Обмотки трансформаторов

Обмотки трансформаторов отличаются друг от друга типом, количеством витков, поперечным сечением и маркой провода, направлением намотки, изоляционными расстояниями и толщиной витковой изоляции. Чем больше напряжение трансформатора, тем больше количество витков; с увеличением мощности возрастают сечения проводов и размеры обмоток. Плотность тока в обмотках выбирают по условиям нагрева в пределах 2,5—4 А/мм².
Следует строго различать направление намотки обмоток. Обмотки, намотанные в один слой, — однослойные, независимо от того, какой конец считать началом (верхний или нижний), имеют то направление, какое было получено при намотке. В многослойных обмотках, состоящих из нескольких слоев с переходами из слоя в слой (рис. 1, а), направление намотки чередуется. У таких обмоток за направление намотки принимают направление того слоя, у которого входной конец принят за начало.

Рис. 1. Схемы обмоток правого и левого направлений

Дисковые катушки, имеющие форму плоской спирали, считаются левыми или правыми в зависимости от того, какой конец выбран началом — внутренний или наружный.

Из рис. 1,6 видно, что если за начало у этих катушек принять наружные концы, то в расположенной справа катушке обмотка будет правой, а слева — левой. Если же за начало принять внутренние концы, то направление намотки обмоток изменится соответственно на левое и правое. Если дисковую катушку повернуть к наблюдателю другой плоскостью, то она будет иметь другое направление: левая станет правой, а правая — левой.
Обычно дисковые катушки делают парными (рис. 1, б). В этом случае наружные концы являются входными, а переход из одной катушки в другую осуществляется соединением внутренних концов. При этом направление намотки остается определенным и обмотка, состоящая из любого числа последовательно соединенных парных катушек одинаковой намотки, будет иметь то же направление намотки, что и отдельные парные катушки. В некоторых случаях для придания обмоткам большей механической прочности и повышения влагостойкости после сушки их пропитывают лаком и запекают в термошкафах при 100—110°С.

Рис.

   2.   Устройство двухслойной  цилиндрической обмотки
Рис. 3. Многослойная цилиндрическая обмотка:
а — общий вид,  б — межслоевая и концевая изоляция

В трансформаторах наибольшее применение получили обмотки следующих типов: однослойные и двухслойные цилиндрические, многослойные цилиндрические, многослойные катушечные, непрерывные, винтовые и дисковые.
В двухслойной, цилиндрической обмотке, намотанной двумя параллельными проводами (рис. 2), переход из слоя 4 в слой / сделан в нижней части. Между слоями образован канал 2 изоляционными планками 5, который служит для увеличения охлаждающей поверхности. Для выравнивания торцов обмотки установлены выравнивающие кольца 3.

При маркировке, показанной на рис. 2, обмотка является правой. Двухслойную обмотку, как и однослойную, применяют в основном в качестве обмотки НН трансформаторов мощностью 40—630 кВ-А.

Многослойную цилиндрическую обмотку (рис. 3, а) обычно наматывают проводом круглого сечения марок ПБ или АПБ. Остовом обмотки служит бумажно-бакелитовый цилиндр 1, на него намотан первый слой обмотки, а последующие— на бумажных цилиндрах 2, состоящих из нескольких слоев кабельной бумаги, служащей межслоевой изоляцией. Цилиндры 2 выступают за слои обмотки. В промежутках между выступающими слоями располагают бортики 5 (рис. 30,6), представляющие собой электрокартонные полосы толщиной 1—1,5 и шириной 12 мм, наклеенные на телефонную или кабельную бумагу шириной 60—80 мм. Для увеличения поверхности охлаждения обмотку разделяют на две части вертикальным каналом 3 (рис. 30, а). Его образуют рейки 4У установленные от цилиндра / на расстоянии, приблизительно равном 1/3 толщины обмотки. При напряжении 6—10 кВ часто применяют рейки из бука, при 35 кВ — из склеенного электрокартона.

Рис. 4. Магнитно-симметричная схема многослойной цилиндрической обмотки
Рис. 5.

