ш – подібний (броньовий); води:

б) стрижневий а / броньовий; б / кільцевої

(тороїдальний)

Для зменшення втрат на вихрові струми пластини ізолюють тонким шаром лаку (з одного боку) або оксиду, який утворюється при випалюванні.

Після складання магнітопровід стягують планками або куточками за допомогою шпильок або спеціальними обжимками. Шпильки повинні бути ізольовані від пластин, стяжні елементи одночасно служать для кріплення трансформатору або дроселя на шасі.

Каркаси, на які намотуються обмотки трансформаторів, пресують з пластмаси, склеюють з картону або збирають з окремих деталей, виготовлених з гетинаксу, прессшпану, текстоліту або електрокартону.

Обмотки ділять на: циліндричні та галетні. Циліндричні обмотки виробляються шарами або в повал на каркас при намотуванні (простота виготовлення).

Для збільшення електроміцності обмотки використовують міжшаровою ізоляцію (між кожним шаром, або через декілька): стрічки з паперу, лавсану, фторопласту (враховуючи необхідну електроміцність, теплостійкість та вартість). Міжшарова ізоляція ідентична міжобмотувальної, яка складається з декількох шарів стрічки.

Галетна обмотка дорожче циліндричної, але має більш високу електроміцність, малу власну ємність та індуктивність розсіювання. Ремонтується шляхом заміни галет.

Для намотування трансформаторів використовують мідні (Cu) дроти; діаметр дроту визначається щільністю струму, опором намотування, зручністю намотування та надійностю. Для трансформаторів ОСБ1 частіше використовують емалеву ізоляцію (марки ПЕВ, ПЕЛ та ін.).

Виводи намотування виконують таким самим проводом, що й намотування, а якщо діаметр малий, то виводи виконують як окрему деталь (тобто відрізок гнучкого багатодротового ізольованого проводу) припаяного до початку (кінця) проводу намотування.

Далі намотування захищається від зовнішніх впливів навколишнього середовища шляхом нанесення захисної тканинної або паперової стрічки.

Готовий трансформатор зміцнюється хомутом із сталевої смуги товщиною 0,8мм, у нижній частині встановлюють підставу, яка одночасно служить кріпленням трансформатора до встановлення.

У верхній частині встановлюють клемники, до яких кріпляться відводи з намотування.

U_ном намотування вказується на колодках виводів над контактними затискачами, при цьому позначення " U₁ " відповідають початку первинної обмотки, " O " – початком вторинних обмоток.

Трансформатори в зборі просочуються вологостійким електроізоляційним лаком. Тип, частота, символ умовного позначення нестійкості до короткого замикання та рік виготовлення вказуються на верхній поверхні трансформатору.

3. Базові принципи дії трансформатора

Робота трансформатору заснована на двох базових принципах:

1. зміний в часі електричний струм створює змінне в часі магнітне поле (електромагнетизм);

2. зміни магнітного потоку, який минає через намотування, створює ЕРС в цьому намотуванні (електромагнітна індукція).

На одне з намотування, звану первинним намотуванням, подається напруга від зовнішнього джерела. Змінний струм, протікаючий по первинному намотуванню, створює змінний магнітний потік в магнітопроводі (рис.59). Внаслідок електромагнітної індукції, змінний магнітний потік в магнітопроводі створюється у всіх намотуваннях, у тому числі й у первинній, ЕРС індукції, пропорційну першої похідної магнітного потоку, при синусоїдальному струмі зрушеної на 90º у зворотний бік по відношенню до магнітного потоку.

У деяких трансформаторах, що працюють на високих або надвисоких частотах, магнітопровід може бути відсутнім.

Рисунок 59 – Схематичний пристрій трансформатора: 1 – первинне намотування, 2 – вторинне

4. Малопотужні трансформатори живлення

Уніфіковані трансформатори розроблені на базі нормалізованих магнітопроводів та випускаються в масовому порядку. Для напівпровідникової апаратури випускаються трансформатори живлення типу ТПП броньовий конструкції.

Усе живиться від мережі 127В, 220В і частотою 50Гц. Конструктивні параметри в довідниках.

Узгоджуючі трансформатори застосовують частіше у вихідних каскадах ПНЧ для узгодження опору навантаження з вихідним опором вихідного каскаду. А також при дуже низькому вхідному опорі наступного каскаду, при міжкаскадному узгодженні (рис.60).

Рисунок 60 – Узгоджуючі трансформатори

Уніфіковані узгоджуючі трансформатори для апаратури на транзисторах випускаються вхідні трансформатори типу ТВТ та вихідні (закінчені) типу ТОЙ (рис.61).

Рисунок 61 – Схема уніфікованого трансформатора живлення типу ТПП

Уніфіковані характеризуються нерівномірністю АЧХ не більше 2Дб в діапазоні частот 300÷10000Гц. Напруга на первинному намотуванні не повинно перевищувати 1В. Трансформатори типу ТОТ випускають з потужністю 0,025÷25Вт.

