Для чего нужен сердечник в трансформаторе: Устройство и виды сердечников трансформаторов

Устройство и виды сердечников трансформаторов

30.11.2021

Трансформатор устанавливают в электрических сетях для преобразования напряжения переменного тока. Главные части устройства – это сердечник и обмотки. Обмотки – это катушки, которые наматываются из проводящего металла на сердечник. В этих целях чаще всего используют медь или алюминий. Под нагрузкой на первичную обмотку подается напряжение. Ток пронизывает обмотку и приводит к возникновению магнитного потока в сердечнике. В результате во второй обмотке также возникает напряжение. А его величина зависит от количества витков проволоки на первичной и вторичной обмотке.

Что такое магнитопровод трансформатора и зачем он нужен?

Магнитопровод или сердечник трансформатора позволяет более эффективно преобразовывать напряжение, уменьшая при этом потери. Для изготовления сердечников используют специальную ферромагнитную сталь.

Виды сердечников трансформатора

Сердечники по строению разделяют на:

• стержневые;
• броневые;
• тороидальные.

Стержневой сердечник имеет вид буквы П. Обмотки насаживаются на стержни, а сами стержни соединяются ярмом. Такая конструкция магнитопровода позволяет легко осматривать и ремонтировать обмотки. Поэтому такой тип характерен для средних и мощных трансформаторов.

Броневой сердечник Ш-образной формы. Обмотки находятся на центральном стержне. Броневые трансформаторы сложнее в производстве. И ремонтировать обмотки в них не так просто, как в стержневых.

Тороидальный сердечник имеет вид кольца с сечением прямоугольной формы. Обмотки наматываются прямо на него. Поэтому этот тип сердечников считается самым энергетически эффективным.

а – стержневой сердечник, б – броневой сердечник, в – тороидальный сердечник.

Как сократить потери в магнитопроводе трансформатора?

В работающем трансформаторе на сердечник воздействует переменное магнитное поле. В результате вокруг сердечника возникают вихревые токи. Из-за них магнитопровод нагревается – то есть часть полезной энергии уходит впустую.

На потери из-за перемагничивания влияет:

• характер материала сердечника. Чем проще намагничивается металл, тем проще его перемагнитить и тем меньше потери в трансформаторе;
• частота перемагничивания;
• максимальное значение магнитной индукции.

Чтобы снизить потери, для производства сердечников используют сталь с выраженными магнитными свойствами. Такой материал требует меньше энергии на перемагничивание.

В монолитных проводниках вихревые токи приобретают максимальные значения из-за небольшого сопротивления. Следовательно, чтобы уменьшить потери в трансформаторе, нужно увеличить сопротивление материала сердечника. Производители силовых трансформаторов нашли выход: они набирают магнитопровод из металлических листов. Стальные пластины для сердечника берутся не более 0,5 мм толщиной.

Чтобы действительно снизить сопротивление вихревым токам в сердечнике, металлические пластины нужно изолировать. Для этого производители трансформаторов используют лак и окалину. Прослойка не дает влиять вихревым токам на магнитный поток в сердечнике. Поэтому потери снижаются.

Производители собирают пластины двумя способами:

• встык – при этом собирается сам сердечник, потом на него насаживаются обмотки и только после этого все скрепляется ярмом в единую конструкцию;
• впереплет (шихтованные сердечники) – когда каждый следующий ряд пластин перекрывает стыки на предыдущем.

Встык магнитопровод проще монтировать, но уровень потерь в них выше, чем у шихтованных сердечников. Поэтому большим спросом пользуются шихтованные трансформаторы.

Трансформаторы — Сердечники Материалы — Энциклопедия по машиностроению XXL

Магнитомягкие материалы используют для изготовления сердечников катушек, дросселей и трансформаторов (см. стр. 135).  [c.134]

По виду петли гистерезиса все ферромагнитные материалы можно разделить на две большие группы — магнитомягкие и магнитотвердые. К магнитомягким относят материалы, имеющие низкие значения коэрцитивной силы (Яскоэрцитивной силой (//с>4 кА/м). Магнитомягкие материалы применяются в основном для изготовления сердечников трансформаторов, магнитотвердые — для изготовления постоянных магнитов.  [c.346]

Магнитомягкие материалы используют в производстве сердечников трансформаторов, электромагнитов, электрических машин, в измерительных приборах и других различных аппаратах.  [c.92]

Фермы кривых гистерезиса. Магнитные материалы различают прежде всего по форме гистерезисной кривой. Узкой петлей гистерезиса с небольшой площадью и высокой индукцией насыщения обладают магнитномягкие материалы. Материалы этой группы с округлой петлей применяются для сердечников трансформаторов и электрических машин ППГ — материалы с прямоугольной петлей гистерезиса для элементов памяти. Широкую петлю имеют (рис. 17. 3) магнитнотвердые материалы с большой коэрцитивной силой они служат для изготовления постоянных магнитов. В этой главе рассматриваются магнитномягкие металлы и сплавы с округлой петлей гистерезиса.  [c.229]

I — материалы с высоким х 1000. Эти ферриты имеют высокую проницаемость, но низкую граничную частоту. Низкие точки Кюри предопределяют узкий диапазон рабочих температур. Они предназначаются для сердечников, используемых при частотах до нескольких сот килогерц, широкополосных трансформаторов, аппаратуры проводной связи, трансформаторов строчной развертки телевизоров, маломощных магнитных усилителей и дросселей.,  [c.248]

Трансформаторное масло, которым заливают силовые трансформаторы, из всех жидких электроизоляционных материалов находит наибольшее применение в электротехнике. Его назначение двояко во-первых, масло, заполняя поры в волокнистой изоляции, а также промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышает электрическую прочность изоляции во-вторых, оно улучшает отвод теплоты, выделяемой за счет потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. Лишь некоторые силовые и измерительные трансформаторы выполняются без заливки маслом ( сухие трансформаторы). Еще одна важная область применения трансформаторного масла — масляные выключатели высокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электрической дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлением газах, вы-  [c.94]

Метод навивки. Разрезные ленточные сердечники навивают из длинной ленты магнитного материала нужной ширины и толщины, покрытой с одной стороны тонким слоем изоляции. После навивки сердечник отжигают для снятия в материале внутренних напряжений. Затем его разрезают на две части, торцы которых пришлифовывают для уменьшения тока намагничивания. Преимуществом разрезного ленточного сердечника по сравнению со штампованным является возможность механизации производства сердечников и операции сборки трансформатора.  [c.827]

Магнитномягкие материалы применяются для изготовления магнитных сердечников силовых установок, трансформаторов и т. п. К этим материалам относятся чистое железо, пермаллой (сплав железа с никелем), альсифер (сплав железа с кремнием и алюминием), сплавы железа с кремнием, хромом и алюминием и др.  [c.250]

В табл. 1.2 приведены области практического приложения тех свойств аморфных металлов, которые изучены уже достаточно подробно. Наибольшее внимание здесь привлекают магнитные сплавы как материалы для сердечников трансформаторов, магнитных, головок, линий задержки, магнитных фильтров и т. д. Некоторые из этих материалов еще находятся в стадии разработки, другие уже активно используются.  [c.28]

Магнитомягкие материалы применяются для изготовления магнитопроводов электрических машин, магнитопроводов трансформаторов и реакторов, полюсных наконечников, сердечников, катушек, дросселей электромагнитов и т. д.  [c.118]

Магнитномягкие стали и сплавы предназначены для изготовления деталей, подвергаемых переменному намагничиванию, например сердечников трансформаторов, электромагнитов, статоров и роторов электродвигателей. Они способны к хорошему намагничиванию даже в слабых магнитных полях, т.е. имеют малое значение коэрцитивной силы. Эти материалы должны иметь однородную структуру с минимальным количеством примесей и включений.  [c.183]

Аморфные сплавы на основе железа применяются как материалы для сердечников высокочастотных трансформаторов различного назначения, дросселей, магнитных усилителей. Это обусловлено низкими суммарны-  [c.555]

АМС на основе железа применяются как материалы для сердечников высокочастотных трансформаторов различного назначения, дросселей, магнитных усилителей. Это обусловлено низкими суммарными потерями, которые в лучших АМС данного класса оказываются на порядок ниже, чем у кремнистых электротехнических сталей.  [c.862]

Такие материалы применяют для изготовления сердечников катушек, электромагнитов, трансформаторов, динамомашин.  [c.529]

Ферромагнитные полупроводники. Перспективны в качестве элементов памяти в вычислительных машинах и приборах оптической связи. Могут применяться в качестве магнитных материалов для сердечников трансформаторов  [c.35]

Имеется несколько примеров, когда анизотропия магнитных свойств свидетельствует о наличии текстуры. Наиболее распространенными случаями являются такие, когда магнитные свойства улучшаются при наличии текстуры, как это имеет место в холоднокатаном железокремнистом сплаве. Обычно холодная прокатка такого сплава приводит к образованию ребровой текстуры, в которой направление [100] расположено вдоль направления прокатки, а направление [110] — перпендикулярно плоскости прокатки (это показано на фиг. 25, а). Если из этого материала сделать штампованный пластинчатый сердечник трансформатора, то участки магнитопровода, в которых магнитный поток проходит в направлении прокатки, будут иметь более низкое сопротивление, чем участки, где намагниченность перпендикулярна направлению прокатки. (Кремнистое железо — материал с положительной магнитной кристаллографической анизотропией, и ребро куба является осью легкого намагничивания. ) Магнитные свойства такого материала позволяют получить при его применении несколько более высокие характеристики, чем в обычном материале.  [c.312]

Для изготовления искусственных магнитов применяют материалы с большой задерживающей силой, достигающей 550 э, а для изготовления сердечников трансформаторов и якорей электрических машин она должна быть очень малой (до десятых долей эрстеда). Это необходимо для уменьшения потери энергии, которая затрачивается на перемагничивание сердечника.  [c.29]

Магнитомягкие порошковые материалы применяют для изготовления магнитопроводов, сердечников трансформаторов, магнитных муфт, статоров небольших электромоторов, реле и т. н. В результ гте замены компактных мягких магнитов порошковыми значительно экономится металл и одновременно повышается качество изделий.  [c.349]

Трансформатор ТСП-1 с витковым (ступенчатым) регулированием предназначен для работы в монтажных условиях. Уменьшение массы трансформатора достигнуто за счет применения высококачественных материалов для магнитопровода — холоднокатаная сталь, для обмоток — алюминий с теплостойкой стеклянной изоляцией. Трансформатор не имеет подвижных частей, бесшумен в работе. Обмотка расположена на двух стержнях сердечника на одном — находится вся первичная обмотка и небольшая часть вторичной, на втором— основная часть вторичной обмотки. Сварочный ток меняется за счет ступенчатого регулирования магнитной связи обмоток.  [c.54]

Магнитные материалы в отличие от немагнитных (которые практически не приобретают намагниченности при внесении в магнитное поле) обладают способностью намагничиваться, а некоторые из них сохраняют свою намагниченность и после прекращения воздействия магнитного поля. Из магнитных материалов делают сердечники катушек индуктивности и трансформаторов, магнитные запоминающие устройства, постоянные магниты и т. д.  [c.8]

Из жидких электроизоляционных материалов наибольшее применение в электротехнике имеет трансформаторное масло, которым заливают многие силовые трансформаторы. Его назначение двоякое во-первых, масло, заполняя поры в волокнистой изоляции и промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, повышает электрическую прочность изоляции во-вторых, оно улучшает отвод тепла от обмоток и сердечника трансформатора. Масло заливают и в другие электрические аппараты.  [c.168]

Магнитномягкие материалы обладают высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис. Используются в качестве магнитопровода постоянного тока (реле, электромагниты, электрические машины, дроссели) и переменного тока (электрические машины, сердечники трансформаторов и дросселей, электромагниты, измерительные приборы) и в ряде других случаев, где необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции.  [c.291]

Этим требованиям удовлетворяют стандартные марки электротехнической стали. Качество трансформаторов связи, которые относятся к основным элементам низкочастотных и высокочастотных усилителей, фильтров, цепей согласования и др. , в большой мере зависит от материаля сердечника.  [c.294]

В электромашиностроении часто бывает необходимо достигнуть максимальной магнитной индукции при минимальном расходе энергии. Для этой цели применяют материалы с малой коэрцитивной силой, малыми потерями на гистерезис и с большой магнитной проницаемостью. Из них изготовляют магнито-проводы электрических машин, сердечники трансформаторов, электромагнитов, электроизмерительных приборов . Химический состав магнитно-мягких сталей — малоуглеродистых кремнистых—указан в табл. 41.  [c.334]

Магнитномягкие материалы, которые обладают высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис, используются в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, в измерительных приборах и в ряде других случаев, когда необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции.  [c.325]

Магннтомягкие материалы, обладая высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис, используются в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, в измерительных приборах и в других случаях, где необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции. Для уменьшения потерь на вихревые токи а трансформаторах используют магнитомягкие материалы с повышенным удельным электрическим сопротивлением, обычно приме-4ЯЮТСЯ магнитопроБоды, собранные из отдельных изолированных фуг от друга тонких листов.  [c.275]

Нефтяные электроизоляционные масла. Трансформаторное масло, которым заливают силовые трансформаторы, из всех жидких электроизоляционных материалов находит наибольшее применение в электротехнике. Его назначение двояко во-первых, масло, заполняя поры в волокнистой изоляции, а также промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышает электрическую прочность изоляции во-вторых, оно улучшает отвод теплоты, выделяемой за счет потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. Лишь некоторые силовые и измерительные трансформаторы выполняются без заливки маслом ( сухие трансформаторы). Еще одна важная область применения трансформаторного масла — масляные выключатели высокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электрической дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлением газах, выделяемых маслом под действием высокой температуры дуги это способствует охлаждению канала дуги и быстрому ее гашению. Трансформаторное масло применяется также для заливки маслонаполненных вбодоб, некоторых типов реакторов, реостатов и других электрических аппаратов.  [c.129]