Устройство непрерывной катушечной обмотки

Для придания большей механической стойкости многослойные цилиндрические обмотки часто выполняют по магнитно-симметричным схемам с пятью ответвлениями (рис. 4). По этой схеме регулировочные витки располагаются в двух слоях или одном наружном слое. Каждая ступень регулирования разделена на две симметричные и последовательно соединенные группы витков Р1 и Р2. На первом ответвлении в работе находится весь регулировочный слой обмотки, на втором из работы выключаются две средние группы, на третьем — две следующие, симметричные к краям, на четвертом — две предпоследние, на пятом — весь регулировочный слой.

Многослойные цилиндрические обмотки применяют главным образом в качестве обмоток ВН трансформаторов мощностью до 630 кВ-А, напряжением 3—35 кВ.
Обмотка, состоящая из плоских спиральных катушек, у которой, переход провода из катушки в катушку осуществляется без разрыва с помощью особых технологических приемов, называется непрерывной катушечной обмоткой. У такой обмотки (рис. 5) спиральные катушки 1 имеют одинаковый радиальный размер и расположены друг над другом; для охлаждения между ними образованы дистанционными прокладками 3 горизонтальные каналы 2. Каждый виток может состоять из одного или нескольких прямоугольных параллельных проводов. Обмотка, показанная на рис. 32, намотана одним проводом с шестью регулировочными ответвлениями 8 в середине.
Обмотка намотана на рейки 6, уложенные на бумажно-бакелитовом цилиндре 7, поэтому между цилиндром и обмоткой образован охлаждающий канал 5. Для создания надежной опорной поверхности на торцах обмотки установлены опорные кольца 4 из склеенного электрокартона.
Непрерывные обмотки трансформаторов IV габарита и выше, как правило, не имеют бумажно-бакелитовых цилиндров. Их наматывают на рейки, уложенные на специальной металлической оправке, которую после намотки вынимают. Горизонтальные каналы между катушками образованы дистанционными прокладками 2, нанизанными на рейки 1 (как показано на рис. 6). Для придания обмоткам большей механической прочности их наружную сторону «прошивают» электрокартонными рейками, пропуская их через прокладки 3 с двусторонним замком.
У обмоток напряжением 110 кВ для большей электрической прочности две первые катушки (входные) и две последние наматывают проводом с усиленной витковой изоляцией (1,68— 1,92 мм).
В непрерывных катушечных обмотках, состоящих из нескольких параллельных проводов, более удаленные от оси витки провода имеют большую длину, а менее удаленные — меньшую. Чтобы уравнять длины, а следовательно, сопротивления проводов при переходах из катушки в катушку, их меняют местами — делают транспозицию, как показано на рис. 7; тогда ток поровну распределяется между всеми параллельными проводами. Непрерывные обмотки монолитны и механически устойчивы; их применяют в качестве обмоток НН, СН и ВН.

Рис. 6. Рейки  и дистанционные прокладки обмоток

Рис. 7. Транспозиция проводов непрерывной обмотки:
1 и 6 — верхняя и нижняя катушки, 2 и 4 — транспонируемые провода, 3 — рейки, 5 — дистанционные прокладки

В конструкцию обмоток ВН напряжением 110 кВ и выше входят емкостные кольца, которые, увеличивая входную емкость обмоток, выравнивают электрическое поле первых катушек и витков и тем самым уменьшают градиентные перенапряжения в обмотке.

В винтовой обмотке витки следуют друг за другом по винтовой линии и каждый из них составлен из нескольких концентрически расположенных параллельных проводов (такую обмотку часто называют спиральной).
Винтовая обмотка рис. 8; имеет такие же изоляционные детали, как и непрерывная; она намотана многими параллельными проводами 6. Прокладки 7 между витками 1 образуют горизонтальный канал, идущий параллельно виткам, а рейки 4— вертикальные каналы между обмоткой и цилиндром 5.

Для трансформаторов небольшой мощности винтовые обмотки наматывают на рейки, уложенные на бумажно-бакелитовом цилиндре, для мощных — на рейки, уложенные на раздвижной оправке. Торцы обмоток выравнивают сегментами 2 и путем равномерного увеличения высоты прокладок между опорным кольцом 3 и крайним витком.

Так как параллельные провода винтовой обмотки расположены концентрично и находятся на разном расстоянии от ее оси, то для выравнивания активных и индуктивных сопротивлений параллельных проводов и снижения потерь от циркулирующих токов, вызванных потоками рассеяния, в винтовых обмотках выполняют две групповые и одну общую транспозицию проводов (рис.