Екрановані вхідні трансформатори застосовуються для захисту від різних наведень. Проводиться шляхом вкладання трансформатору в металевий футляр, який з'єднаний з корпусом підсилювача. Екран виготовляють з залізонікелевого сплаву з товщиною аркушів 0,3÷0,5мм, відстань між стінками екрану та трансформатором, повинна бути не менше 5÷10% габаритних розмірів трансформаторів. Кріплення трансформатору до екрану виконується немагнітними матеріалами.

5. Види трансформаторів

1. Силовий трансформатор – трансформатор, призначений для перетворення електричної енергії в електричних мережах та в пристроях, призначених для прийому та використання електричної енергії. Слово "силовий" відображає роботу даного виду трансформаторів з великими потужностями (рис.62).

Необхідність застосування силових трансформаторів обумовлена ​​різною величиною робочих напруг: ЛЕП (35÷750кВ), міських електромереж (як правило 6÷10кВ), напруги, що подається кінцевим споживачам (0,4кВ, вони ж 380/220В) і напруги, необхідного для роботи електромашин та електроприладів (найрізноманітніші: від одиниць вольт до сотень кіловольт).

Рисунок 62 – Трансформатор

2. Автотрансформатори – варіант трансформатора, в якому первинна і вторинна намотування сполучені безпосередньо та мають, за рахунок цього, не тільки електромагнітний зв'язок, а й електричний. Обмотка автотрансформатора має кілька виводів (як мінімум 3), підключаючись до яких, можна отримати різну напругу. Перевагою автотрансформатора є більш високий ККД, оскільки лише частина потужності піддається перетворенню – це особливо суттєво, коли вхідна і вихідна напруги відрізняються незначно.

Недоліком є відсутність електричної ізоляції (гальванічної розв'язки) між первинним і вторинним ланцюгом. Застосування автотрансформаторів економічно виправдано, замість звичайних трансформаторів, для з'єднання ефективно заземлення мереж з напругою 110кВ та вище при коефіцієнтах трансформації не більше 3-4.

Істотним є: зниження витрат сталі для осердя, міді для обмоток, меншу вагу та габарити, і в результаті – менша вартість.

3. Трансформатор струму – трансформатор, що живиться від джерела струму. Типове застосування – для зниження первинного струму до величини, використовуваної в ланцюгах вимірювання, захисту, управління і сигналізації, крім того, трансформатор струму здійснює гальванічну розв'язку (відмінність від шунтових схем вимірювання струму).

Номінальне значення струму вторинної обмотки 1А, 5А. Первинне намотування трансформатора струму вмикається в ланцюг з вимірюваним змінним струмом, а у вторинну вмикаються вимірювальні прилади. Струм, що протікає по вторинній обмотці трансформатору струму, дорівнює струму первинної обмотки, поділеній на коефіцієнт трансформації.

УВАГА! Вторинне намотування струмового трансформатору повинна бути надійно замкнена на низкоомне навантаження вимірювального приладу або накоротко. При випадковому або навмисному розриві ланцюга виникає стрибок напруги, небезпечний для ізоляції, оточуючих електроприладів й життя техперсоналу! Тому за правилами технічної експлуатації необхідно: невживане вторинне намотування закорочують, а всі вторинні обмотки трансформатора струму підлягають заземленню.

4. Трансформатор напруги – трансформатор, що живиться від джерела напруги. Типове застосування – перетворення високої напруги в низьке в ланцюгах, у вимірювальних ланцюгах. Застосування трансформатора напруги дозволяє ізолювати логічні ланцюги захисту та ланцюги вимірювання від ланцюга високої напруги.

5. Імпульсний трансформатор – це трансформатор, призначений для перетворення імпульсних сигналів з тривалістю імпульсу до десятків мікросекунд з мінімальним спотворенням форми імпульсу. Основне застосування полягає у передачі прямокутного електричного імпульсу (максимально крутий фронт та зріз, відносно постійна амплітуда). Він служить для трансформації короткочасних відеоімпульсів напруги, зазвичай періодично повторюваних з високою свердловиною. У більшості випадків основна вимога, що пред'являється до ІТ: неспотворена передача форми трансформованих імпульсів напруги; при впливі на вхід ІТ напруги тієї або іншої форми на виході бажано отримати імпульс напруги тієї ж самої форми, але, бути може, інший амплітуди або іншої полярності.

6. Розділювальний трансформатор – трансформатор, первинне намотування якого електрично не пов'язана з вторинним намотуванням. Силові розділювальні трансформатори призначені для підвищення безпеки електромереж, при випадковом одночасном дотику до землі та струмоведучих частин або неструмоведучих частин, які можуть опинитися під напругою у разі пошкодження ізоляції. Сигнальні розділювальні трансформатори забезпечують гальванічну розв'язку електричних ланцюгів.