Коэрцитивная сила увеличивается с измельчением зеренной и блочной структур металла. Это объясняется тем, что в мелкозеренном материале на единицу объема приходится больше доменов. Вероятность наличия примесей и напряжений вдоль границ зерен и блоков мозаики также увеличивается, что делает материал более магнитнотвердым. Магнитномягкие материалы применяют при изготовлении сердечников трансформаторов и реле, электромагнитов и т. п. Магнитная анизотропия влияет на  [c.64]

В ряде случаев требуется такой магнитный материал, у которого магнитная проницаемость не зависит от напряженности магнитного поля. В частности, этот материал применяют в некоторых дросселях, трансформаторах тока с постоянной погрешностью, в аппаратуре дальней телефонной связи, высокочастотной многоканальной электросвязи, некоторых измерительных приборах и пр. К таким материалам относится перминвар — тройной сплав железа, никеля и кобальта. Магнитная проницаемость перминвара при специальной термообработке остается практически постоянной до значения напряженности магнитного поля 80—160 А/м. Применение перминвара ограничивается технологическими трудностями и высокой стоимостью. К числу сплавов, отличающихся известным постоянством магнитной проницаемости в слабых магнитных полях, относится сплав изоперм, состоящий из железа, никеля и меди с добавкой алюминия. Применяется он в производстве высококачественной телефонной аппаратуры, например для изготовления сердечников некоторых катушек.  [c.300]

Вес на 1 та группы трансформаторов мощностью 3 х135 = 405 Мва с сердечником из холоднокатаной стали составил 1,32 mima, в том числе вес масла 0,32 кг/та, а вес активных материалов — 0,71 кг/та, что не уступает показателям трансформаторов зарубежных фирм.  [c.102]

Никель-цинковые ферриты с проницаемостью 200- -600 являются ценными материалами для сердечников трансформаторов и катушек в диапазоне от 500 кец до нескольких мегагерц. Широко применяются в радиоприемных устройствах УКВ и телевизионной аппаратуре никель-цинковые и другие фериты с проницаемостью 10-т-100.  [c.40]

Магнитодиэлектрики (металлопластические магнитные материалы) представляют собой двух- или многокомпонентные композиции на основе смеси ферромагнитных порошков с вяжущими веществами, являющимися изоляторами. Они характеризуются постоянством магнитной проницаемости, большим удельным электросопротивлением, низкими потерями на вихревые токи и на гистерезис. Своеобразие строения и свойства магнитодиэлектриков позволяют использовать их в электро- и радиотехнических устройствах для сердечников катушек индуктивности и высокочастотных трансформаторов, для лент звукозаписи.  [c.218]

Одной из наиболее актуальных является проблема создания промышленной технологии получения широких лент высокого качества, особенно при производстве аморфных магнитных материалов, применяемых для изготовления сердечников трансформаторов. Для выпуска таких лент используют сопла с длинным щелевым отверстием, а для уменьшения турбулентности разливку проводят при пониженном давлении и очень близком расположении сопла от дисКа, чтобы расплавленный металл заполнял пространство между тиглем и диском. Например, фирма Хитачи для выпуска широкой ленты (ширина 100 мм, длина 300 м — это отвечает садке 10 кг) разработала высокопрецизионную контрольную систему производства и аппаратуру для поточной намотки. Закалку проводят на цилиндре диаметром 1,2 м.  [c.12]

Говоря о трансформаторах, нужно помнить, что они бывают самыми разнообразными от мощных крупногабаритных трансформаторов, работающих на частоте 50—60 Гц, до слаботочных микротрансформаторов, рассчитанных на частоты порядка 10 кГц и применяемых в приборостроении. Основные требования, предъявляемые к материалам для сердечников, сводятся к следующему 1) высокая магнитная индукция 2) высокая магнитная проницаемость и низкая коэрцитивная сила 3) низкие потери на перемаг-ничивание 4) низкая магнитострикция 5) высокое электросопротивление 6) постоянство толщины листа 7) стабильность работы в течение нескольких десятков лет 8) дешевизна и простота массового поточного производства.  [c.169]

Наиболее интенсивно в последнее время продвигаются разработки аморфных материалов для сердечников низкочастотных (50—. 60 Гц) трансформаторов. Как видно из табл. 10.4, основной характерной особенностью аморфных магнитных сплавов является, то, что потери энергии на перемагничивание в сердечнике, связанные с вихревыми токами, крайне малы вследствие высокого значения удельного электросопротивления и малой толщины ленты. Данное обстоятельство можно эффективно использовать. Так, потери в сердечниках из аморфного сплава Fe8iBi3Si4 2 составляют 0,06 Вт/кг, т. е. примерно в двадцать раз ниже, чем потери в текстурованных листах трансформаторной стали.  [c.301]

Допустимые, т. е. необходимые, значения твердости для отдельных элементов вырубных штампов представлены в табл. 132. С увеличением толщины вырубаемой листовой заготовки требуется более мягкая (меньшей твердости) сталь. Для вырубки более твердых материалов (например, сталь для сердечников трансформаторов) требуется применение инструментальных сталей повышенной твёрдости и износостойкости. При использовании более вязких быстрорежущих сталей, чем ледебуритная хромистая сталь с содержанием 12% Сг, можно допустить ббльШую твердость.  [c.293]

Как уже отмечалось выше, значение магнитных материалов в современной электротехнике чрезвычайно велико. Эти материалы необходимы для изготовления магиитопро-водов в электрических машинах и трансформаторах, сердечников электромагнитов, катушек индуктивности, реле и т. п., постоянных магнитов в электроизмерительных приборах, магнето и пр.  [c.234]

Магнитодиэлектрики. Магнитные материалы, состоящие из ыелкодисперсных ферромагнитных частиц, между которыми отсутствуют электрические и магнитные взаимодействия и механически связанные диэлектриком, называют магнитодиэлектриками. Такие материалы, обладающие незначительными потерями на вихревые токи, используют для изготовления сердечников индукционных катушек, высокочастотных трансформаторов и других деталей, работающих в цепях переменного тока высокой частоты.  [c.211]

Немагнитная сталь и чугун нащли применение для изготовления многих деталей электрических машин и аппаратов. Их используют в тех случаях, когда требуются прочные практически немагнитные материалы. Например, втулки и фланцы, через которые проходят однофазные кабели переменного тока, болты, стягивающие сильно нагруженные сердечники трансформаторов, бандажная проволока, крепящая обмотки роторов электрических машин, и т. д. изготовляют из немагнитной стали. Часто эти детали делают из сплавов меди и алюминия, которые хорошо обрабатываются резанием, но механические свойства имеют невысокие. Кроме того, у сплавов цветных металлов низкое электрическое сопротивление (плохо гасятся вихревые токи). К немагнитным относятся стали Н25, Н9Г9 и Х18Н10Т. Эти стали плохо обрабатываются резанием, особенно сталь Н9Г9.  [c.196]

Базовая электроника — типы трансформаторов

Что касается классификации трансформаторов, существует много типов в зависимости от используемого сердечника, используемых обмоток, места и типа использования, уровней напряжения и т. Д.

Одно и трехфазные трансформаторы

В зависимости от используемого источника питания трансформаторы в основном классифицируются как однофазные и трехфазные .

• Обычный трансформатор — это однофазный трансформатор. Он имеет первичную и вторичную обмотки и используется для уменьшения или увеличения вторичного напряжения.

• Для трехфазного трансформатора три первичные обмотки соединены вместе, а три вторичные обмотки соединены вместе.

Обычный трансформатор — это однофазный трансформатор. Он имеет первичную и вторичную обмотки и используется для уменьшения или увеличения вторичного напряжения.

Для трехфазного трансформатора три первичные обмотки соединены вместе, а три вторичные обмотки соединены вместе.

Один трехфазный трансформатор предпочтительнее трехфазных трансформаторов, чтобы получить хорошую эффективность, где он занимает меньше места при низких затратах. Но из-за проблемы транспортировки тяжелого оборудования, в большинстве случаев используются однофазные трансформаторы.

Другой классификацией этих трансформаторов является тип Core и Shell .

• В типе Shell обмотки расположены на одной ножке, окруженной сердечником.

• В основном типе они ранены на разных ногах.

В типе Shell обмотки расположены на одной ножке, окруженной сердечником.

В основном типе они ранены на разных ногах.

Разница хорошо известна, если взглянуть на следующий рисунок.

Классификация трансформаторов также может быть выполнена в зависимости от типа используемого материала сердечника. На самом деле это радиочастотные трансформаторы , которые содержат много типов, таких как трансформаторы с воздушным сердечником, трансформаторы с ферритовым сердечником, трансформаторы линии передачи и трансформаторы Балуна . Трансформаторы Balun используются в радиочастотных приемных системах. Основными типами являются трансформаторы с воздушным сердечником и железным сердечником.

Трансформатор с воздушным сердечником

Это трансформатор с сердечником, в котором обмотки намотаны на немагнитную полосу. Связи магнитного потока сделаны через воздух как сердечник между первичным и вторичным. На следующем изображении показан трансформатор с воздушным сердечником.

преимущества

• Гистерезис и потери на вихревые токи в этих трансформаторах с воздушным сердечником малы.
• Уровень шума низкий.

Недостатки

• Сильное сопротивление в трансформаторах с воздушным сердечником.
• Взаимная индуктивность в воздушном сердечнике низкая по сравнению с трансформаторами с железным сердечником.

Приложения

• Аудио преобразователи частоты.
• Высокочастотные радиопередачи.

Трансформаторы с железным сердечником

Это трансформатор с сердечником, в котором обмотки намотаны на железный сердечник. Связи магнитного потока сделаны прочными и совершенными с железом в качестве материала сердечника. Это обычно видно в лабораториях. На рисунке ниже показан пример трансформатора с железным сердечником.

преимущества

• Они имеют очень высокую магнитную проницаемость.
• Трансформаторы с железным сердечником имеют низкое сопротивление.
• Взаимная индуктивность высокая.
• Эти трансформаторы очень эффективны.

Недостатки

• Они немного шумные по сравнению с трансформаторами с воздушным сердечником.
• Гистерезис и потери от вихревых токов немного больше, чем у трансформаторов с воздушным сердечником.

Приложения

• В качестве изолирующих трансформаторов.
• Высокочастотные радиопередачи.

Трансформаторы также классифицируются в соответствии с типом сердечника, который они используют. Некоторые трансформаторы используют сердечник, погруженный в масло. Это масло охлаждают снаружи различными способами. Такие трансформаторы называются трансформаторами с мокрым сердечником , тогда как другие, такие как трансформаторы с ферритовым сердечником, трансформаторы с многослойным сердечником, трансформаторы с тороидальным сердечником и трансформаторы с литой смолой, являются трансформаторами с сухим сердечником .

Основываясь на типе техники намотки, у нас есть еще один очень популярный трансформатор, который называется « Авто трансформатор» .

Авто Трансформатор

Это тип трансформатора, который чаще всего встречается в наших электрических лабораториях. Этот авто трансформатор является улучшенной версией оригинального трансформатора. Взята одна обмотка, к которой обе стороны подключены к источнику питания и заземлению. Выполняется еще одно переменное постукивание, при котором образуется вторичное движение трансформатора.

На следующем рисунке показана схема автотрансформатора.

Как показано на рисунке, одна обмотка обеспечивает как первичную, так и вторичную в трансформаторе. Различные ответвления вторичной обмотки нарисованы, чтобы выбрать различные уровни напряжения на вторичной стороне.

Первичная обмотка, как показано выше, находится в диапазоне от A до C, а вторичная обмотка — от B до C, тогда как переменный рычаг B изменяется для получения требуемых уровней напряжения. Практичный автоматический трансформатор выглядит как на рисунке ниже.

Вращая вал выше, вторичное напряжение настраивается на различные уровни напряжения. Если напряжение, приложенное к точкам A и C, равно V1, то напряжение на витке в этой обмотке будет

Напряжениеввключить= гидроразрываV1N1

Теперь напряжение на точках B и C будет

V2= гидроразрываV1N1 разN2

 гидроразрываV2V1= гидроразрываN2N1=постоянная :(скажем,K)

Эта константа — не что иное, как коэффициент поворотов или коэффициент напряжения автоматического трансформатора.

Работающий трансформатор с деревянным сердечником, или простая грозозащита для компьютеров и телевизоров

У великого русского поэта Тютчева не было компьютера и сети, иначе он бы не писал: «Люблю грозу в начале мая». В последние годы актуальность грозозащит стала поменьше — оптика, беспроводные технологии, но все же все же.

Если к вам в квартиру заходит кабель, и этот кабель — не оптический, гроза представляет угрозу для вашего оборудования.

Если у вас есть телевизор и он подключен к общей сети — кабельное ТВ, коллективная антенна (вдруг) — к чему угодно, что находится за пределами квартиры, гроза представляет угрозу для телевизора, (причем даже бОльшую, чем для компьютера).

Прежде чем говорить о защите от грозы (от молнии точнее), рассмотрим, с чем мы имеем дело.

Всех интересующихся физикой и «радиотехникой» молнии: сила тока, напряжение, длительность, спектр и пр. отсылаю к фундаментальному исследованию советских ученых от 1939 года.

Если вкратце, есть два объекта — облако и земля.

Облако в процессе движения «трется» о другие облака и об потоки воздуха, при этом оно обменивается зарядами с тем, обо что трется — электризуется.