9, а). Групповая транспозиция (рис. 9,6) заключается в том, что провода витка делят поровну на две группы — верхнюю и нижнюю и при переходе в следующий виток верхнюю группу перемещают на место нижней, а нижнюю — на место верхней. Групповые транспозиции делают на ½ и 3/4 части витков обмотки. Общую транспозицию (рис. 9, в) выполняют в середине обмотки. Для этого при переходе витка из одной половины обмотки в другую верхний провод переставляют на место нижнего, а за ним поочередно перемещают на новое место остальные «параллельные провода. Количество переходов получается равным числу параллельных проводов. Переходы делают в пролетах между прокладками.

Рис. 8. Винтовая обмотка

Рис. 9. Транспозиция проводов непрерывной обмотки:
а — схема, б — групповая  транспозиция, в — общая транспозиция

Кроме рассмотренной одноходовой винтовой обмотки применяют двух- и четырехходовые. Их устройство напоминает винт, резьба которого образована двумя или четырьмя нитками. Транспозиция у таких обмоток несколько сложнее, но совершеннее. Винтовые обмотки имеют  сравнительно небольшое количество витков, их изготовляют на большие токи и применяют главным образом в трансформаторах III—VIII габаритов.

Трансформатор — Электромагнитные колебания и волны — ЭЛЕКТРОДИНАМИКА — ВСЕ УРОКИ ФИЗИКИ 11 КЛАСС АКАДЕМИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ — конспекты уроков — План урока — Конспект урока — Планы уроков — разработки уроков по физике

2-й семестр

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

4. Электромагнитные колебания и волны

УРОК 8/50

Тема. Трансформатор

 

Цель урока: выяснить назначение и принцип действия трансформатора.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

Контроль знаний	3 мин.	1. Условия возникновения резонанса в электрической цепи. 2. Использование резонанса.
Демонстрации	3 мин.	Устройство и работа трансформатора.
Изучение нового материала	27 мин.	1. Почему напряжение необходимо изменять. 2. Принцип действия трансформатора. 3. Холостой ход трансформатора. 4. Работа трансформатора под нагрузкой.
Закрепление изученного материала	12 мин.	1. Качественные вопросы. 2. Учимся решать задачи.

 

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Почему напряжение необходимо изменять

Активное сопротивление провода определяется материалом, из которого он изготовлен, и его размерами: Для уменьшения сопротивления проводов надо или уменьшать удельное сопротивление материала, или увеличивать площадь поперечного сечения провода.

Увеличение площади поперечного сечения приводит к значительному увеличению массы проводов. Можно уменьшать удельное сопротивление, но это полностью не решает проблемы, поскольку передача значительной мощности P = UI при относительно незначительной напряжения требует достаточно высокой силы тока.

Если ту же мощность передавать значительного напряжения (соответственно, из-за малой силы тока), то потери энергии значительно уменьшаются. Поэтому прежде чем передавать энергию на большие расстояния, необходимо повышать напряжение. И наоборот: после того как энергия дошла до потребителя, напряжение необходимо снижать.

Такие изменения напряжения обеспечивают с помощью трансформаторов.

Ø Трансформатор — устройство, применяемое для повышения или понижения напряжения переменного тока.

Далее рассмотрим строение трансформатора.

2. Принцип действия трансформатора

Переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле. Благодаря стальном сердечнике вторичную обмотку, намотанную на тот же сердечник, пронизывает практически такое же переменное магнитное поле, что и первичную.

Поскольку все витки пронизаны тем самым переменным магнитным потоком, вследствие явления электромагнитной индукции в каждом витке генерируется одна и та же напряжение. Поэтому отношение напряжений U1 и U2 на первичной и вторичной обмотках равно отношению числа витков в них:

Изменение напряжения трансформатором характеризует коэффициент трансформации.

Ø Коэффициент трансформации — величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора:

Повышающий трансформатор — трансформатор, увеличивает напряжение (U2 > U1). У повышающего трансформатора число витков N2 во вторичной обмотке должно быть больше число витков N1 в первичной обмотке, т.е. k 1.

Понижающий трансформатор — трансформатор, уменьшающий напряжение (U2 U1). У понижающего трансформатора число витков во вторичной обмотке должно быть меньше числа витков в первичной обмотке, то есть k > 1.

3. Холостой ход трансформатора

Работа ненагруженного трансформатора называется холостым ходом.

Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного тока напряжением щ. При этом в обмотке возникает ЭДС самоиндукции e1. Падение напряжения на первичной обмотке равен: i1r1 = u1 + e1, где r1 — сопротивление обмотки, который мы будем считать очень маленьким. Поэтому в любой момент времени: u1 ≈ -e1, следовательно, для действующих значений можно записать:

Для второй обмотки: u2 + е2 = 0 , u2 = -e2,

Таким образом, в режиме холостого хода выполняется равенство:

4. Работа трансформатора под нагрузкой

Если к вторичной обмотке трансформатора присоединить нагрузку, то в ней возникнет электрический ток, что приводит к уменьшению магнитного потока в сердечнике и, как следствие, уменьшение ЭДС самоиндукции в первичной обмотке. В результате сила тока в первичной обмотке увеличится, и магнитный поток возрастет до первоначального значения. Чем больше сила тока во вторичной обмотке и мощность, которую она отдает потребителю, тем больше сила тока в первичной обмотке и мощность, потребляемая от источника. Поскольку потери энергии в трансформаторе малы, то U1I1 ≈ U2I2, отсюда U1/U2 = I2/I1.

Это означает, что в повышательном трансформаторе U1 U2 и I1 > I2, а в понижательном трансформаторе U1 > U2 и I2 > I1.

В трансформаторе, как и в любом техническом устройстве, существуют потери энергии.

Отношение мощности, которую трансформатор отдает потребителю электрической энергии, к мощности, которую трансформатор потребляет из электрической сети, называют КПД трансформатора:

 

ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. Какой принцип положен в основу работа трансформатора?

2. Можно трансформировать постоянный ток?

3. Почему электрическую энергию на большие расстояния передают под высоким напряжением?

4. Почему прежде чем подавать потребителям электрическую напряжение, ее снижают?

Второй уровень

1. Почему ненавантажений трансформатор потребляет очень мало энергии?

2. В какой из обмоток понижающего трансформатора (первичной или вторичной) диаметр провода должен быть больше? Ответ объясните.

 

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Качественные вопросы

1. Ток во вторичной обмотке трансформатора зависит от сопротивления подключенных приборов. Меняется ли в связи с этим ток в первичной обмотке и если да, то как это происходит?

2. Обмотки трансформатора сделаны из проводов разной толщины. Какая из обмоток содержит больше витков? Почему?

3. Что произойдет с катушкой трансформатора, если ее распрямить, не отключая от сети?

2). Учимся решать задачи

1. В первичной обмотке 200 витков, а во вторичной — 25 витков. Повышающая или понижающая напряжение у этого трансформатора? Во сколько раз?

2. Трансформатор повышает напряжение от 10 до 200 В. Сколько витков во вторичной обмотке трансформатора, если первичная обмотка содержит 600 витков?

3. Первичная обмотка трансформатора, содержащая 1500 витков провода, подключена к цепи переменного тока напряжением 220 В. Определите число витков во вторичной обмотке, если она должна питать круг напряжением 6,3 В и силой тока 1,5 А.

Сопротивление вторичной обмотки 0,2 Ом. Сопротивлением первичной обмотки пренебречь.

 

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Трансформатор — устройство, применяемое для повышения или понижения напряжения переменного тока.

• Коэффициент трансформации — величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора:

• Отношение мощности, которую трансформатор отдает потребителю электрической энергии, к мощности, которую трансформатор потребляет из электрической сети, называют КПД трансформатора.

 

Домашнее задание

1. Подр-1: § 32; подр-2: § 14 (п. 3).

2. Сб.:

Рів1 № 9.8; 9.10; 9.22; 9.23.

Рів2 № 9.28; 9.29; 9.52; 9.53.

Рів3 № 9.62, 9.63; 9.64; 9.67.

3. Д: подготовиться к самостоятельной работе № 7.

 

ЗАДАНИЯ ИЗ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ № 7 «ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК. ТРАНСФОРМАТОР»

Задание 1 (1,5 балла)

Трансформатор повышает напряжение от 120 В до 36 кВ.

А Трансформатор может повышать постоянное напряжение.

Бы Если выходное напряжение меньше входного, трансформатор называют повышающим.

В ЭДС во вторичной обмотке возникает вследствие явления электромагнитной индукции.

Г Количество витков во вторичной обмотке меньше, чем в первичной.

