Электромагнитные устройства электропитания. Трансформаторы

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или больше индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромаг­нитной индукции одной или нескольких систем переменного то­ка в одну или несколько других систем переменного тока. Различают двух- и многообмоточные трансформаторы.

Автотрансформатор — это трансформатор, две или большее число обмоток которого связаны так, что они имеют общую часть. Обмотки автотрансформатора связаны электрически и маг­нитно.

Передача энергии в автотрансформаторе осуществляется как посредством магнитного поля, так и электрическим путем.

Основными элементами трансформаторов являются магнитопровод и обмотки. К элементам конструкции относятся также конструктивные детали, служащие для крепления магнитопровода и установки трансформаторов в блоках аппаратуры.

Магнитопроводы трансформаторов изготавливают из электро­технических сталей, железо-никелевых (пермаллоевых) сплавов, ферритов и магнитодиэлектриков. Марки электротехничес­ких сталей и их свойства регламентируются ГОСТ 21427.0—75— ГОСТ 21427.3—75.

Согласно ГОСТ электротехнические стали обозначаются че­тырьмя цифрами. Цифра, стоящая на первом месте, обозначает вид проката и структурное состояние: 1 — горячекатаная изо­тропная; 2 — холоднокатаная изотропная; 3 — холоднокатаная анизотропная сталь.

Цифра, стоящая на втором месте, характеризует процентное содержание кремния: 0 —до 0,4% (нелегированная сталь); 1 — 0,4%...0,8%; 2 — 0,8... 1,8%; 3 — 1,8... 2,8%; 4 — 2,8... 3,8%; 5 —3,8... 4,8%.

Цифра, стоящая на третьем месте, указывает, по какому параметру нормируется сталь: 0 — по удельным потерям при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц; 1 — удель­ным потерям при магнитной индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц (1,5/50); 2 — удельным потерям при магнитной индукции 1 Тл и частоте 400 Гц (1/400); 6 — значению магнитной индукции в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м; 7 —значению магнитной индукции в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/м.

Цифра, стоящая на четвертом месте, характеризует значение нормируемого параметра.

Для изготовления магнитопроводов низкочастотных транс­форматоров применяют горячекатаные электротехнические ста­ли 1511, 1512, 1513, 1514 и холоднокатаные стали 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3416 при толщине пластин или ленты 0,28; 0,3; 0,35 и 0,5 мм.

При повышенных частотах (400 Гц и выше) для изготовления магнитопроводов применяют тонколистовые материалы из горячекатаной 1521 и холоднокатаной стали 3421—3425 толщиной 0,35; 0,22; 0,2; 0,15; 0,1; 0,08 и 0,05 мм.

В настоящее время в основном применяются холоднокатаные стали, имеющие лучшие магнитные свойства по сравнению с горячекатаными сталями (большее значение индукции насыщения, меньшие удельные потери и более высокую магнитную проницаемость).

Для изготовления магнитопроводов трансформаторов, рабо­тающих на повышенных частотах (до нескольких десятков ки­логерц), широко применяются пермаллоевые сплавы, например, 50НП, 34НКМП, 47НК, 79НМ, 40НКМ (цифры, стоящие на пер­вом месте, указывают процентное содержание никеля; буква П обозначает, что сплав имеет прямоугольную петлю гистерезиса). Эти материалы характеризуются меньшими значениями индук­ции насыщения (B_s) по сравнению с электротехническими ста­лями, но имеют меньшие удельные потери и более высокую магнитную проницаемость. Пермаллоевые сплавы выпускаются в виде холоднокатаных лент толщиной 0,1... 0,005 мм.

Ферриты применяются для изготовления магнитопроводов трансформаторов, работающих на частотах 20... 100 кГц и вы­ше. Наибольшее применение находят термостабильные марга­нец-цинковые ферриты 700НМ, 1000НМЗ, 1500НМ1, 1500НМЗ, 2Q00HM1, 2000НМЗ. Эти материалы характеризуются малым значением индукции насыщения (Б₈<0,4 Тл), высокой магнит­ной проницаемостью и малыми удельными потерями.

Для изготовления магнитопроводов высокочастотных транс­форматоров однотактных преобразователей, работающих при однополярном намагничивании, применяются также магнитодиэлектрики на основе молибденового пермаллоя МП-60, МП-140, МП-160, МП-250. Характерной особенностью их является малая зависимость магнитной проницаемости от напряженности маг­нитного поля при Ж2000 А/м.

В табл. 1.1 приведены типы магнитных материалов в диа­пазоне частот 1... 100 кГц с указанием рекомендуемой толщи­ны ленты для электротехнических сталей и пермаллоевых спла­вов.

По конструктивному выполнению магнитопроводы однофаз­ных трансформаторов подразделяются на три основных типа стержневые, броневые и тороидальные (кольцевые). Соответ­ственно и трансформаторы в зависимости от конструкции магнитопровода подразделяются на эти три типа.