Точно так же электризуется синтетический свитер, если его снимать через голову, искры, которые при этом трещат — самые настоящие молнии, той же природы, только маленькие.

Итак, облако набрало заряд, и его потенциал составляет несколько миллионов вольт. Тут есть нюанс: потенциал не существует сам по себе и измеряется относительно какого-то другого объекта, в данном случае земли.

Что такое земля с точки зрения электротехники? Это огромный проводник, фактически сферический конденсатор огромной емкости, который может в неограниченных количествах принимать и отдавать заряды.

При этом за счет своих габаритов и емкости сколько ни закачай заряда в землю, сколько ни забери заряда из земли, ее потенциал практически не изменится.

Именно поэтому потенциал земли считается равным нулю, и от него отсчитывают другие потенциалы.

В пространстве под облаком образуется такое себе распределение потенциалов:

На любых проводах, находящихся на открытом пространстве под грозовым облаком, наводятся потенциалы в несколько тысяч Вольт и более. Несмотря на ужасающие цифры, опасности эта ситуация не влечет:

Напряжение большое, но энергия, которую можно извлечь, определяется емкостью проводов относительно земли, а она мизерна.

Ситуция в корне меняется, если облако «замыкает» на землю, то бишь образуется молния. При этом происходит два явления, которые несут большую угрозу для оборудования.

Явление 1: излучение мощной электромагнитной волны.

Откуда берется волна? Молния — это фактически проводник, «столб» с током, причем этот ток резко меняется во времени. Любое изменение тока порождает электромагнитные волны, и молния тоже. Ток в молнии огромный, до сотен тысяч ампер, и электромагнитная волна получается очень мощной.

В «электро»-«магнитной» волне есть электрическое и магнитное поле (КО).

Куда они направлены? Электрическое поле — а именно оно нас интересует — направлено параллельно молнии.

В электрическом поле между любыми двумя точками существует разность потенциалов — напряжение, и это напряжение тем больше, чем больше расстояние между точками (ну и само собой тем больше, чем больше само поле).

Выражаясь по-русски, поле электромагнитной волны молнии наводит напряжения (нескольких видов) во всех железяках, которые встречаются на пути волны.

Какие именно напряжения?

Напряжение между проводами («противофазное»)

Как хорошо видно из рисунка, электрическое поле волны наводит в параллельных проводах напряжение, и это напряжение тем больше, чем больше расстояние между проводами.

Такое напряжение наводится во всех проводах, которые параллельны: воздушные линии электропередачи, телефонная лапша etc. Такое напряжение может попасть, например, в электросеть и вызвать кратковременный всплеск напряжения 220Вольт, или вывести из строя ADSL-модем (если по какой-то причине провод до модема идет по улице).

Однако в бытовых условиях это напряжение не очень велико за счет небольшого расстояния между проводами.

Именно для компенсации этого напряжения провода в витой паре свиты, и в магистральных телефонных кабелях — тоже. Как видно из рисунка, напряжения соседних «завивок» уничтожают друг друга, давая в сумме ноль (в идеале конечно, в реальности за счет многих факторов напряжение на витой паре при ударе молнии все же есть).

Как выглядит такое напряжение с точки зрения компьютера? Так, как будто ему в разъем сетевой карты резко воткнули вместо небольшого (менее 1 Вольт) сигнала несущей Ethernet источник со значительно бОльшим напряжением.

Итак, угроза номер 1: противофазные напряжения в линии связи при ударе молнии.

Напряжение на обоих проводах относительно земли («синфазное»)

Повторимся: напряжение между проводниками в поле волны тем больше, чем больше расстояние между проводниками. Но помимо проводов в линии связи, есть еще два проводника: сама линия связи и земля. Расстояние между ними много больше, чем расстояние между проводами в кабеле, значит, и напряжение между линией и землей тоже намного больше.

Как выглядит такое напряжение с точки зрения компьютера? Так, как будто соединили все провода в линии связи и подключили, допустим, к «+» источника напряжения. «-» этого источника подключен к земле.

«Да, но ведь наш компьютер не подключен к заземлению, и потенциал на линии относительно земли нам не страшен» — скажете вы, и представите вот такую картинку:

А откуда такой оптимизм, что компьютер не подключен к земле? «Подключен к земле» не означает, что из компьютера выходит толстая шина заземления, это означает, что между землей и компьютером есть какая-то электрическая цепь.

Есть ли такая цепь? Зачастую да.

В БП обычного системного блока никаких деталей между общим проводом компьютера (черный который) и «горячей» частью БП (которая в розетку включается) никаких деталей нет.

А в некоторых блоках питания мониторов и ноутбуков между землей компьютера и землей горячей части БП установлен конденсатор, назначение — подавление импульсных помех. Фактически через этот конденсатор ваш компьютер имеет прекрасное заземление для импульсных напряжений, в том числе и возникающих при ударе молнии.

«Стоп», опять скажете вы. «Блок питания разве заземлен?»

Да, поскольку в розетке есть ноль и фаза. Ноль бытовой сети 220 Вольт подключен к заземлению в обязательном порядке.

Итак, исходите из того, что ваш компьютер заземлен по цепи

общий провод компьютера -> общий провод монитора -> конденсатор в БП между горячей и холодной частью -> элементы горячей части БП монитора -> ноль сети -> земля

а ноутбук еще короче

общий провод схемы ноутбука -> конденсатор в БП между горячей и холодной частью -> элементы горячей части БП ноутбука -> ноль сети -> земля

А достаточно ли емкости этого конденсатора, чтобы представлять угрозу? Да. Обычно это несколько тысяч пикофарад, и если зарядить этот конденсатор до напряжения в несколько киловольт, его энергии вполне хватит для вывода схемы компьютера из строя.

Есть и другие варианты цепей, через которые компьютер может быть подключен к земле.

Если у вас есть ТВ-тюнер и в него включен кабель от кабельного ТВ, ваш компьютер надежно заземлен по цепи: общий провод компьютера -> наружная часть разъема антенны -> оплетка антенного кабеля -> заземленная кабельная коробка в подъезде.

Если у вас есть CDMA-антенна на металлической мачте, вкопанной в землю, ваш компьютер надежно заземлен по цепи: оплетка кабеля -> траверса (несущая ось) антенны -> мачта -> земля.

Фактически упрощенная схема цепи выглядит так

Итак, угроза номер 2: синфазные напряжения в линии.

Явление 2. Растекание тока от молнии и связанное с этим изменение потенциала земли

Об угрозах номер 1 и 2 многократно писали. Но есть и еще одна угроза, которую обычно обходят вниманием, правда, она актуальна в том случае, если компьютер по-настоящему заземлен (ТВ-тюнер, антенна — см. выше) и особенно актуальна для телевизоров (немного ниже о ТВ отдельно).

Что такое «земля»? Третья планета Повторимся: главное электротехническое свойство земли — это способность неограниченно принимать заряды.

А что еще может принимать заряды? Любая железяка, любой проводник, любой кусок электрической схемы, выступая просто как проводник. Такая «псевдоземля», конечно, принимает намного меньше зарядов, просто в силу габаритов, емкости если хотите, но все же принимает.

Итак, ударила молния. В молнии протекает ток, переносятся заряды, всякие там электроны.

А куда они переносятся? В землю, куда ударила молния.

В земле протекает ток, «растекаясь» вокруг места удара молнии. Потенциал земли вокруг места удара перестает быть нулевым, и если где-то рядом с ударом молнии находится ваше заземление, то его потенциал в момент удара резко возрастает, и через заземление в ваш компьютер или телевизор «затекают» из земли заряды от молнии.

А куда они дальше деваются? Для этих зарядов роль «земли» выполняет схема компьютера или телевизора, заряды растекаются в схеме, и через электронные узлы схемы протекают токи, которые могут привести к выходу этих узлов из строя.

Итак, при ударе молнии на компьютер/телевизор действуют сразу четыре поражающих фактора (оценка опасности субъективна и основана на ремонтном опыте):

Защита

Абстракция: защититься от потока можно двумя способами: закрыть поток или отвести его в другое русло.

Отвод потока энергии

Самый простой принцип грозозащиты: замкнуть или сбросить в землю лишнюю энергию, актуально для синфазных и противофазных напряжений.

Условная схема проста:

При превышении напряжения («провод-провод» или «провод-земля») пороговый элемент открывается и замыкает цепь.

Один из лучших вариантов пороговых элементов — газоразрядные приборы, самый простой вариант — обычная неонка.

Неонка — не лучший разрядник для таких целей: высокое внутреннее сопротивление, малая мощность рассеивания, да и вообще она не для этого.

Есть специализированные разрядники именно для защиты линий:

и грозозащита с таким разрядником

Варианты схем таких грозозащит в основном сводятся к тому, как посадить один дорогой разрядник на несколько линий и как еще добавить дополнительных защитных элементов (варисторы, искровые промежутки).

В интернете есть масса и устройств в продаже, и схем для самореализации.

Есть ли смысл применять такие защиты? Конечно есть, и была масса ситуаций, когда они выручали. Цена вопроса — несколько долларов.

Но обратим внимание вот на что:

1. Все защиты не касаются телевизоров и вообще заземленной техники (см. выше).

2. Все такие защиты оперируют с полной мощностью напряжений, наводимых в линии молнией, сбрасывая/замыкая часть ее.

Есть способ уменьшить мощность напряжений, наводимых в линии молнией.

Гальваническая развязка

В электротехнике и радиотехнике есть понятие «гальваническая развязка» — когда то, что нужно, передается, при этом электрической связи между передающей и принимающей частью нет.

Самый простой пример — трансформатор. Как он работает? Одна обмотка перемагничивает магнитопровод, за счет этого перемагничивания возникает напряжение во второй обмотке, вот как-то так:

Главное, что нас интересует в этом девайсе:

— первичная и вторичная обмотки между собой не соединены. Никак. Синфазные напряжения в принципе через трансформатор не пройдут

— вы можете подключить первичную обмотку хоть к мегаваттной электростанции — во вторичной обмотке вы не получите мощность больше, чем может пропустить через себя сердечник.

Если мы установим по трансформатору на все входящие пары ethernet, а в телевизоре — на вход антенны, то мы решим массу проблем.

Во-первых, мы железно развяжемся от земли и устраним самую опасную проблему — затекание токов от молнии в наш девайс.
Подчеркну — актуально главным образом для телевизоров, наблюдалось много сгоревших после грозы, причем выходили из строя не БП, а именно внутренние узлы с высокой степенью интеграции — процессоры, микросхемы обработки сигнала etc.

Во-вторых, противофазная помеха, конечно, попадет на вход устройства, но ее мощность будет ограничена трансформатором и вреда не принесет. К тому же вот теперь ее легко и надежно можно отсечь грозозащитой.

В третьих, синфазная помеха к нам не попадет вообще.

Красота? Конечно. Только не нужно забывать, что помимо защитных функций, трансформатор должен еще без проблем пропустить сигнал, и тут начинаются нюансы.

На входе сетевой карты в обязательном порядке трансформаторы стоят, вот первые попавшиеся в гугле схемы:

Но практика показывает, что в реальности толку от них немного, горят и сетевые карты, и все остальное. Возможно, это связано с особенностями конструкции, или с пробоем изоляции очень тонких эмалированных проводников, которыми они намотаны.

Изготовить самостоятельно такой же, но без крыльев но улучшенный трансформатор с магнитопроводом малореально — для частот Ethernet 100base-t и для телевизионных частот (сотни мегагерц) расчет и конструкция трансформатора сложны, плюс нужен особый высокочастотный материал магнитопровода.

Но все можно решить намного проще.

Трансформатор с деревянным сердечником

Берем кусок витой пары, полметра — метр, некритично.

Важно! Витая пара не должна быть повреждена, расплетена, нарушен шаг витков и пр. — аккуратно достаньте из кабеля, не тяните за провод!

Наматываем на любую неметаллическую оправку — можно вот так:

или так

Если серьезно, то наматываем на что угодно непроводящее неметаллическое, но чтобы удобно было. Как наматывать, число витков и пр. — некритично.

Оставляем концы по 5 см, фиксируем намотку — опять же чем-нибудь непроводящим, расплетаем концы и переплетаем по-другому: свиваем вместе концы одного цвета.

Получится вот что:

То есть каждый провод — отдельная как бы обмотка.

Это — трансформатор, но работающий на другом принципе: трансформатор на длинной линии.

Длинная линия в данном случае — кусок витой пары. В ней при работающей сети Ethernet возбуждается электромагнитная волна, причем ее энергия сосредоточена внутри пары (именно поэтому неважно на чем наматывать). Энергия поля этой электромагнитной волны обеспечивает передачу сигнала с одного провода на другой.

Как использовать такой трансформатор для защиты от молний?

Изготовьте два таких трансформатора. Включить их нужно в разрыв двух пар любым способом — можно просто аккуратно разрезать кабель, разрезать нужные пары и включить в разрыв эти трансформаторы. Полярность — некритична.

Сразу ответ на возникшие вопросы.

Это — не шутка, конструкция проверена и используется. Я в грозу не выключаюсь вообще, проблем не было, до этого сжег пару сетевых карт и материнку.

В Интернете есть подобные варианты трансформаторов, но намотанные на ферритовом кольце.

Я — противник этого: в передаче сигнала кольцо не участвует, но феррит — проводник, плохой, но проводник. Наматывая на кольце, вносятся ненужные паразитные емкости и появляется возможность пробоя на сердечник при ударе молнии.

Но на кольце, конечно, красивее выглядит конструкция. Дело вкуса.

На гигабитной сети не проверялось.

Потерь такая конструкция не вносит при длине витой пары в трансформаторе от 0,5 метра.

