Магнитопроводы однофазных трансформаторов

к содержанию

Для изготовления магнитопроводов трансформаторов используют высоколегированные горячекатаные стали Э-41, Э-42 и Э-43 и повышенно-легированные холоднокатаные стали Э-310, Э-320 и Э-330 и др. Магнитопроводы собирают из отдельных пластин, изолированных друг от друга для уменьшения потерь на вихревые токи лаком, окалиной или химическим способом. Иногда магнитопроводы малых трансформаторов наматывают из стальной ленты на специальных приспособлениях в виде плоских спиралей.

При частоте тока сети 50 Гц. Для сердечников используют стали марок Э-42,Э-43, Э-43А, Э-330, Э-330А с толщиной пластин или ленты 0,2; 0,15; 0,1; и 0,08 мм.

В обозначении марок электрических сталей (ГОСТ-802-58) буквы и цифры означают следующее: буква Э указывает на то, что сталь электротехническая. Первые цифры после буквы (1,2,3 и 4) обозначают степень легированности стали. Вторые цифры указывают гарантированные электромагнитные свойства стали – цифры 1,2,3 показывают соответственно нормальные, пониженные, низкие удельные потери в стали при частоте 50 гц; цифра 4 – нормальные удельные потери при частоте 400 гц; цифры 5 и 6 – нормальную и повышенную соответственно магнитную проницаемость в полях от 0,1 до 1 а/см. Цифра 0 – указывает на то что сталь холоднокатаная. Буква А обозначает особенно низкие удельные потери.

Потери в стали магнитопровода складываются из потерь на гистерезис (перемагничивание стали) и потерь на вихревые токи. В ферромагнитных материалах, из которых выполняют магнитопроводы трансформаторов и других электрических аппаратов и машин, магнитная индукция отстаёт (запаздывает) в своих изменениях от напряжённости поля. Перемагничивание магнитного материала связано с затратой энергии, которая проявляется в нагревании перемагниченного материала. Чем труднее его размагнитить и, следовательно, тем большую работу необходимо затратить на перемагничивание.

Таким образом потери на гистерезис зависят от свойств перемагничиваемого материала магнитопровода. Кроме того, потери на гистерезис зависят от частоты перемагничивания и величены наибольшей магнитной индукции, причём они пропорциональны частоте в первой степени и магнитной индукции примерно во второй степени.

В массе магнитопровода, пронизываемой переменным магнитным полем, возникают вихревые токи. Эти токи, подобные токам от ЭДС индукции в проводниках, поглощают электрическую энергию, превращая её в тепло и нагревая массы метала, в котором они возникают.

Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы трансформаторов и других электромагнитных устройств изготавливают не из сплошных масс, а из отдельных пластин, изолированных друг от друга. Изоляционные прослойки, оказывая вихревым токам чрезвычайно большое сопротивление, ограничивают сферу их действия небольшими участками и тем самым значительно уменьшают расход электрической энергии. Кроме того, для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы составляют из листов высоколегированной стали, удельное электрическое сопротивление которой значительно больше, чем обычной стали.

Таким образом, потери на вихревые токи зависят от материала магнитопровода, толщины стальных пластин и изоляции между ними. Кроме того, потери на вихревые токи оценивают совместно, называют потерями в стали и обозначают P_ст. Они определяются выражением:

где p-коэффициент удельных потерь, зависящей от марки стали, толщины стальных листов, частоты и максимальной магнитной индукции, вт/кг; G_ст -масса магнитопровода, кг.

Холоднокатаная сталь отличается от горячекатаной не только меньшими потерями, но и более высокой магнитной проницаемостью. При этом величина магнитной проницаемости зависит от направления магнитных линий. Вдоль направления проката магнитная проницаемость холоднокатаной стали значительно больше магнитной проницаемости горячекатаной стали.

Поперёк направления проката магнитная проницаемость холоднокатаной стали низкая. Поэтому магнитопроводы трансформаторов стремятся выполнить так, чтобы магнитный поток замыкался вдоль проката стальных листов или ленты, т.е. магнитные линии замыкались всегда по направлению, совпадающему с направлением проката. Наиболее целесообразно магнитопроводы трансформаторов из холоднокатаной стали изготовлять из ленты, наматываемой на соответствующем шаблоне.

Повышение магнитной проницаемости даёт возможность использовать большие значения магнитной индукции. Это приводит к уменьшению поперечного сечения магнитопровода трансформатора и числа витков его обмоток, т.е. уменьшает расход стали и меди. В современных трансформаторах для изготовления магнитопроводов применяют холоднокатаную электромеханическую рулонную сталь марок Э-330 и Э-330А толщиной 0,35 мм с жаростойким изоляционным покрытием.

В зависимости от формы магнитопровода и расположения обмоток на нём однофазные трансформаторы подразделяют стержневые и броневые.