Задание 2 (2,5 балла)

На рисунке показан график i(t) для переменного тока.

 

 

А Период тока равна 3 мкс.

Бы Максимальное значение силы тока 10 А.

В Действующее значение силы тока менее 6 А.

Г Сила тока в цепи изменяется по закону и = 15sinωt.

Задание 3 (3 балла)

Задача 3 имеет целью установить соответствие (логическая пара). К каждой строке, обозначенного буквой, подберите утверждение, обозначенное цифрой.

А Трансформатор.

Бы Коэффициент трансформации.

В Режим холостого хода.

Г Режим под нагрузкой.

1 Величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

2 Устройство, применяемое для повышения или понижения напряжения переменного тока.

3 Устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

4 Работа по замкнутой вторичной обмотки.

5 Работа по разомкнутой вторичной обмотки.

Задание 4 (5 баллов)

Первичная обмотка трансформатора содержит 100 витков, а вторичная — 1000. Напряжение в первичном круге 120 В. Напряжение во вторичной цепи, если потери энергии отсутствуют?

Трансформатор

Трансформатор состоит из двух отдельных обмоток, называемых первичной и вторичной обмотками. Входное напряжение переменного тока прикладывается к первичной обмотке и создает изменяющееся магнитное поле. Это магнитное поле взаимодействует со вторичной обмоткой, индуцируя в ней напряжение переменного тока (точнее, ЭДС). Напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, имеет ту же частоту, что и входное напряжение, но его амплитуда определяется соотношением числа витков вторичной и первичной обмоток.

Если входное напряжение на выводах первичной обмотки = V1
выходное напряжение на выводах вторичной обмотки = V2
число витков первичной обмотки = T1
число витков вторичной обмотки = T2

то

Кроме того, I1/ I2 = T1/ T2, где I1 и I2 – токи первичной и вторичной обмоток соответственно.

 

Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора

Приведенные выше соотношения предполагают, что трансформатор имеет 100%-ный КПД, т. е. полностью отсутствуют какие-либо потери мощности. Следовательно,
Входная мощность I1•V1 = Выходная мощность I2•V2.
На практике трансформаторы имеют КПД около 96-99%. Для увеличения КПД трансформатора его первичная и вторичная обмотки наматываются на одном магнитном сердечнике (рис. 7.10).

 

Повышающий и понижающий трансформаторы

Повышающий трансформатор вырабатывает на выходе (во вторичной обмотке) более высокое напряжение, чем приложено на входе (к первичной обмотке). Для этого число витков вторичной обмотки делается больше числа витков первичной обмотки.
Понижающий трансформатор вырабатывает на своем выходе меньшее напряжение, чем на входе, поскольку его вторичная обмотка имеет меньшее число витков по сравнению с первичной.

 

Коэффициент приведения сопротивления

Трансформатор, изображенный на рис. 7.11, имеет в цепи вторичной обмотки нагрузочный резистор r2. Сопротивление r2 можно пересчитать или, как говорят, привести к первичной обмотке, т. е. к сопротивлению трансформатора r1 со стороны первичной обмотки. Отношение r1/ r2 называется коэффициентом приведения сопротивления. Этот коэффициент можно рассчитать следующим образом. Поскольку r1 = V1 / I1 и r2 = V2 / I2, то

Рис. 7.10. Трансформатор.

Рис. 7.11. Коэффициент приведения
сопротивления

r1/ r2 = Т12/ Т22 = n2.

Рис. 7.12. Автотрансформатор.

 

Рис. 7.13. Автотрансформатор с несколькими отводами.

 

Но V1 / V2 = T1 / T2 = n и I2 / I1 = T1 / T2 = n, поэтому

r1 / r2 = n2

Например, если сопротивление нагрузки r2 = 100 Ом и отношение числа витков обмоток (коэффициент трансформации) T1 / T2 = п = 2 : 1, то со стороны первичной обмотки трансформатор можно рассматривать как резистор с сопротивлением r1 = 100 Ом • 22 = 100 • 4 = 400 Ом.