Измерения прибором (ВЧ-вольтметр импровизованный) падения уровня сигнала не показывают.

Линк до 100 метров работает так же как и работал — 0% потерь, время пинга не изменилось.

В общем, с точки зрения работы сети наличие в разрывах входящего сетевого кабеля двух таких трансформаторов никак не обнаруживается.

Другие грозозащиты я не использую.

Защита телевизоров

Здесь главная задача — отвязаться от земли, которая «приходит» по оплетке антенного кабеля. Принцип тот же: в разрыв кабеля включить такой трансформатор, но тут могут возникнуть нюансы.

Волновое сопротивление витой пары и антенного кабеля — разное, плюс к этому витая пара — симметрична, а антенный кабель — нет. Поэтому может упасть уровень приема некоторых аналоговых каналов (а может визуально и не упасть), могут появиться на некоторых — опять же аналоговых — каналах двоения. Можно поэкспериментировать с длиной куска витой пары в трансформаторе, можно попробовать изготовить аналогичную конструкцию из антенного кабеля.

Я на грозовой период к телевизору такую штуку делаю. Появляется небольшой снег на 1-м канале из 70-ти.

И в заключение важный момент.

Ничто вас не спасет от прямого попадания молнии в кабель. Более того, в такой ситуации вас будет заботить не сохранность сетевой платы, а чтобы квартира не сгорела.

Будьте благоразумны, не используйте идущие по улице и заходящие к вам в квартиру длинные медные линии связи.

РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

силовой
трансформатор   радиотехнические
расчеты    радио калькулятор

       
РАСЧЕТ СИЛОВОГО
ТРАНСФОРМАТОРА

В радиолюбительской
практике
иногда возникает необходимость в
изготовлении трансформатора с
нестандартными значениями напряжения и
тока.

Хорошо, если удается
подобрать готовый трансформатор с нужными
обмотками, в противном случае
трансформатор приходится изготавливать
самостоятельно.

Эта страничка
посвящена
изготовлению силового трансформатора
своими силами. В промышленных условиях
расчет трансформатора — весьма трудоемкая
работа, но для радиолюбителей созданы
упрощенные методики расчета. С одной из
таких методик я и хочу вас познакомить.

Перед началом
расчета
нам
нужно определиться с выходными данными
будущего трансформатора.

Во-первых -
номинальная
мощность (P). Мощность трансформатора
определяется как сумма мощностей всех
вторичных обмоток. Мощность любой из
вторичных обмоток определяем из
произведения напряжения на вторичной
обмотке и снимаемого с нее тока (напряжение
для расчета берем в Вольтах, а ток — в
Амперах).

Исходя из полученной
номинальной мощности трансформатора можно
вычислить минимальное сечение сердечника
(S) (измеряется в квадратных сантиметрах).
При выборе сердечника руководствуются
шириной центральной пластины сердечника и
толщиной набора. Площадь сечения
сердечника определяется как произведение
ширины пластины на толщину набора.

S
серд = L*T  (все величины берутся в
Сантиметрах!)

S
окна = h*b

Также полезно сразу
рассчитать площадь окна выбранного нами
сердечника. Эта величина будет
использоваться для проверки коэффициента
заполнения окна ( проще говоря — поместятся
все обмотки на данном трансформаторе, или
нет). 

Далее — приступаем к
вычислению коэффициента N. Этот коэффициент
показывает, сколько витков нужно намотать
для получения напряжения на обмотке в 1
вольт.

Дальнейший расчет
сводится к
умножению напряжения на обмотке на это
коэффициент (N). Эта процедура для всех
обмоток одинакова.

Далее — рассчитываем
рабочий
ток в сетевой обмотке исходя из мощности
трансформатора и сетевого напряжения.

Диаметр провода в
обмотках
рассчитывается по приведенным формулам (ток
берется в Миллиамперах !). Иногда не удается приобрести провод нужного
сечения (но есть провод меньшего диаметра) — для этого случая полезно
воспользоваться следующей табличкой:

Как
пользоваться табличкой? Предположим, в результате расчета диаметр
провода обмотки у нас получился равным 0,51 миллиметра. Для получения
эквивалентного по сечению провода нам нужно взять либо 2 провода,
диаметром 0,31 миллиметра, либо 3 провода с диаметром 0,29 миллиметров.
Соответственно, обмотка будет состоять не из расчетного провода, а из
нескольких, вместе сложенных проводов меньшего сечения. Надеюсь, что
пример довольно понятный для понимания…

В конце расчета
проверяем
коэффициент заполнения окна обмотками.
Если этот коэффициент не превышает 0,5 — всё в
порядке — можно приступать к намотке, в
противном случае придется использовать
сердечник с большей площадью сечения и
произвести весь расчет заново…

Сборка сердечника  у силового трансформатора производится «в перекрышку» — так как показано на рисунке внизу:

Если у вас найдется
готовый
силовой трансформатор с номинальной
мощностью не ниже, чем необходимо, то можно
сетевую обмотку не перематывать, а
ограничиться расчетом только вторичной
обмотки.

Для
примера :
нам нужен силовой трансформатор для
зарядки автомобильного аккумулятора с
номинальным током зарядки 5 ампер.

Таким образом -
мощность
такого трансформатора должна быть не менее
90 ватт (18 вольт помноженное на 5 ампер).

В данном случае
можно
использовать силовой трансформатор типа ТС180
от лампового черно-белого телевизора.
Переделка такого трансформатора сводится
только к перемотке вторичной обмотки.
Данный трансформатор изготовлен с
применением так называемого «О» -
образного сердечника и имеет две катушки.
Все обмотки такого трансформатора
разделены пополам и наматываются на обе
катушки. Для переделки разбираем аккуратно
сердечник (предварительно пометив одну из
сторон сердечника, так как половинки при
сборке трансформатора пришлифовываются
друг к другу), сматываем все обмотки, кроме
помеченных цифрами 1-3. Во
время сматывания
накальной обмотки (она намотана самым
толстым проводом) нужно сосчитать число
витков. Полученное число витков делим на 6,5 -
получаем количество витков обмотки данного
трансформатора на 1 вольт. Затем умножаем
это число на 18 и получаем нужное число
витков вторичной обмотки. По формуле
рассчитываем диаметр провода вторичной
обмотки. При данном токе обмотки диаметр
провода должен быть не менее, чем 1,42
миллиметра. Если вы найдете такой провод, то
вторичную обмотку нужно разделить на 2
части и наматывать на каждый каркас, после
чего соединить обмотки последовательно.
Можно использовать провод меньшего
диаметра (например 1,0 миллиметра). В этом
случае на каждый каркас наматываем полное
число витков и обмотки соединяем
параллельно.   

Ниже
приведена табличка для изготовления силового трансформатора с
«типовыми» размерами  сердечника:

Пользование
табличкой, думаю, не составит трудностей. ..

Расчет тороидального сетевого
трансформатора

Исходные данные для расчета: напряжение/ток
всех вторичных обмоток. Исходя из этих данных получаем минимальную
габаритную мощность трансформатора. Пример:
нужен трансформатор с двумя вторичными обмотками . Первая — на 14 вольт
при токе в 1 ампер, вторая — 30 вольт при токе 0,05 ампера. Получаем
сумму мощности во вторичных обмотках (14*1)+(30*0,05)=15,5 ватт.
Главный качественный показатель силового трансформатора для
радиоаппаратуры — это его надежность. Следствие надежности — это
минимальный нагрев трансформатора при работе и минимальная просадка
выходных напряжений под нагрузкой (иными словами, трансформатор должен
быть «жестким»).




В расчетах примем КПД трансформатора 0,95 . Учитывая то, что нам нужен
надежный трансформатор, и учитывая то, что напряжение в сети может
иметь отклонения от 220 вольт до 10%, принимаем В=1,2 Тл




Плотность тока принимаем 3,5 А/мм2




Коэффициент заполнения сердечника сталью принимаем 0,95




Коэффициент заполнения окна принимаем 0,45




Исходя из принятых допущений, формула для расчета габаритной мощности у
нас примет вид:

Р=1. 9 * Sc * So

Далее считаем количество витков первичной
(сетевой) обмотки — оно равно
n1=40 * 220 / Sc




Где: Sc — площадь поперечного сечения сердечника, соответственно [кв.
см]; 220 — напряжение первичной обмотки [В]; Количество витков во
вторичных обмотках считаем по той же формуле, но учитываем падение
напряжения под нагрузкой — добавляем примерно 5 % к расчитанному
количеству.

Диаметр провода всех обмоток
расчитываем по формулам

— для меди    
    

— для алюминия

Преимущества тороидальных трансформаторов перед обычными трансформаторами с шихтованными сердечниками

Компания TALEMA была основана в 1975г. в городе Мюнхен (Германия), имеет производство в Индии, офисы продаж в Ирландии и США.

В начале 1992 года TALEMA Group основала производство в Чешской республике, что привело к созданию в 2002 году компании NT Magnetics, которая стала основным заводом-изготовителем компонентов торговой марки TALEMA для всей Европы.

В настоящее время в NT Magnetics работает 140 человек (всего в Talema Group занято более 1000 работников). Компания специализируется на изготовлении тороидальных трансформаторов и компонентов на тороидальном сердечнике торговой марки TALEMA.

Преимущества тороидальных трансформаторов перед обычными трансформаторами с шихтованными сердечниками:

1. Качество

Продукция соответствует самым высоким стандартам и имеет много международных сертификатов и свидетельств, включая UL, EN, VDE , IEC, в том числе и ГОСТ-Р.

Контроль качества производится на протяжении всего процесса производства трансформаторов «Talema».

2. Меньший объём
Использование тороидальных трансформаторов с монтажными креплениями и клеммниками экономит до 50 % объёма, а применение тороидальных трансформаторов с простыми проволочными выводами экономит до 64 % занимаемого объёма по сравнению с традиционными трансформаторами.
При мощности до 1000 ВА можно использовать для крепления центральный клеммник или болт с гайкой, что обычно бывает достаточным и не требует применения дополнительного крепежа.

3. Меньший вес
Экономия до 50 % и более.

Таблица 1. Типовые весовые параметры

Весовые параметры
Размер, ВА	Вес (кг)
	Шихтованные	Тороидальные	Экономия	%	Шихтованные	Тороидальные	Экономия	%
	Горизонтальный монтаж				Вертикальный монтаж
200	3,5	2. 0	1,5	43.7	3,5	1,9	1,6	42.5
250	4,1	2,6	1,5	36.6	4,1	2,5	1,6	37.9
320	5,3	3,1	2,2	40.7	5,3	3,0	2,3	42.5
400	6,7	3,8	2,9	43.8	6,7	3,7	3,0	45.2
500	8,6	4,4	4,2	48.9	8,6	4,3	4,3	50.2
630	10,1	5,4	4,7	47.0	10,1	5,2	4,9	48.1
800	13,1	6,4	6,7	51. 0	13,1	6,3	6,8	51.9
1000	14,7	7,6	7,1	48.3	14,7	7,4	7,3	49.7
1500	18.0	10,8	7,2	40.0	18.0	10,7	7,3	40.6
2000	24.0	14,5	9,5	39.6	24.0	14,3	9,7	40.4
2500	27.0	17,1	9,9	37.7	27.0	16,9	10,1	37.3
3000	31.0	20,3	10,7	34.6	31.0	20,1	10,9	35.0
4000	40. 0	26.0	14.0	35.0	40.0	25,9	14,1	35.3

Тороидальный (кольцевой) сердечник имеет идеальную форму, позволяющую изготовить трансформатор с использованием минимального количества материалов. Все обмотки равномерно распределены по всей окружности сердечника, благодаря чему значительно уменьшается длина обмотки. Это ведёт к уменьшению сопротивления обмотки и повышению КПД.
В тороидальных трансформаторах возможно использование более высокой магнитной индукции, так как магнитный поток проходит в том же направлении, в каком ориентированы домены стали сердечника. Можно использовать более высокую плотность тока в проводах, так как вся поверхность сердечника позволяет эффективно охлаждать обмотки тороидального трансформатора. Потери в сердечнике весьма низки — типовое значение составляет 1,1 Вт при индукции 1,7 Тл и частоте 50/60 Гц. Низкий ток намагничивания обеспечивает отличные температурные характеристики тороидального трансформатора.

4. Более высокий коэффициент полезного действия
Тороидальные трансформаторы «Talema» изготавливаются из высококачественных материалов, что позволяет достичь более высокой магнитной индукции при низких потерях в сердечнике.

5. Экономия энергии
Достигает 86 % на холостом ходу и 36 % при работе под нагрузкой. Применение тороидальных трансформаторов «Talema» вместо обычных броневых трансформаторов обеспечивает существенную экономию энергии, как показано в таблице 2.

Таблица 2. Типовые потери в тороидальных трансформаторах

Размер, ВА	Экономия энергии , Вт
	Шихтованные	Тороидальные	Экономия	%	Шихтованные	Тороидальные	Экономия	%
Потери без нагрузки					Потери при нагрузке (Uвх=230 В)
63 100	4. 8 6.0	0.8 1.0	4.0 5.0	86.3 83.3	9,5 13.0	6.4 10.7	3.1 2.3	32.6 17.7
160 250	7.5 11.0	1,6 2.6	5.9 6.5	78.7 80.0	17.6 25.0	14.1 19.3	3.5 5.7	19.7 22.8
400 630	18.0 24.0	5,1 6.9	12.9 17.1	71.7 71.3	32.0 37.8	25.7 34.0	6.3 3.8	19.7 10.1
1000 1600	27.0 38.0	10.6 16.3	16.4 21.7	60.7 57.1	53.0 76.8	39.1 55.1	13.9 21.7	26.2 28.3
2500 4000	49. 0 70.0	26.0 39.5	23.0 30,5	46.9 43.6	100.0 140.0	70.7 90.0	29,3 50,0	29.3 35.7

Окупаемость применения тороидальных трансформаторов в составе различных приборов за счёт высокого КПД составляет 2-3 года. В современном мире, где учитывается каждый потребляемый Ватт мощности, применение тороидальных трансформаторов может быть преимуществом перед конкурентами.