Таблица 1.1. Магнитные материалы

			Частота, кГц		—
Материал
	1...2	2...5	5...10 J 10...20	20...50	50...100
	0,08	0,05		_
	0.08	0,05	0,05	—	—	—
50НП	0,1	0,05	0,02	—	—	—
34НКМП	0,1	0,05	0,02	0,01	—	—
47НК	0,1	0,02	0,02	0,02	0,01	0,01
79НМ	0,1	0,05	0,05	0,02	0,02	__
40НКМ	0,1	0,02	0,02	0,02	0,02	0,01
1500НМЗ	—	—	__	+	+	_
2000НМ1	—	—	__	+	+	+
2000НМЗ	—	—	—	+	+	+
МП-60	~—	+	+	+

Примечание. Знаком «+» обозначен рекомендуемый диапазон частоты для трансформаторов, магнитотровод которых выполнен из феррита или магнито-диэлектрика.

Магнитопровод стержневого типа (рис. 1.1, а) имеет два стержня (вертикальные участки АА магнитопровода), на каждом из которых располагается катушка, содержащая половину витков всех обмоток трансформатора. Половины каждой обмот­ки трансформатора соединяются между собой последовательно так, чтобы магнитодвижущие силы (МДС) их совпадали по контуру магнитопровода.

Рис. 1.1. Конструкции магнитопроводов трансформаторов: а — стержневого; б — броневого; в — кольцевого

Промышленностью выпускаются нор­мализованные ряды ленточных (ПЛ, ПЛВ) и прессованных. (ПП) стержневых магнитопроводов. Выбранные для рядов со­отношения основных размеров x=c/h, y=b/a; z=h/a обеспечива­ют получение оптимальных массогабаритных или стоимостных характеристик трансформаторов.

Магнитопровод ленточного броневого типа (рис. 1.1, б) представляет собой два составленных вместе ленточных стерж­невых магнитопровода и имеет один стержень (средний верти­кальный участок АА магнитопровода), на котором располагает­ся катушка, несущая все обмотки трансформатора. Промышлен­ность выпускает нормализованные ряды как ленточных (ШЛ, ШЛО, ШЛМ), так и прессованных (Ш, ШП) броневых магни­топроводов. В настоящее время для высокочастотных маломощ­ных трансформаторов применяются также прессованные чашеч­ные броневые магнитопроводы (тип Б).

Магнитопровод тороидального (кольцевого) типа представ­лен на рис. 1.1, в. Промышленность выпускает нормализованные ряды ленточных (ОЛ) и прессованных (К) магнитопроводов этого типа. В низковольтных трансформаторах тороидального типа обмотки обычно выполняются по всему периметру магни­топровода непрерывно, а в высоковольтных — секциями.

При частоте 50... 400 Гц наибольшее применение находят трансформаторы стержневого, а при малой мощности (десятки вольт-ампер) —броневого типа. На частотах 5 кГц и выше в ос­новном применяют тороидальные трансформаторы.

Трехфазные трансформаторы малой мощности (до 6,3 кВА) выполняются с применением ленточных стержневых магнитопро­водов плоской системы (рис. 1.2). Магнитопровод имеет три

Рис. 1.2. Конструкция Рис. 1.3. Конструкция обмоток транс­
трехфазного трансформатора форматора:

а — каркасная; б — бескаркасная

стержня (вертикальные участки), на каждом из которых распо­лагаются обмотки, принадлежащие одной фазе.

Обмотки трансформаторов малой мощности (ТММ) выпол­няются из изолированного медного провода круглого или пря­моугольного поперечного сечения. В отдельных случаях при­меняется также медная или алюминиевая фольга. Наибольшее

применение находят медные провода с эмалевой изоляцией, которые имеют небольшую толщину изоляции, высокую элект­рическую прочность и стойкость к воздействию пропиточных лаков и компаундов. Основными типами высокопрочных эмали­рованных проводов являются провода ПЭВ-1 и ПЭВ-2 с винилфлексовой изоляцией, а также провода повышенной нагревостойкости ПЭТВ, ПЭТ-155, ПНЭТ-ИМИД.

Обмотки броневых и стержневых трансформаторов выпол­няются, как правило, концентрическими с каркасной (рис. 1.3, а) или бескаркасной намоткой (рис. 1.3, б). В обоих случаях ис­пользуется рядовая многослойная намотка обмоток на кар­касе или гильзе прямоугольной формы. Для исключения воз­можного сброса витков при бескаркасной намотке высота внеш­ней обмотки уменьшается на 0,5... 1 мм.

В тороидальных трансформаторах обмотки укладываются на изолированный или защищенный каркасом магнитопровод.

Изоляция обмоток включает в себя витковую, межслоевую, межобмоточную и наружную изоляции от магнитопровода и элементов конструкции. Марки некоторых изоляционных мате­риалов приведены в табл. 1.2.

Лекция 3

Дата добавления: 2014-01-07