 

Автотрансформатор

Трансформатор может иметь одну-единственную обмотку с одним отводом от части витков этой обмотки, как показано на рис. 7.12. Здесь T1 — число витков первичной обмотки и T2 — число витков вторичной обмотки. Напряжения, токи, сопротивления и коэффициент трансформации определяются теми же формулами, которые применимы к обычному трансформатору.
На рис. 7.13 показан еще один трансформатор с единственной обмоткой, в котором сделано несколько отводов от этой обмотки. Все соотношения для напряжений, токов и сопротивлений по-прежнему определяются коэффициентом трансформации (V1/Va = Т1/Тa, V1/Vb = Т1/Тb и т. д.).

 

Трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки

На рис. 7.14 изображен трансформатор с отводом от середины его вторичной обмотки. С верхней и нижней половин вторичной обмотки снимаются выходные напряжения Va и Vb, Отношение входного напряжения (на первичной обмотке) к каждому из этих выходных напряжений определяется отношением числа витков, причем

V1/Va = Т1/Тa V1/Vb = Т1/Тb

где Т1, Тa и Тb — число витков первичной, вторичной а и вторичной b обмоток соответственно. Поскольку отвод сделан от середины вторичной обмотки, напряжения Va и Vb равны по амплитуде. Если средняя точка заземлена, как в схеме на рис. 7.14, то выходные напряжения, снимаемые с двух половин вторичной обмотки, находятся в противофазе.

Пример

Обратимся к рис. 7.15. (а) Рассчитайте напряжение между выводами В и С трансформатора, (б) Если между выводами А и В намотано 30 витков, то сколь¬ко всего витков имеет вторичная обмотка трансформатора?
Решение
a) VBC = VAD – VAB – VCD = 36 В – 6 В – 12 В = 18 В.
Число витков между А и В
b) VAB / VAD == ———————————————
Число витков между А и D

Следовательно, 6 В/36 В = 30/ TAD, отсюда TAD = 30 • 36/6 = 180 витков.

Рис. 7.14. Трансформатор с отводом от средней точки вторичной обмотки.

Рис. 7.15. VAD = 36 В, VAB = б В,
VCD = 12 В.

 

Магнитная цепь

Принято говорить, что в магнитной цепи магнитный поток (или магнитное поле), измеряемый в теслах, создается силой, называемой магнитодвижущей силой (МДС). Магнитная цепь обычно сравнивается с электрической цепью, причем магнитный поток сопоставляется с током, а магнитодвижущая сила с электродвижущей силой. Точно так же, как говорят о сопротивлении R электрической цепи, можно говорить о магнитном сопротивлении S магнитной цени; эти понятия имеют аналогичный смысл. Например, такой магнитомягкий материал, как ковкое железо, обладает низким магнитным сопротивлением, т. е. низким сопротивлением для магнитного потока.

 

Магнитная проницаемость

Магнитная проницаемость материала это мера легкости его намагничивания. Например, ковкое железо и другие электромагнитные материалы, такие, как ферриты, обладают высокой магнитной проницаемостью. Эти материалы применяются в трансформаторах, катушках индуктивности, реле и ферритовых антеннах. В отличие от них немагнитные материалы имеют очень низкую магнитную проницаемость. Магнитные сплавы, такие, как кремнистая сталь, обладают способностью сохранять состояние намагниченности в отсутствие магнитного поля и поэтому применяются в качестве постоянных магнитов в громкоговорителях (динамических головках), магнитоэлектрических измерительных приборах с подвижной катушкой и т. д.

 

Экранирование

Рассмотрим полый цилиндр, помещенный в магнитное поле (рис. 7.16). Если этот цилиндр изготовлен из материала с низким магнитным сопротивлением (магнитомягкого материала), то магнитное поле будет концентрироваться в стенках цилиндра, как показано на рисунке, не попадая в его внутреннюю область.

Рис. 7.16. Магнитное экранирование.

Рис. 7.17. Электростатическое экранирование в трансформаторе.

Следовательно, если в эту область поместить какой-либо предмет, он будет защищен (экранирован) от влияния магнитного поля в окружающем пространстве. Такое экранирование, называемое магнитным экранированием, применяется для защиты от внешних магнитных полей электронно-лучевых трубок, магнитоэлектрических измерительных приборов с подвижной катушкой, динамических головок громкоговорителей и т. п.
В трансформаторах иногда применяется другой тип экранирования, называемый электростатическим или электрическим экранированием. Между первичной и вторичной обмотками трансформатора размещается экран из тонкой медной фольги, как показано на рис. 7.17. При заземлении такого экрана сильно уменьшается влияние емкости между обмотками, которая возникает из-за разности потенциалов этих обмоток. Электростатическое экранирование применяется также в коаксиальных кабелях и всюду, где проводники имеют разные потенциалы и находятся в непосредственной близости друг от друга.