6. Гибкость размеров
Тороидальные трансформаторы «Talema» предлагают высокую степень гибкости размеров в сравнении с обычными броневыми трансформаторами. Поскольку сердечники тороидальных трансформаторов изготавливаются на собственных заводах «Talema», это позволяет изготовить сердечник практически любого диаметра и высоты. Конструкторы «Talema» тесно сотрудничают с группой клиентских проектов и могут «на заказ» спроектировать тороидальный трансформатор так, чтобы он точно входил в ограниченное пространство, что, как правило, невозможно при использовании обычных трансформаторов.

7. Простой монтаж
Стандартный монтаж трансформаторов мощностью до 1 кВА осуществляется посредством одной центрирующей металлической шайбы и монтажного болта или клеммника, проходящего сквозь центральное отверстие тороидального трансформатора, что обеспечивает быстрый и простой монтаж. Другие способы монтажа:
— заливка компаундом центрального отверстия с латунными втулками
— помещение в пластмассовый или металлический корпус с последующей заливкой компаундом
— монтажные рейки (мощность от 200 ВА до 7,5 кВА)
— исполнение для монтажа на печатные платы
Для облегчения замены обычных трансформаторов тороидальными, группа «Talema» разработала серию монтажных креплений, позволяющих устанавливать тороидальный трансформатор на место, которое ранее занимал обычный трансформатор. Возможно изготовление специальных креплений трансформатора, либо смещение отверстий в стандартных креплениях.

8. Более низкий уровень шума
Cердечники «Talema» изготавливаются из сплошной стальной ленты, концы которой приварены с обеих сторон, что исключает саму возможность вибрации. Медная обмотка, плотно облегающая всю окружность сердечника, обеспечивает дополнительную прочность. Качество стали обеспечивает низкую магнитострикцию и низкие потери на рассеяние. Эта комбинация качеств почти полностью устраняет шум, наблюдаемый при эксплуатации обычных трансформаторов.

9. Небольшое рассеяние
Приблизительно на 85 — 95 % меньшее рассеяние по сравнению с обычными трансформаторами. Низкое значение рассеяния является важным аспектом для разработчиков оборудования, так как это явление может создавать нежелательные влияния на чувствительные электронные цепи. Тороидальный трансформатор обеспечивает общее снижение уровня магнитных помех в соотношении 8:1 по сравнению с традиционными трансформаторами рамочной формы.

10. Цена и ценность
Передовые производственные технологии и экономия материалов делают современные тороидальные трансформаторы выгодными в ценовом отношении по сравнению с обычными трансформаторами аналогичной мощности. Если учесть прочие скрытые преимущества, такие как низкое рассеяние, экономия энергии во время эксплуатации, меньшие габариты и вес, выгода от применения тороидальных трансформаторов существенно возрастает. В общем и целом, чем больше мощность тороидальных трансформаторов, тем ниже их цена по сравнению с традиционными трансформаторами.

11. Группа «Talema»
Специалисты «Talema» по проектированию тороидальных трансформаторов помогут найти решение, удовлетворяющее всем требованиям наших клиентов: от проекта до выпуска готовой продукции. Собственный опыт позволяет компании добиваться максимальной мощности трансформатора при минимальных размерах. Благодаря наличию заводов в разных странах, группа «Talema» широко развивает международную деятельность по производству тороидальных трансформаторов.

Дополнительную информацию о материалах статьи можно получить, обратившись по электронной почте Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. .

TALEMA — мировой лидер в производстве тороидальных трансформаторов и индуктивных компонентов на тороидальном сердечнике.

Трансформатор — урок. Физика, 9 класс.

В цепи переменного тока возможно изменять в широком диапазоне напряжение.

Достигается это посредством несложного устройства — трансформатора, созданного в \(1876\) году русским учёным Павлом Николаевичем Яблочковым. 

Трансформатор — устройство, осуществляющее повышение и понижение напряжения переменного тока при неизменной частоте и незначительных потерях мощности.

Простейший трансформатор состоит из двух катушек изолированного провода и замкнутого стального сердечника, проходящего сквозь обе катушки. Катушки изолированы друг от друга и от сердечника. Одна из катушек, называемая первичной, включается в сеть переменного тока. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Магнитное поле первичной катушки — переменное и меняется с той же частотой, что и ток в первичной катушке. Переменный ток в первой катушке создаёт в стальном сердечнике переменное магнитное поле. Это переменное магнитное поле пронизывает другую катушку, называемую вторичной, и создаёт в ней переменный индукционный ток.

Допустим, что первичная катушка имеет w1 витков, и по ней проходит переменный ток при напряжении U1. Вторичная обмотка имеет w2 витков, и в ней индуцируется переменный ток при напряжении U2.

Опыт показывает, что во сколько раз число витков вторичной катушки больше (или меньше) числа витков на первичной катушке, во столько же раз напряжение на вторичной катушке больше (или меньше) напряжения на первичной катушке:

U1U2=w1w2=k.

Величина \(k\) называется коэффициентом трансформации. Коэффициент равен отношению числа витков первичной обмотки к числу витков во вторичной обмотке.

Во сколько раз увеличивается напряжение на вторичной обмотке трансформатора, примерно во столько же раз уменьшается в ней сила тока при работе нагруженного трансформатора.

В результате мощность тока в первичной и вторичной обмотках трансформатора почти одинакова, поэтому коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора близок к единице. КПД у мощных трансформаторов достигает \(99,5\) %.

Оборудование для испытаний трансформаторов | Сердечник трансформатора

Сердечник трансформатора обеспечивает магнитный путь для направления потока. Использование высокопроницаемого материала (который описывает способность материала переносить флюс), а также более совершенные методы строительства сердечника помогают обеспечить желаемый путь потока с низким сопротивлением и ограничить линии потока к сердечнику. Сердечник состоит из множества тонких полос из силикона с ориентированной структурой, называемых пластинами, которые электрически изолированы (но все же магнитно связаны) друг от друга тонкими покрытиями из изоляционного материала.Это важно для снижения потерь холостого хода трансформатора. Сердечник является источником тепла в трансформаторе, и по мере увеличения размера сердечника могут потребоваться охлаждающие каналы внутри сердечника. Такие проблемы, как короткозамкнутые пластинки сердечника, приведут к повышенным потерям и, возможно, к перегреву сердечника трансформатора.

Жила изолирована от заземленных механических структур, которые удерживают ее вместе и поддерживают, а затем намеренно заземляется в одной точке.В более крупных сердечниках трансформаторов, которые имеют несколько секций сердечника, изолированные друг от друга охлаждающими каналами, могут быть установлены перемычки сердечника для соединения секций сердечника вместе и один вывод для надежного соединения связанной группы с землей. Сердечник, который, по сути, является проводником, который не предназначен для протекания тока, может приобретать некоторый потенциал за счет емкостной связи с самой внутренней обмоткой, когда трансформатор находится под напряжением (что приводит к частичным разрядам, которые могут повредить трансформатор) и индуцированного потенциала, когда трансформатор несет нагрузку, если сердечник надежно не заземлен.Заземление жилы также обеспечивает срабатывание защитного устройства в случае выхода из строя изоляции обмотки жилы. Чтобы такое повреждение было обнаружено защитной системой источника / линии (и быстро отключило линию), сердечник трансформатора должен быть заземлен, чтобы обеспечить электрический (аварийный) путь обратно к источнику. Сердечник обычно заземляется только в одной точке, так как заземление нескольких сердечников может привести к возникновению циркулирующих токов и перегреву (и выделению газов) в сердечнике.

Магнитное состояние трансформатора имеет первостепенное значение для правильной работы трансформатора.Наиболее частые проблемы сердечника, встречающиеся в полевых условиях, включают проблемы с заземлением сердечника, плохую конструкцию сердечника, короткое замыкание и перегрев. Следующие ниже электрические полевые испытания, используемые в сочетании с нашим ассортиментом оборудования для испытаний трансформаторов, предоставляют информацию о целостности сердечника трансформатора.

Диагностика сердечника

• Возбуждающий ток: обнаруживает большинство проблем сердечника трансформатора, включая закороченные пластинки и другие проблемы, которые значительно влияют на сопротивление магнитного потока в сердечнике, такие как частично смещенное или открытое соединение сердечника, плохое качество сборки сердечника и т. Д. .; чувствителен к намагничиванию сердечника
• Сопротивление изоляции по постоянному току (заземление жилы): проверяет наличие непреднамеренного заземления жилы (лучший инструмент для этого) и проблем, связанных с изоляцией заземления жилы. Низкие значения сопротивления изоляции между сердечником и землей могут быть вызваны смещением пластин сердечника и токопроводящим загрязнением или посторонними предметами, которые перекрывают изоляцию между жилой и землей.
• Емкость / коэффициент мощности / коэффициент рассеяния: Емкость обмотки низкого напряжения (CL), измеренная во время испытания коэффициента мощности / коэффициента рассеяния, чувствительна к ухудшению или полной потере заземления сердечника.
• Анализ частотной характеристики качания (SFRA): чувствителен к изменениям магнитного сердечника и намагниченности сердечника в нижнем диапазоне частот, в то время как потеря заземления сердечника может быть обнаружена в более высоких частотах (например,g. , ≥ 50 кГц).

Как используются сердечники трансформаторов в мире

В Corefficient мы знаем, что в связи с активизацией развития сельских районов, индустриализацией и открытием заводов нового поколения рынок трансформаторов растет. Мы считаем, что лучший потребитель — это информированный потребитель. Мы хотели уделить время определению некоторых основных элементов и принципов электрических трансформаторов, сердечников трансформаторов и того, как они используются в мире.

Определение сердечников трансформатора и типов сердечников трансформатора

Сердечник трансформатора — это статическое устройство, которое передает мощность от одного источника к другому посредством электромагнитной индукции. Это кусочки магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, который используется для направления магнитных полей в трансформаторах. Сердечники трансформаторов изготавливаются из разных материалов и бывают разных типов. Вот несколько конкретных примеров и то, как они работают:

• Стальные ламинированные сердечники : Эти типы сердечников трансформаторов известны своей проницаемостью, которая снижает ток намагничивания и делает их подходящим вариантом для использования при передаче напряжения на уровне звуковой частоты.

• Твердые сердечники : Они обладают самой высокой магнитной проницаемостью и электрическим сопротивлением. Они, как правило, используют электрическую передачу, где частота высока и требует плавной и безопасной работы. Эти типы сердечников являются прочными по своей природе и имеют долгий срок службы.
• Тороидальные сердечники : Они используются в качестве индуктора в электрических цепях из-за их круглой конструкции; они эффективны и действенны при обработке высокого уровня энергетической нагрузки.

Трансформаторы и определение типов трансформаторов

Существуют также трансформаторы различных типов, которые имеют несколько катушек или обмоток на первичной и вторичной сторонах. Они также могут иметь «центральный отвод», то есть две катушки соединены последовательно. Трансформаторы сконструированы таким образом, чтобы преобразовывать уровень напряжения на первичной стороне во вторичную. Существует три типа трансформаторов: понижающий, повышающий и изолированный трансформатор.

• Понижающий трансформатор : Понижающий трансформатор преобразует более высокое напряжение в более низкое напряжение на вторичном выходе.Количество обмоток на вторичной стороне больше, чем на первичной. Эти типы трансформаторов в основном используются в электронике; это требование к силовой части любого электрооборудования.
• Повышающий трансформатор : Логически повышающий трансформатор является противоположностью понижающего трансформатора. Они увеличивают низкое первичное напряжение до высокого вторичного напряжения. Повышающие трансформаторы также могут использоваться в электронике, включая стабилизаторы и инверторы. Повышающие трансформаторы также используются при распределении электроэнергии, часто «повышая» напряжение в энергосистеме перед распределением.

• Изолированный трансформатор : Изолированный трансформатор не преобразует уровни напряжения, а уровни напряжения на первичной и вторичной сторонах остаются неизменными. Это изолирующий барьер, где проводимость происходит только с магнитным потоком, как правило, в целях безопасности и для предотвращения передачи шума от первичной обмотки к вторичной или наоборот.

Типы материалов магнитных сердечников для трансформаторов

Электрический силовой трансформатор имеет первичную, вторичную и третичную обмотки. Затем он приводится в движение потоком между обмотками. Магнитные сердечники служат проводником потока. Сердечник может быть изготовлен из следующих материалов:

• Аморфная сталь : Эти сердечники изготовлены из нескольких металлических лент толщиной в бумагу, которые помогают уменьшить протекание вихревых токов. Сердечники из аморфной стали имеют небольшие потери и могут легко работать при высоких температурах.Сердечники из аморфной стали чаще всего используются в высокоэффективных трансформаторах, работающих на средних частотах.