7. Узгоджувальний трансформатор – трансформатор, який застосовується для узгодження опору різних частин (каскадів) електронних схем при мінімальному спотворенні форми сигналу. Одночасно узгоджувальний трансформатор забезпечує створення гальванічної розв'язки між ділянками схем.

8. Пік-трансформатор – трансформатор, що перетворює напругу синусоїдальної форми в імпульсну напругу з змінюванної через кожні півперіоду полярністю.

9. Здвоєний дросель (зустрічний індуктивний фільтр) конструктивно є трансформатором з двома однаковим намотуванням. Завдяки взаємній індукції котушок він при тих же розмірах більш ефективний, ніж звичайний дросель. Здвоєні дроселі отримали широке поширення в якості вхідних фільтрів блоків живлення; в диференціальних сигнальних фільтрах цифрових ліній, а також в звуковій техніці.

10. Трансфлюксор – різновид трансформатора, використовується для зберігання інформації. Основна відмінність від звичайного трансформатору – це велика величина залишкової намагніченості магнітопровіду. Іншими словами трансфлюксори можуть виконувати роль елементів пам'яті. Крім цього трансфлюксори часто постачали додатковим намотуванням, що забезпечують початкове намагнічування та задають режими їх роботи. Ця особливість дозволяє (у поєднанні з іншими елементами) будувати на трансфлюксорах схеми керованих генераторів, елементів порівняння і штучних нейронів.

В таблиці 1 вказано причини несправності та діагностика.

Таблиця 1 Діагностика причин несправності

Вид несправності	Причина
Перегрів	Перевантаження
Перегрів	Низький рівень масла
Перегрів	Замикання
Перегрів	Недостатнє охолодження
Пробій	Перевантаження
Пробій	Забруднення олії
Пробій	Низький рівень масла
Пробій	Старіння ізоляції масла
Обрив	Погана якість пайки
Обрив	Сильні електромеханічні деформації при КЗ
Підвищенне гудіння	Ослаблення пресування шіхтованного магнітопровіду
Підвищенне гудіння	Перезавантаження
Підвищенне гудіння	Несиметричне навантаження
Підвищенне гудіння	КЗ в обмотці
Поява повітря в газовому реле (з термосифонним фільтром)	Заглушений термосифонний фільтр, повітря з'являється в газовому реле через заглушку

5. Дроселі високої частоти

Дроселі високої частоти – котушка індуктивності, що включається в ланцюг для збільшення опору струму високої частоти (рис.63).

Рисунок 63 – Дроселі високої частоти

Конструктивно виконуються у вигляді одно і багатошарових котушок з феромагнітними сердечниками або без них. Багатошарові використовуються в діапазоні СВ і ДВ, одношарові – на більш коротких хвилях. Для зменшення власної ємності багатошарові котушки роблять секціонуючими, а одношарові намотують з примусовим кроком (рис.64).

а б

Рисунок 64 – а) дроселі придушення ЕМП; б) простий мережевий дросель

Якщо добротність дроселя не має значення (для зменшення власної ємності), вибирають діаметр каркаса 3÷6мм і діаметр дроту 0,02÷0,05мм.

Дроселі з феромагнітним осердям відрізняються меншими розмірами, меншими кількістю витків і, відповідно, власною ємністю. Що дає можливість працювати в більш широкому діапазоні частот. В якості осердя використовуються стрижні діаметр 1,5÷2мм з феритів (рис.65).

Рисунок 65 – Силовий мікродросель

При виготовленні дроселів ВЧ з феромагнітними сердечниками циліндричної форми на осердя накладають шар конденсаторного паперу або діелектричної плівки, зверху намотують обмотку. Якщо використовується броньове осердя, обмотку розташовують на секціонованому каркасі з пластмаси. На тороідальному осерді обмотку намотують секціями.

Промисловість випускає ВЧ дроселя типу ДМ з феритовою серцевиною. Номінальні індуктивності струму – не менше 60мА і зростають із зменшенням індуктивності.

Дроселі згладжуючих фільтрів живлення – основні параметри: індуктивність, номінальний струм, підмагнічування, опір постійного струму, припустима змінна напруга (параметри в довіднику).

Дроселі низької частоти (НЧ) – котушка індуктивності з магнитопроводом, призначена для використання в електроланцюгах в якості індуктивного опору.

У приймально-підсилювальної апаратури дроселі НЧ використовуються у фільтрах живлення, різних НЧ фільтрах та ланцюгах корекції АЧХ (амплітудно-частотної характеристики).

6. Техніка безпеки при намотуванні котушок та просочуванні

Самостійне вивчення та перевірка знань на тему: ”Техніка безпеки при намотуванні котушок та просочуванні”.

Дата добавления: 2014-12-10