Стержневой магнитопровод

имеет дав стержня, охватываемых обмотками. На каждом стержне магнитопровода помещена катушка, состоящая из половин первичной и вторичной обмоток.

Такое расположение обмоток на магнитопроводе обеспечивает лучшую магнитную связь между ними, чем при размещении первичной и вторичной обмоток на разных стержнях, как это условно изображается на схемах. Более хорошая магнитная связь уменьшает изменения вторичного напряжения трансформатора, которые возникают при изменениях его нагрузки.

Половины каждой обмотки помещённые на правом и левом стержнях магнитопровода, соединяют между собой последовательно, чтобы их намагничивающие силы совпали по направлению.

В трансформаторе броневого типа

первичная и вторичная обмотки помещены на среднем стержне магнитопровода. Таким образом, в этом трансформаторе обмотки частично охватываются (бронируются) ярмом. Магнитный поток, пронизывающий стержень магнитопровода, разветвляется на две части. Поэтому сечение ярма вдвое меньше сечения стержня.

Ленточные сердечники из холоднокатаной стали могут быть также стержневыми и броневыми . При сборке трансформатора с ленточным сердечником магнитопровод разрезают, чтобы поместить обмотки на сердечнике; затем верхнюю и нижнюю половины магнитопровода соединяют вместе.

Трансформаторы больших и средних мощностей выполняют стержневыми, так как в броневых трансформаторах обмотки ВН сложно изолировать от магнитопровода. Трансформаторы малой мощности часто выполняют броневыми.

Броневой магнитопровод обладает рядом конструктивных достоинств — один комплект обмоток вместо двух при стержневом магнитопроводе, более высокий коэффициент наполнения окна магнитопровода обмоточным проводом, частичная защита обмотки ярмом от механических повреждений.

Стержневой трансформатор имеет следующие основные достоинства: большая поверхность охлаждения обмотки; малая индуктивность рассеяния вследствие половинного числа витков на каждом стержне и меньшей толщины намотки; меньший расход обмоточного провода, чем у броневого трансформатора, так как уменьшение толщины на мотки вызывает уменьшение средней длины витка обмотки; значительно меньшая, чем в броневом трансформаторе, чувствительность к внешним магнитным полям, так как э. д. с. помех, наводимых в обеих катушках трансформатора, имеют противоположные знаки и взаимно уничтожаются.

Для уменьшения намагничивающего тока магнитопроводы трансформаторов и некоторых случаях делают с расширенным ярмом. В этом случае сечение ярма стержневого трансформатора делают больше сечения стержня, а броневого — больше половины сечения стержня.

Магнитопроводы трансформаторов выполняют стыковыми и шихтованными. На рис схематично показана схема сборки стыкового магнитопровода, на рис— шихтованного из П-образных стальных пластин. Пластины могут иметь и иную форму (Г-образные, Ш-образные, прямоугольные и т. д.).

При сборке встык сердечник состоит из двух частей, собранных из стальных пластин; после размещения обмоток на магнитопроводе обе части его скрепляют. При шихтовке пластины чередуют так, чтобы у лежащих друг на друге пластин разрезы были с разных сторон сердечника. При этом один слой стальных пластин (например, нечетный) укладывают, как показано сплошной линией, а другой слой (четный) - как показано прерывистой линией.

При стыковых магнитопроводах размещать обмотки на маг­нитопроводе проще, чем при шихтованных, так как нет необходи­мости в расшихтовке верхнего ярма и последующей его повторной шихтовке при сборке трансформатору на заводе, а также при де­монтаже его в процессе ремонта.

Однако при установке ярма встык со стержнями практически невозможно осуществить совпадение пластин стержня и ярма. Вследствие этого пластины стержня и ярма окажутся замкнутыми, резко увеличатся вихревые токи, в результате чего значительно увеличатся потери в стали магнитопровода. Это может вызвать не допустимый нагрев стали в местах стыков, при котором пластины в месте замыкания сплавятся в сплошную массу («пожар» в ста ли) и трансформатор выйдет из строя. Поэтому при сборке стыкового магнитопровода между ярмом и стержнем устанавливают прокладку из изоляционного материала. Но установка изоляционных прокладок в местах стыков увеличивает магнитное сопротивление магнитопровода и, следовательно, увеличивает реактивный намагничивающий ток, потребляемый трансформатором из сети.

При тщательной сборке шихтованного магнитопровод зазоры между пластинами стержня и ярма можно сделать очень малыми, так что магнитное сопротивление магнитопровод будет относительно небольшим.

После сборки магнитопровод стягивают болтами, шпильками или ленточными бандажами. Стяжные планки, болты и т. д. изолируют от тела магнитопровода электрокартоном или бумагой, чтобы предотвратить возможность образования короткозамкнутых витков вокруг магнитопровода или его части. Образование короткозамкнутых витков приводит к аварии.

Дата добавления: 2014-01-07