• Твердый железный сердечник : Эти сердечники обеспечивают магнитный поток, который помогает сохранять высокие магнитные поля без насыщения железом. Сердечники не рекомендуются для трансформаторов, работающих на переменном токе, поскольку магнитное поле создает большие вихревые токи. Эти вихревые токи выделяют тепло на высоких частотах.
• Аморфные металлы : Эти металлы, также известные как стекловидные металлы, являются стеклообразными или некристаллическими.Эти металлы используются для создания трансформаторов с высокими рабочими характеристиками. Материалы обладают низкой проводимостью, что способствует уменьшению вихревых токов.
• Ферритная керамика : Ферритная керамика — это класс керамических соединений, состоящих из оксида железа и одного или нескольких металлических элементов. Эти ферритовые керамические магнитопроводы используются в высокочастотных приложениях. Керамические материалы служат в качестве эффективных изоляторов и помогают уменьшить вихревые токи.
• Ламинированные магнитные сердечники : Эти сердечники состоят из тонких листов железа, покрытых изолирующим слоем, предотвращающим вихревые токи.
• Сердечник из карбонильного железа s: Эти магнитные сердечники изготовлены из порошкообразного карбонильного железа и обеспечивают стабильную работу в широком диапазоне магнитного потока и температур. Сердечники из порошка карбонильного железа представляют собой небольшие железные сферы, покрытые тонким изолирующим слоем. Эти сердечники помогают снизить влияние вихревых токов при высоких температурах.
• Кремниевая сталь : Кремниевая сталь имеет высокое электрическое сопротивление. Сердечник из кремнистой стали обеспечивает стабильную работу в течение многих лет и обеспечивает высокую плотность потока насыщения.

Преобразование энергии, электрические сети и сердечники трансформаторов

Наиболее очевидное применение электрического трансформатора — это распределение мощности в линии передачи: от электростанции до повышающей передачи, для понижающей передачи. На электростанции (или генерирующей установке) энергия угля, газа, воды, атомной энергии, ветра, солнца и т. Д. Преобразуется в электрическую энергию. Электростанция подключена к сети передачи, которая, в свою очередь, подключена к распределительной сети.Передающая сеть — это высоковольтная сеть для передачи электроэнергии на большие расстояния. Распределительная сеть — это сеть среднего и низкого напряжения для местного распределения электроэнергии конечным пользователям.

Обычно сеть состоит из множества подстанций, соединенных между собой линиями электропередачи. Эти подстанции содержат защитное оборудование, которое в случае проблем может автоматически срабатывать автоматические выключатели, перенаправляя мощность в сети.

В Corefficient, чтобы гарантировать высокое качество сердечников трансформаторов, мы предлагаем испытания материалов из электротехнической стали, включая испытания Эпштейна, испытания отдельных листов, испытания Франклина и испытания размеров.Мы также предлагаем электрические испытания собранного сердечника.

Corefficient — компания по производству сердечников трансформаторов, базирующаяся в Монтеррее, Мексика, стремящаяся повысить ценность своей продукции для сердечников трансформаторов. Сочетание опыта и успеха в области проектирования сердечников трансформаторов, проектирования сердечников трансформаторов, экспертизы магнитных сердечников и, что наиболее важно, обслуживания клиентов. Готов начать? Свяжитесь с инженером по продажам Corefficient сегодня по телефону: 1 (704) 236-2510.

важных вещей, которые вы должны знать

Сердечник трансформатора всегда создает путь в каналы сердечника навстречу магнитному потоку.Правильное использование высокопроницаемого материала помогает достичь очень низкого сопротивления, чтобы оставаться в сердечнике на пути магнитного потока. Обычно он состоит из нескольких тонких листов электротехнической стали, известных как ламинированные листы.

Благодаря очень тонкому слою изоляционных покрытий они по существу изолированы друг от друга, что очень важно для предотвращения выбросов вихревых токов в сердечник трансформатора. Они являются одним из основных источников тепловыделения, что в конечном итоге приводит к короткому замыканию и перегреву активной зоны.Это требует использования охлаждающих каналов для предотвращения катастрофического отказа.

Принцип работы трансформаторов основан на взаимной индукции между двумя обмотками магнитной пары. Для правильной взаимной индукции всегда требуется мощный магнитный поток через магнитную цепь между двумя обмотками. Это требует гораздо меньшего сопротивления, чтобы увидеть поток между витками магнитного тракта.

Стандартный сердечник трансформатора

Обычно они изготавливаются из высокопроницаемых материалов, таких как сталь CRGO, которые обеспечивают простой поток без препятствий прохождению магнитного потока. Поскольку ориентация зерна параллельна потоку, по которому текут магнитные потоки.

Какова роль сердечника трансформатора?

Сердечник трансформатора отвечает за минимизацию потерь гистерезиса любого типа, которые возникают при работе в состоянии переменного тока.

Минимизация потерь от вихревых токов в сердечнике трансформатора, возникающих во время работы. Но этот индуцированный вихревой ток смещается в соответствии с создаваемым магнитным потоком. Хотя эти вихревые токи приведут к повышению температуры, их сопротивление будет улучшено для магнитных сердечников на основе кремния в процессе, уменьшая потери, вызванные вихревыми токами, когда они производятся ведущим производителем магнитных сердечников в Индии.

Типы сердечников трансформатора

Любой сердечник трансформатора, имеющий как основную, так и вторичную обмотки, можно легко разделить на категории в зависимости от конструкции. Это может быть далее определено как тип сердечника и тип оболочки.

Трансформатор типа Shell перематывается

Назначение сердечника трансформатора — обеспечить замкнутый магнитный путь к сердечнику, через который магнитный поток течет между обмотками.

Обычно используются два типа: сердечник и оболочка.

.

У них есть свои фирменные блюда.Их легко отремонтировать на месте. В то время как снаряды имеют более прочную конструкцию, что затрудняет их ремонт. Для этого необходимо, чтобы они были доставлены на сайт для оказания услуг.

Трансформаторы корпусные:

Они специально выбраны для трансформаторов меньшего размера. В зависимости от конструкции они имеют одну катушку в центре, несущую первичную обмотку и вторичную обмотку.

Эти отрезанные листы укладываются друг за другом с разным размером ветвей в зависимости от намотки шпульки в зависимости от необходимого номинального напряжения-ампер.Сердечник трансформатора с ламинированием EI обычно используется в профилированных сердечниках трансформатора.

Тип сердечника трансформатора:

Они специально выбраны для больших трансформаторов. Обмотка считается первичной и вторичной как отдельные пары на каждом плече.

Большая часть участков обмотки из-за своей конструкции подвержена внешнему охлаждению. Что по мере увеличения размера полностью зависит от размера ножек сердечника.

Трансформатор с сердечником и корпусом

Магнитные сердечники, 400 Гц:

Для аэрокосмической промышленности используются сердечники трансформаторов средней частоты 400 Гц.Поскольку обычно используется кремнистая сталь, она становится неудобной для среднего диапазона 50 Гц. Чтобы компенсировать потребности материала с низким гистерезисом.

В

от 50 до 60 Гц используются сердечники из многослойной электротехнической стали с высочайшей проницаемостью, перфорированные из стали толщиной от 0,6 до 1,5 мм. Чтобы уменьшить вихревые токи на весь сердечник трансформатора и повысить КПД, они дополнительно покрываются лаком.

Из-за своих некристаллических свойств аморфный сердечник используется в трансформаторах для приложений от 50 до 60 Гц в такой ситуации.Которая по сравнению со сталью CRGO имеет сравнительно меньшие потери.

Но прежде чем мы узнаем, почему сердечник трансформатора ламинирован

Они разрабатываются в соответствии со спецификациями, чтобы гарантировать отсутствие тока через них. Однако все еще существует магнитный поток, заключенный в форму круговой петли, которую можно изменить, изменив силу магнитного поля, используемого для протекания тока, называемого вихревым током.

Ламинированные сердечники используются для эффективной передачи энергии от вторичной к первичной с целью предотвращения значительных потерь.

Вихревые токи устраняются за счет их уменьшения с помощью ламинированного сердечника, что приводит к нагреву и потере гистерезиса.

Магнитный поток с ламинированным сердечником

Таким образом, они намного более эффективны в эксплуатации, поскольку сам ламинат представляет собой стопки листов электротехнической стали. Это делает ламинат более устойчивым к вихревым токам, чем другие. Это предотвращает перегрев и делает его конструктивно более эффективным.

Материал сердечника трансформатора

Сердечник трансформатора должен иметь высокое электрическое сопротивление и очень низкие гистерезисные потери.В производстве широко используется сталь CRGO. Благодаря улучшенным электрическим свойствам они используются в большинстве электрических приложений из-за свойств материала.

В трансформаторах используются следующие материалы в порядке возрастания их популярности.

Аморфная сталь:

Поскольку это металлические ленты толщиной с бумагу и очень хрупкие, они изготовлены из аморфной стали, называемой металлическим стеклом. Аморфная сталь чаще всего используется в высокопроизводительных трансформаторах.

Кремниевая сталь:

У них более высокое электрическое сопротивление. Поскольку они обладают более высоким насыщением магнитного потока и меньшим сопротивлением, они подходят для изготовления раненых и многослойных сердечников.

Ферритовая керамика:

Керамические компаунды из оксида металла — это определенный вид керамики. В высокочастотных трансформаторах используются такие ферритовые сердечники, но проводимость оставляет желать лучшего.

Какие факторы следует учитывать при изготовлении сердечника трансформатора?

При производстве учитываются следующие важные факторы:

• Источник более качественного материала.
• Снижение возможных потерь.
• Доступность материалов и меньшие затраты на рабочую силу.
• Показатели качества
• Требуется контроль качества на каждом этапе производства, чтобы свести к минимуму потери производительности и обеспечить максимально гладкие пути прохождения тока намагничивания.

При максимальной плотности потока 1,9 Тесла CRGO насыщается поперечным сечением. Для достижения оптимальных характеристик магнитным потоком можно управлять с помощью площади поперечного сечения сердечника в зависимости от конкретного применения.

Потери в сердечнике трансформатора

Сталь

обладает свойствами минимизировать сопротивление магнитного пути и эффективно облегчать прохождение магнитного потока через него. Но помимо этого, это часто увеличивает определенные потери. Обе потери — это потеря на вихревые токи и потеря на гистерезис. Мы называем эти две потери вместе потерями в сердечнике трансформатора.

По каким параметрам определяется сердечник трансформатора?

Определяется на основании параметров ранжирования трансформаторов.Для нижнего трансформатора часто указывается квадрат формы этого центра. Обмотка рассчитывается соответственно. Они также имеют чрезвычайно низкую текущую мощность и очень экономичны в масштабах.

Также на основе рейтинга трансформаторов. Сердечники прямоугольной формы используются для снижения тока для трансформаторов с меньшими номиналами, а проводник можно легко намотать в квадратную или прямоугольную форму. Для людей с меньшим рейтингом экономичнее квадратное или прямоугольное ядро.

Что касается трансформаторов с более высокими номиналами, то обмотка цилиндрической формы определяется в зависимости от конструкции и использования.В некоторой степени уменьшите расстояние между сердечником и его обмоткой. Чтобы создать круглое поперечное сечение сердечника, различные этапы ламинирования разреза складываются друг с другом. Они могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми в зависимости от размера и потерь.

В то время как тяжелые трансформаторы имеют больший сердечник трансформатора, по которому проходит большее количество тока. Когда дело доходит до формы проводника, обмотка цилиндрической формы используется с медным проводником, в отличие от квадрата, который не может быть сформирован или изогнут.

После намотки, заполненной ступенчатым поперечным сечением, осталось большое количество огромных зазоров. Этот тип поперечного сечения может иметь один или несколько многоступенчатых многослойных сердечников.

Вот видео на YouTube, в котором описаны типы сердечников трансформаторов.

Сердечник трансформатора и конструкция сердечника трансформатора

Назначение сердечника трансформатора

В силовом трансформаторе электроэнергии есть первичная, вторичная, а иногда и третичная обмотка.Характеристики трансформатора в основном зависят от магнитных связей между этими обмотками. Для эффективной магнитной связи между этими обмотками в трансформаторе должен быть предусмотрен один магнитный тракт с низким сопротивлением, общий для всех обмоток. Этот магнитный путь с низким сопротивлением в трансформаторе известен как сердечник трансформатора . Три основных типа сердечников трансформатора:

1. Трансформаторы с сердечником
2. Трансформаторы с корпусом
3. Трансформаторы с воздушным сердечником

Влияние диаметра сердечника трансформатора

Рассмотрим диаметр сердечника трансформатора be ′ D ′.
Затем площадь поперечного сечения сердечника,

Теперь, напряжение на виток,

Где, B _м — максимальная магнитная индукция сердечника.

E пропорционально D ² .
Следовательно, напряжение на виток увеличивается с увеличением диаметра сердечника трансформатора.
Опять же, если напряжение на обмотке трансформатора равно V.
Тогда V = eN, где N — количество витков в обмотке.
Если V постоянно, e обратно пропорционально N. И, следовательно, D ² обратно пропорционально N.Так, диаметр сердечника увеличивается, количество витков в обмотке трансформатора уменьшается. Уменьшение количества витков, уменьшение высоты ветвей сердечника, несмотря на уменьшение высоты ветвей сердечника, увеличившееся в диаметре сердечника, приводит к увеличению габаритного диаметра магнитопровода трансформатора . Этот увеличенный вес стали в конечном итоге приводит к увеличению потерь в сердечнике трансформатора. Увеличение диаметра сердечника приводит к увеличению основного диаметра на обмотке. Несмотря на увеличенный диаметр витков обмотки, меньшее количество витков в обмотках приводит к меньшим потерям меди в трансформаторе.

Итак, мы продолжаем увеличивать диаметр сердечника трансформатора, потери в сердечнике трансформатора будут увеличиваться, но в то же время потери нагрузки или потери меди в трансформаторе уменьшаются. С другой стороны, если диаметр сердечника уменьшается, вес стали в сердечнике уменьшается; что приводит к меньшим потерям в сердечнике трансформатора, но в то же время это приводит к увеличению количества витков в обмотке, означает увеличение веса меди, что приводит к дополнительным потерям меди в трансформаторе.Таким образом, диаметр сердечника должен быть оптимизирован во время проектирования сердечника трансформатора , учитывая оба аспекта.

