Конструкция трансформаторов

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

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

Передача энергии в автотрансформаторе осуществляется как посредст-вом магнитного поля, так и электрическим путем.

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

Магнитопроводы трансформаторов изготавливаются из электротехни-ческих сталей, железо-никелевых (пермаллоевых) сплавов, ферритов и магнитодиэлектриков.

Электротехнические стали обозначаются четырьмя цифрами. Цифра, стоящая на первом месте, обозначает вид проката и структурное состояние: 1 – горячекатаная изотропная; 2 – холоднокатаная изотропная; 3 – холодно-катаная анизотропная сталь.

Цифра, стоящая на втором месте, характеризует процентное содержа-ние кремния: 0 – до 0,4% (нелегированная сталь); 1 – 0,4... 0,8%; 2 – 0,8 …1,8%; 3 – 1,8 … 2,8%; 4 – 2,8 … 3,8%; 5 – 3,8 …4,8%.

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

Цифра, стоящая на четвертом месте, характеризует значение нормируе-мого параметра.

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

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

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

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

Ферриты применяются для изготовления магнитопроводов трансфор-маторов, работающих на частотах 20 … 100 кГц и выше. Наибольшее приме-нение находят термостабильные марганец-цинковые ферриты 700НМ, 1000НМ3, 1500НМ1, 1500НМ3, 2000НМ1, 2000НМ3. Эти материалы характеризуются малым значением индукции насыщения ( Тл), высо-кой магнитной проницаемостью и малыми удельными потерями.

Для изготовления магнитопроводов высокочастотных трансформато-ров однотактных преобразователей, работающих при однополярном намагни-чивании, применяются также магнитодиэлектрики на основе молибденового пермаллоя МП-60, МП-140, МП-160, МП-250. Характерной особенностью их является малая зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля при .

В табл. 1 приведены типы магнитных материалов в диапазоне частот 1 … 100 кГц с указанием рекомендуемой толщины ленты для электротехни-ческих сталей и пермаллоевых сплавов. Знаком «+» обозначены рекомендуе-мые диапазоны частот для трансформаторов, магнитопровод которых выпол-нен из феррита или магнитодиэлектрика.

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

Магнитопровод стержневого типа (рис. 1, а) имеет два стержня (верти-кальные участки АА магнитопровода), на каждом из которых располагается катушка, содержащая половину витков всех обмоток трансформатора. Половины каждой обмотки трансформатора соединяются между собой последовательно так, чтобы их магнитодвижущие силы (МДС) совпадали по контуру магнитопровода. Промышленностью выпускаются нормализованные ряды ленточных (ПЛ, ПЛВ) и прессованных (ПП) стержневых магнитопроводов. Выбранные для рядов соотношения основных размеров , , обеспечивают получение оптимальных массогабаритных или стоимостных характеристик трансформаторов.

Таблица 1

Магнитные материалы

Материал	Частота f, кГц
1…2	2…5	5…10	10…20	20…50	50…100
50НП 34НКМП 47НК 79НМ 40НКМ 1500НМ3 2000НМ1 2000НМ3 МП-60	0,08 0,08 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 – – – –	0,05 0,05 0,05 0,05 0,02 0,05 0,02 – – – +	– 0,05 0,02 0,02 0,02 0,05 0,02 – – – +	– – – 0,01 0,02 0,02 0,02 + + + +	– – – – 0,01 0,02 0,02 + + + –	– – – – 0,01 – 0,01 – + + –

Рис. 1. Конструкции магнитопроводов трансформаторов:

а – стержневого; б – броневого; в – кольцевого

Магнитопровод ленточного броневого типа (рис. 1, б) представляет собой два составленных вместе ленточных стержневых магнитопровода и имеет один стержень (средний вертикальный участок АА магнитопровода), на котором располагается катушка, несущая все обмотки трансформатора. Промышленность выпускает нормализованные ряды как ленточных (ШЛ, ШЛО, ШЛМ), так и прессованных (Ш, ШП) броневых магнитопроводов. В настоящее время для высокочастотных маломощных трансформаторов применяются также прессованные чашечные броневые магнитопроводы (тип Б).

Магнитопровод тороидального (кольцевого) типа представлен на рис. 1, в. Промышленность выпускает нормализованные ряды ленточных (ОЛ) и прессованных (К) магнитопроводов этого типа. В низковольтных трансфор-маторах тороидального типа обмотки обычно выполняются по всему периметру магнитопровода непрерывно, а в высоковольтных – секциями.

При частоте 50…400 Гц наибольшее применение находят трансфор-маторы стержневого, а при малой мощности (десятки вольт-ампер) – броневого типа. На частотах 5 кГц и выше в основном применяются торои-дальные трансформаторы.

Обмотки трансформаторов малой мощности (ТММ) выполняются из изолированного медного провода круглого или прямоугольного поперечного сечения. В отдельных случаях применяется также медная или алюминиевая фольга. Наибольшее применение находят медные провода с эмалевой изоляцией, которые имеют небольшую толщину изоляции, высокую электрическую прочность и стойкость к воздействию пропиточных лаков и компаундов. Основными типами высокопрочных эмалированных проводов являются провода ПЭВ-1 и ПЭВ-2 с винилфлексовой изоляцией, а также провода повышенной нагревостойкости ПЭТВ, ПЭТ-155, ПНЭТ-ИМИД.

Обмотки броневых и стержневых трансформаторов выполняются, как правило, концентрическими с каркасной (рис. 2, а) или бескаркасной намоткой (рис. 2, б). В обоих случаях используется рядовая многослойная намотка обмоток на каркасе или гильзе прямоугольной формы. Для исключения возможного сброса витков при бескаркасной намотке высота внешней обмотки уменьшается на 0,5…1 мм.

Рис. 2. Конструкция обмоток трансформатора:

а – каркасная; б – бескаркасная

В тороидальных трансформаторах обмотки укладываются на изолиро-ванный или защищенный каркасом магнитопровод.

Изоляция обмоток включает в себя витковую, межслоевую, межобмо-точную и наружную изоляции от магнитопровода и элементов конструкции. Марки некоторых изоляционных материалов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Электроизоляционные материалы

Вид	Название	Марка	Толщина, мм	Рабочая температура, ºС
Бумага	Кабельная Пропиточная Телефонная Конденсаторная Намоточная	К-120 ЭИП КТН КОН-2 ЭН-50	0,12 0,11 0,05 0,022 0,005	– –
Тканевые материалы	Лакоткань   Стеклолакоткань Стекломикалента	ЛШ 1 ЛШ 2   ЛШ 2 ЛСБ-1 ЛС2ФК	0,01; 0,15 0,08; 0,1; 0,12; 0,15 0,11 0,11 0,13; 0,15; 0,17; 0,22
Твердая изоляция	Электрокартон   Гетинак Стеклотекстолит	ЭВ   Б, В, Г СТ СТЭФ	0,1; 0,15; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2; 2,5; 3 0,2 и более 0,5 и более От 0,5 и более
Пленки	Фторопласт	Ф-4 ПЭТФ-20	0,04 0,02	Более 180 Более 180

Дата добавления: 2015-07-20