Материал сердечника трансформатора

Основная проблема сердечника трансформатора заключается в его гистерезисе и потерях на вихревые токи. Потери на гистерезис в трансформаторе в основном зависят от материалов сердечника. Обнаружено, что небольшое количество кремния, легированного сталью с низким содержанием углерода, дает материал для сердечника трансформатора, который имеет низкие гистерезисные потери и высокую проницаемость. Из-за увеличения потребности в мощности необходимо еще больше снизить потери в сердечнике, и для этого применяется другой метод обработки стали, известный как холодная прокатка. Этот метод обеспечивает ориентацию зерна в ферромагнитной стали в направлении прокатки.

Стальная сердцевина, прошедшая как легирование кремнием, так и холодную прокатку, широко известна как CRGOS или холоднокатаная кремниевая сталь с ориентированной зернистостью. Этот материал сейчас повсеместно используется для изготовления сердечников трансформаторов.

Хотя этот материал имеет низкие удельные потери в железе, но все же; у него есть некоторые недостатки, например, он подвержен увеличению потерь из-за потока потока в направлении, отличном от ориентации зерен, а также подвержен ухудшению характеристик из-за удара изгиба и вырубки режущего листа CRGOS. На обе поверхности листа нанесено изолирующее оксидное покрытие.

Оптимальная конструкция поперечного сечения сердечника трансформатора

Максимальная магнитная индукция стали CRGO составляет около 1. 9 тесла. Означает, что сталь становится насыщенной при плотности магнитного потока 1,9 Тл. Одним из важных критериев для конструкции сердечника трансформатора является то, что он не должен быть насыщен во время нормального режима работы трансформатора. Напряжения трансформатора зависят от его полного намагничивающего потока. Полный намагничивающий поток через сердечник — это не что иное, как произведение плотности потока и площади поперечного сечения сердечника. Следовательно, магнитной индукцией сердечника можно управлять, регулируя площадь поперечного сечения сердечника во время его проектирования.

Идеальная форма поперечного сечения сердечника трансформатора — круглая. Для получения идеального круглого поперечного сечения каждый последующий ламинированный стальной лист должен быть разрезан на разные размеры и размеры. Это абсолютно неэкономично для практического производства. На самом деле производители используют разные группы или пакеты заранее определенного количества ламинированных листов одинакового размера. Группа или пакет представляет собой блок ламинированных листов с заранее определенной оптимальной высотой (толщиной). Ядро представляет собой сборку этих блоков таким последовательным образом в зависимости от их размера от центральной линии сердечника, что дает оптимальную круглую форму поперечного сечения.Такое типичное поперечное сечение показано на рисунке ниже.

Маслопроводы необходимы для охлаждения активной зоны. Охлаждающие каналы необходимы, потому что температура горячих точек может стать опасно высокой, а их количество зависит от диаметра сердечника и материалов, из которых он изготовлен. Кроме того, с обеих сторон сердечника необходимы стальные зажимные пластины для зажима ламинации. Блоки ламинирования стального листа, маслопроводы и прижимные пластины; все должно лежать на периферии оптимального основного круга.
Чистая площадь поперечного сечения рассчитывается на основе размеров различных пакетов, и делается поправка на пространство, потерянное между слоями (известное как коэффициент штабелирования), для которого толщина стального листа 0,28 мм с изоляционным покрытием составляет приблизительно 0,96. Также вычитается площадь маслопроводов. Отношение чистой площади поперечного сечения сердечника к общей площади поперечного сечения внутри воображаемой периферийной окружности известно как коэффициент использования сердечника трансформатора. Увеличение числа шагов улучшает коэффициент использования, но в то же время увеличивает стоимость производства.Оптимальное количество ступеней от 6 (для меньшего диаметра) до 15 (для большего диаметра).

Производство сердечника трансформатора

При изготовлении сердечника трансформатора учитываются основные факторы

1. Повышенная надежность.
2. Снижение потерь в стали в трансформаторе и тока намагничивания.
3. Снижение затрат на материалы и рабочую силу.
4. Снижение уровня шума.

Проверка качества необходима на каждом этапе производства, чтобы гарантировать качество и надежность.Стальной лист необходимо испытать на предмет обеспечения конкретных значений потерь в сердечнике или в стали. Ламинирование должно быть тщательно проверено и осмотрено визуально, ржавчина и изгибы ламината должны быть отклонены. Для уменьшения шумов трансформатора ламинаты должны быть плотно прижаты друг к другу и по возможности избегать пробивных отверстий, чтобы минимизировать поперечные магнитные потери в стали. Воздушный зазор на стыке конечностей и ярм должен быть уменьшен, насколько это возможно, чтобы обеспечить максимально гладкие пути прохождения тока намагничивания.

Угловое соединение конечностей с помощью хомутов

Потери в сердечнике в трансформаторе происходят в основном из-за:

1. Поток магнитного потока вдоль направления ориентации зерен,
2. Поток магнитного потока перпендикулярно направлению ориентации зерен, это также известные как поперечные потери железа. Потеря поперечного зерна в основном происходит в зонах стыковки углов ветвей с коромыслами и в некоторой степени может контролироваться с помощью специальных приемов стыковки углов.Обычно в сердечнике трансформатора используются соединения двух типов:
   1. Чередующиеся соединения
   2. Соединения под углом

Чередующиеся соединения в сердечнике трансформатора

Чередующиеся соединения в сердечнике трансформатора — это простейшая форма соединений. Это соединение показано на рисунке. Флюс выходит и входит в стык перпендикулярно ориентации зерен. Следовательно, поперечные потери зерна в соединениях этого типа высоки. Но, учитывая низкую стоимость изготовления, предпочтительно использовать трансформатор малой мощности.

Скошенные стыки в сердечнике трансформатора

Здесь ламинат разрезан под углом 45 ^o . Кромки ламинированных ветвей и ярма располагаются лицом к лицу в стыках со скосом в сердечнике трансформатора. Здесь флюс входит и выходит из ламинации, получает плавный путь в направлении своего потока; следовательно, поперечные потери здесь минимальны. Однако это связано с повышенными производственными затратами. Предпочтительно использовать в типах трансформаторов, где минимизация потерь является основным критерием при проектировании сердечника трансформатора .

Конструкция сердечника трансформатора и классы охлаждения

Тип и форма сердечника влияют на КПД трансформатора. Поскольку все трансформаторы имеют потери мощности, охлаждение трансформатора является частью номинальной мощности.

Ядра

Конструкция сердечников трансформатора влияет на КПД трансформатора. Сердечники состоят из ножек и ярм. Вертикальные ножки поддерживают катушки, а верхняя и нижняя коромысла соединяют ножки. Концы пластин, используемых для создания сердечника, часто обрезаны под углом 45 °, а не под прямым углом (см. Рисунок 1).Это позволяет слоям ламинирования ножек и коромысел немного перекрываться в углах. Это помогает улучшить путь магнитной проводимости через сердечник.

Рис. 1. Пластины, используемые для изготовления сердечников, часто разрезаются под углом 45 °, чтобы обеспечить перекрытие для улучшения пути магнитной проводимости.

В понижающем трансформаторе сначала наматывается вторичная обмотка, которая располагается ближе всего к сердечнику со слоем изоляционного материала между ними.Затем наматывается первичная обмотка и помещается поверх низковольтной катушки со слоем изоляционного материала между ними. Эта конструкция размещает проводники, находящиеся под высоким напряжением, на большем физическом расстоянии от утюга, который обычно заземлен. В повышающем трансформаторе сначала наматывается первичная обмотка, а сверху — вторичная.

Сердечник электрически соединен с зажимами сердечника, стальной конструкцией и кожухом, все из которых соединены проводом с заземлением установки или системы.Три распространенных типа трансформаторов — это трансформаторы с сердечником, корпусные трансформаторы и тороидальные трансформаторы.

Трансформаторы с сердечником

Трансформатор с сердечником имеет обмотки, расположенные вокруг каждой ветви из материала сердечника. Толстый слой изоляционного материала обернут вокруг ножек, чтобы предотвратить электрический контакт между проводом катушки и железом ножки. Трехфазные трансформаторы обычно имеют трехполюсную конструкцию. Однофазные трансформаторы обычно имеют двухполюсную конструкцию. Трансформаторы с сердечником обычно дешевле, чем трансформаторы других типов, поскольку используется меньше железа и корпус меньше.

Трансформаторы корпусные

Трансформатор оболочечного типа имеет дополнительные ножки и металлический корпус, окружающий сердечник. Сверхпроводящий материал помогает свести к минимуму поток утечки сердечника. Обычные трансформаторы корпусного типа включают сердечники с 3, 5 и 7 выводами. Трехфазные трансформаторы обычно имеют 5 или 7 ветвей. Две вспомогательные ножки 7-веточной конструкции обеспечивают симметрию трех магнитных цепей сердечника. Однако дополнительные ветви трансформатора кожухового типа приводят к увеличению емкости между первичной и вторичной обмотками.Такая конструкция позволяет более равномерно распределять поток между различными ветвями сердечника. Более равномерное распределение потока приводит к уменьшению гармоник. Однофазные трансформаторы обычно имеют трехполюсную конструкцию.

Рис. 2. Однофазные и трехфазные трансформаторы с сердечником и корпусом. Изображение предоставлено SpinningSpark (CC 3. 0)

Трансформаторы с тороидальным сердечником

Трансформатор с тороидальным сердечником имеет сердечник в форме пончика с медной проволокой, намотанной по всему сердечнику (см. Рисунок 3).Тороидальный сердечник состоит из длинной полосы магнитного материала и плотно скручивает ее, придавая ей форму, напоминающую пружину. Поскольку сердечник изготовлен из цельного куска магнитного материала, такая конструкция обеспечивает наилучшее соединение между первичной и вторичной обмотками.

Первичный и вторичный провода наматываются через центральное отверстие, вокруг сердечника и обратно через центральное отверстие. Провод можно обернуть, чтобы обеспечить полное покрытие сердечника и полностью удерживать магнитное поле, ограниченное сердечником, для повышения эффективности.Тороидальные трансформаторы также тише других трансформаторов. Тороидальные трансформаторы чаще всего используются в относительно высокочастотных приложениях, таких как аудио и R.F. компоненты.

Рис. 3. Тороидальный трансформатор имеет сердечник в форме пончика с обмотками, намотанными вокруг сердечника. Изображение предоставлено GlobalSpec

Охлаждение трансформатора

Часть мощности трансформатора определяется рассеиванием тепловых потерь, генерируемых в трансформаторе, и повышением температуры трансформатора при подаче определенной нагрузки.Из-за высокой концентрации проводника в обмотках нагрев является важным фактором при установке и конструкции трансформатора. Если в трансформаторе или вокруг него остается чрезмерное тепло, изоляция проводников, составляющих обмотки, будет повреждена и, возможно, выйдет из строя. Любые средства, которые могут экономично рассеивать тепло, генерируемое в катушках и магнитной цепи, более легко позволяют увеличить номинальные характеристики трансформатора, имеющего определенный физический размер, или позволяют уменьшить размеры блока, имеющего определенную номинальную мощность в кВА. Трансформаторы могут быть обозначены как сухие, где для охлаждения катушек используется воздух, или как жидкостные, когда катушки погружены в масло.

Типы охлаждающих жидкостей

Хотя сухие трансформаторы охлаждаются воздухом, иногда требуется дополнительное охлаждение для достижения желаемой номинальной нагрузки. Это достигается погружением змеевиков в жидкий теплоноситель. Масла, обычно используемые в качестве охлаждающих жидкостей, также действуют как электрические изоляторы, поэтому они обладают очень высокой диэлектрической прочностью.

Минеральное масло — обычная охлаждающая жидкость, используемая в трансформаторах. Минеральное масло имеет более высокую диэлектрическую прочность, чем воздух, поэтому оно действует как изолятор. Он также имеет более высокую теплоемкость, чем воздух, поэтому действует как хладагент. Однако минеральное масло легко воспламеняется.

Askarels — это класс масел, которые были разработаны для замены минеральных масел в местах, где существует проблема воспламеняемости. Аскарелы считаются негорючими. Однако они могут разлагаться под воздействием тепла с образованием соляной кислоты и токсичных химикатов, таких как диоксины.Кроме того, некоторые виды аскарелов содержат полихлорированные бифенилы (ПХБ). Использование аскарелей в новых трансформаторах в США было запрещено в 1977 году. Многие старые трансформаторы в полевых условиях до сих пор содержат ядовитые аскарелы. При работе со старыми маслонаполненными трансформаторами необходимо соблюдать особую осторожность.

Высокотемпературные углеводороды и синтетические сложные эфиры все чаще используются в качестве охлаждающих жидкостей трансформаторов. Оба типа материалов очень стабильны при относительно высоких температурах, но высокая стоимость в некоторой степени ограничивает их использование только в самых критических областях.Силиконы и галогенированные жидкости использовались в прошлом, но редко используются сейчас, потому что оба проявляют биологическую стойкость в окружающей среде в случае разлива.

Классы охлаждения

Исторически класс охлаждения трансформатора давался обозначением из 2-4 букв, обозначающим воздух (A), воду (W), минеральное изоляционное масло (O) или синтетическую негорючую изоляционную жидкость (L), а также природное происхождение. использовалась конвекция (N) или принудительная конвекция (F). Класс охлаждения сухих трансформаторов определен в IEEE C57.94-1982 (R-1987) (см. Рисунок 4).

Рис. 4. Класс охлаждения сухих трансформаторов определяет, вентилируется ли трансформатор и является ли трансформатор с самоохлаждением или с принудительным воздушным охлаждением.

Класс охлаждения жидкостных трансформаторов исторически имел подобное обозначение. Класс охлаждения жидкостных трансформаторов был недавно изменен. Класс охлаждения трансформаторов, погруженных в жидкость, теперь определен в стандарте IEEE C57.12.00-2000. В этом стандарте предусмотрено 4-буквенное обозначение, которое указывает конкретные критерии, касающиеся типа масла, того, как масло циркулирует, что используется для охлаждения масла и как масло охлаждается снаружи (см. Рисунок 5).

Рис. 5. Класс охлаждения жидкостных трансформаторов описывает тип масла, то, как масло циркулирует, что используется для охлаждения масла и как масло охлаждается снаружи.

Пределы температуры

Повышение температуры трансформатора — это разница между максимальной температурой ядра в горячей точке при полной нагрузке и температурой в нерабочем состоянии.Повышение температуры должно быть ограничено, чтобы местная температура не превышала номинальные характеристики изоляции. Величина повышения температуры трансформатора зависит от конструкции трансформатора, условий окружающей среды и нагрузки. Общие конструктивные факторы, влияющие на величину повышения температуры, включают диаметр обмоточного провода, а также размер и конструкцию сердечника.

Рис. 6. Температурный режим трансформатора определяется допустимым превышением температуры и превышением допустимой температуры горячей точки.

Существует несколько стандартных номиналов трансформатора, основанных на допустимом превышении температуры (см. Рисунок 6). Например, изоляционные материалы класса 105 (A) могут использоваться только в трансформаторах, которые рассчитаны на постоянное повышение температуры при полной нагрузке, не превышающее 55 ° C по сравнению с температурой окружающей среды 40 ° C. Стандарты допускают температуру самой горячей точки на 10 ° C выше нормального повышения температуры. Следовательно, трансформатор класса 105 (A) при полной нагрузке имеет среднюю температуру проводника 95 ° C при работе при температуре окружающей среды 40 ° C и максимальную температуру самой горячей точки проводника 105 ° C.Другие классы имеют другие значения для допустимого повышения температуры и повышения температуры горячей точки.

3 основных типа магнитных сердечников, используемых в трансформаторах

Двигатели и трансформаторы не будут нормально работать без сердечника. Сердечники, используемые в повышающих / понижающих трансформаторах, могут состоять из нескольких различных материалов в зависимости от области применения. Сердечник оказывает сильное влияние на функциональность трансформатора. Размер и геометрия сердечника будут определять мощность, напряжение и ток, которые может обеспечить трансформатор.Сердечник — это проводник для магнитного потока, который течет, когда сигнал переменного тока подается на первичную катушку. Этот поток сердечника передает энергию от первичной обмотки к вторичной обмотке. Чтобы сделать это эффективно, трансформаторы имеют сердечники из многослойной стали или аморфные. В этом посте мы обсудим различные материалы, из которых изготовлены сердечники трансформатора.

Три основных типа стальных сердечников, используемых в магнитных трансформаторах

Магнитные трансформаторы

имеют сердечники, изготовленные из следующих материалов:

• Твердый чугун / сталь: Раньше твердый отожженный чугун или сталь были популярным материалом для сердечника, поскольку они допускали сильные магнитные поля. В последнее время он стал непопулярным из-за того, что производит вихревые токи, которые делают трансформатор неэффективным. Они также выделяют большое количество тепла, которое влияет на общую производительность трансформатора.

• Многослойный кремниевый сплав / Кремниевая сталь: Пластины из кремниевого сплава, которые в основном представляют собой тонкие полоски кремниевого сплава, уложены вместе и используются в качестве сердечника. Эти сердечники обычно используются в электрических трансформаторах 50/60/400 Гц. Материал сердечника в такой форме обеспечивает эффективное распространение магнитного поля с уменьшенными вихревыми токами и рассеиванием тепла.

• Аморфная сталь: Сердечники, состоящие из очень тонких полос из аморфной стали, могут использоваться в трансформаторах, работающих от средних до высоких частот. При использовании этого материала на этих частотах поток вихревых токов значительно снижается. Следовательно, это предпочтительный материал, если вы хотите сделать ваш трансформатор средней частоты чрезвычайно эффективным.

В зависимости от области применения можно выбрать подходящий сердечник для поддержки эффективной работы трансформатора.Например, трансформатор, который необходим для преобразования «настенной мощности» в соответствующие напряжения, необходимые для работы источника питания лазера, сильно отличается от трансформатора, используемого для создания таких же напряжений, но в импульсном источнике питания. Поэтому важно использовать эти знания при выборе ядра, которое поможет вашему приложению работать оптимально. Выбор правильного ядра также означает меньшие затраты и меньшее время разработки.

3 основных типа магнитных сердечников, используемых в трансформаторах, последнее изменение: 13 декабря 2018 г., gt stepp

О gt stepp

GT Stepp — инженер-электрик с более чем 20-летним опытом работы, специалист в области исследований, оценки, испытаний и поддержка различных технологий.Посвящен успеху; с сильными аналитическими, организационными и техническими навыками. В настоящее время работает менеджером по продажам и операциям в Custom Coils, разрабатывая стратегии продаж и маркетинга, которые увеличивают продажи, чтобы сделать Custom Coils более узнаваемыми и уважаемыми на рынке.

Трансформаторы

Трансформаторы

Далее: Согласование импеданса
Up: индуктивность
Предыдущая: Схема

Трансформатор — это устройство для повышения или понижения напряжения
переменный электрический
сигнал.Без эффективных трансформаторов трансмиссия и
распределение переменного тока
электричество на большие расстояния было бы невозможно. Рисунок 51
показана принципиальная схема типичного трансформатора.
Есть две схемы. А именно, первичная цепь и вторичная цепь .
Между двумя цепями нет прямого электрического соединения, но
каждая цепь содержит катушку, которая соединяет ее индуктивно с другой цепью.
В реальных трансформаторах две катушки намотаны на один и тот же железный сердечник. Назначение железного сердечника — направлять магнитный поток, генерируемый
ток, протекающий вокруг первичной обмотки, так что
насколько это возможно, также связывает
вторичная обмотка. Общий магнитный поток, связывающий две катушки, обычно
обозначается на принципиальных схемах рядом параллельных прямых линий, проведенных между катушками.

Рассмотрим особенно простой трансформатор, в котором первичная и вторичная
катушки — это соленоиды с одним и тем же заполненным воздухом сердечником.Предположим, что
— длина сердечника; — площадь его поперечного сечения. Пусть будет
общее количество витков в первичной обмотке, и пусть будет
общее количество витков
во вторичной обмотке. Предположим, что переменное напряжение

подается в первичную цепь от некоторого внешнего источника переменного тока. Здесь,
— пиковое напряжение в первичной цепи, а —
частота чередования (в радианах в секунду).Течение вокруг
первичная цепь написана

где — пиковый ток. Этот ток генерирует
изменение магнитного потока,
в сердечнике соленоида, который связывает вторичную катушку, и, таким образом,
индуктивно генерирует переменную ЭДС

во вторичной цепи, где — пиковое напряжение. Предположим, что это
ЭДС управляет переменным током

вокруг вторичной цепи, где — пиковый ток.

Записывается уравнение первичной цепи

при условии, что в этой цепи пренебрежимо мало сопротивления. Первый срок
в приведенном выше уравнении — это ЭДС, генерируемая извне. Второй член
противоэдс из-за самоиндукции первичной катушки. В
последний член — ЭДС из-за взаимной индуктивности первичной обмотки.
и вторичные катушки. При отсутствии значительного сопротивления в первичной обмотке
В цепи эти три ЭДС должны в сумме равняться нулю.Уравнения (281), (282),
(284) и (285) можно объединить, чтобы получить

поскольку

Возникающая во вторичном контуре переменная ЭДС состоит из
ЭДС, генерируемая собственной индуктивностью вторичной катушки, плюс
ЭДС, создаваемая взаимной индуктивностью первичной и вторичной катушек.Таким образом,

Уравнения (282), (283),
(284), (287) и (288) дают

Теперь мгновенная выходная мощность внешнего источника переменного тока, который управляет
первичный контур

Точно так же мгновенная электрическая энергия в единицу времени индуктивно передается от
первичный к вторичному контуру

Если резистивные потери в первичной обмотке
и вторичные цепи пренебрежимо малы, как предполагается, тогда,
за счет сохранения энергии эти
две силы должны всегда равняться друг другу. Таким образом,

что легко сводится к

Уравнения (286), (289) и (293) дают

который дает

и, следовательно,

Уравнения (293) и (296) можно объединить, чтобы получить

Обратите внимание, что, хотя взаимная индуктивность двух катушек равна
несет полную ответственность за передачу
энергия между первичной и вторичной цепями, это собственная индуктивность
двух катушек, которые определяют соотношение пиковых напряжений и
пиковые токи в этих цепях.

Теперь из Разд. 10.2, собственные индуктивности первичной и
вторичные обмотки даны как

и
, соответственно. Следует
тот

и, следовательно, что

Другими словами, соотношение пиковых напряжений и пиковых токов
в первичном и вторичном контурах определяется соотношением
количество витков в первичной и вторичной обмотках.Это последнее соотношение
обычно называют передаточным числом трансформатора. Если
вторичная обмотка содержит на витков больше, чем первичная обмотка, на витков больше, чем
пиковое напряжение во вторичной цепи превышает пиковое напряжение в первичной цепи.
Этот тип трансформатора называется повышающим трансформатором , потому что
он увеличивает напряжение сигнала переменного тока. Обратите внимание, что в повышении
трансформатор пиковый ток во вторичной обмотке
цепь на меньше, чем пиковый ток в первичной цепи на (как и должно быть, если необходимо сохранить энергию).Таким образом,
повышающий трансформатор фактически понижает ток. Так же,
если вторичная обмотка содержит на витков меньше, чем первичная обмотка
тогда пиковое напряжение во вторичной цепи на меньше, чем на
в первичном контуре. Этот тип трансформатора называется понижающим .
трансформатор . Обратите внимание, что понижающий трансформатор фактически увеличивает
ток ( т.е. , пиковый ток во вторичной цепи
больше, чем в первичном контуре).

Электроэнергия переменного тока вырабатывается на электростанциях при довольно низком пиковом напряжении
( и.е. , что-то вроде 440 В), и потребляется внутренним
пользователем при пиковом напряжении 110 В (в США). Однако электричество переменного тока
передается от электростанции к месту потребления
при очень высоком пиковом напряжении (обычно 50 кВ). Фактически, как только сигнал переменного тока
выходит из генератора на электростанции, подается на повышающий
трансформатор, повышающий пиковое напряжение с нескольких сотен вольт до многих десятков
киловольт. Выход повышающего трансформатора подается на
линия электропередачи высокого напряжения, которая обычно транспортирует электроэнергию по
многие десятки километров, и, как только электричество достигнет своего
точка потребления, он питается через серию понижающих трансформаторов
до тех пор, пока к моменту выхода из домашней розетки его пиковое напряжение не станет равным
только 110В.Но если электричество переменного тока генерируется и потребляется на
сравнительно низкие пиковые напряжения, зачем возиться с
повышение пикового напряжения до очень высокого значения на
электростанции, а затем снова понизить напряжение, когда электричество
дошел до своей точки потребления? Почему бы не создавать, передавать и
распределять электричество при пиковом напряжении 110В?
Что ж, рассмотрим электрический
линия электропередачи, по которой передается пиковая электрическая мощность между электростанциями
и город. Мы можем думать о том, что
зависит от количества потребителей в городе и характера
электрические устройства, с которыми они работают, как по существу фиксированное количество.Предположим, что и — пиковое напряжение и пиковый ток
сигнала переменного тока, передаваемого по линии,
соответственно. Мы можем рассматривать эти числа как переменные, поскольку мы можем изменять
их с помощью трансформатора. Однако, поскольку произведение пика
напряжение и пиковый ток должны оставаться постоянными. Предположим, что сопротивление
линии есть. Пиковая скорость потери электроэнергии из-за
к омическому нагреву в строке есть, что можно записать

Таким образом, если мощность, передаваемая по линии, является фиксированной величиной,
как и сопротивление линии, тогда
мощность, потерянная в линии из-за омического нагрева, изменяется как обратный квадрат
из
пиковое напряжение в линии. Оказывается, даже при очень высоких напряжениях
например, 50 кВ, омические потери мощности в
линии электропередачи протяженностью десятки километров
может составлять до 20% передаваемой мощности. Это легко может быть
оценил, что если была сделана попытка передать электрическую мощность переменного тока
при пиковом напряжении 110 В омические потери будут настолько значительными, что практически ни один из
сила достигнет своей цели. Таким образом, можно только сгенерировать
электроэнергию в центральном месте, передавать ее на большие расстояния,
а затем распределить его в точке потребления, если передача
выполняется при очень высоких пиковых напряжениях (чем выше, тем лучше).Трансформеры
играют жизненно важную роль в этом процессе, потому что они позволяют нам активизировать
и понизить напряжение электрического сигнала переменного тока
очень эффективно (хорошо продуманный
трансформатор обычно имеет потери мощности, которые составляют всего несколько процентов от
полная мощность, протекающая через него).

Конечно, трансформаторы не работают на электричестве постоянного тока, потому что
магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, не меняется во времени,
и, следовательно, не вызывает ЭДС во вторичной обмотке.
На самом деле не существует эффективного метода повышения или
понижение напряжения электрического сигнала постоянного тока.Таким образом, это
невозможно эффективно передавать электроэнергию постоянного тока на большие расстояния.
Это основная причина, почему
коммерчески производимая электроэнергия — это переменный ток, а не постоянный ток.

Далее: Согласование импеданса
Up: индуктивность
Предыдущая: Схема