В этом видео рассказывают о том, что такое трансформатор:

Добавить комментарий

КАК НАМОТАТЬ ТРАНСФОРМАТОР — ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА СВОИМИ РУКАМИ

КАК НАМОТАТЬ ТРАНСФОРМАТОР СВОИМИ РУКАМИ     При постройке приемника, усилителя или другой радиоаппаратуры радиолюбителю приходится сталкиваться с работой по переделке старого или по изготовлению нового трансформатора. Радиолюбители, впервые приступающие к такой работе, часто не представляют себе достаточно ясно, как произвести намотку, какой подобрать материал и как испытать изготовленный трансформатор. Сведения по этим вопросам, почерпнутые из журнальных статей и книг, обычно бывают недостаточны, и радиолюбителю приходится большую часть работы делать, полагаясь на свою смекалку или прибегать к помощи и советам более опытного товарища. На этой странице будут даны рекомендации по самостоятельному изготовлению сетевыого трансформатора. ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ НАМОТКИ ТРАНСФОРМАТОРА     На заводах при массовом серийном или поточном производстве трансформаторы обычно наматываются на специальных, часто автоматизированных станках. Радиолюбителям трудно, конечно, рассчитывать на специальный намоточный станок, и поэтому намотку трансформаторов оии производят обычно или непосредственно от руки, или с помощью простых намоточных приспособлений.     Рассмотрим, как можно из подручных материалов и при помощи обычных инструментов изготовить простые приспособления для намотки.     Простейшее такое приспособление показано на фиг. 1. Оно состоят из двух стоек / (или металлической скобы), укрепленных на доске 2, и оси 3 из толстого (диаметром 8—10 мм) металлического прутка, продетого сквозь отверстия в стойках и изогнутого на одном конце в виде рукоятки.     Для намотки провода на готовый каркас 4 изготовляют деревянную колодку 5, по размерам немного меньшую, чем окно каркаса. В колодке просверливают отверстие для насадки ее на ось. Каркас надевают на колодку, которая затем помещается на оси и закрепляется там шпилькой 5. Для того чтобы каркас не болтался и не съезжал с колодки, между ними надо вставить уплотняющий клин 7 из твердого картона или тонкой фанеры. Чтобы избежать при намотке осевого люфта, что очень важно для ровной укладки витков, на свободные участки оси между колодкой и стойками необходимо надеть отрезки трубок 8, которые можно изготовить из металлических листочков, обернув их вокруг оси 3. Для снятия намотанного каркаса нужно вынуть шпильку 5 и вытащить ось 3.     Более удобное и надежное намоточное приспособление выполняется из ручной дрели / (фиг. 2), которую надо зажать в тиски 2 или прикрепить к столу так, чтобы ничто не мешало свободному вращению рукоятки дрели. В патрон дрели зажимается металлический прут 3, на который насаживают колодку с каркасом. Прут диаметром 4—6 мм лучше всего нарезать, и тогда колодку с каркасом можно зажимать между двумя гайками 4. В этом случае можно обойтись без колодки, зажимая каркас двумя щечками из фанеры или текстолита с отверстиями в центре.     В качестве намоточного приспособления удобно также использовать готовый станочек для текстильных шпулей, моталку для перемотки кинопленки, телефонный индуктор и пр. Особенно удобна моталка для кинопленки (после небольшой переделки), так как она сделана прочно и имеет мягкий безлюфтозый ход. Переделка ее заключается в замене короткого валика с замком для бобин с кинопленкой на длинную ось с резьбой и барашками для закрепления различных каркасов.     Не меньшее значение для намоточных работ, чем сам намоточный станок, имеет размоточное приспособление, на которое надевается катушка с проводом или каркас старого трансформатора, провод которого используется для новой намотки. Чтобы у разматываемого провода не портилась изоляция, а также чтобы не было толчков (что важно при рядовой укладке витков), провод должен итти совершенно равномерно.     Простейшее приспособление для размотки провода изображено на фиг. 3. Это обычный металлический пруток /, продетый в отверстия деревянных стоек 2, укрепленных на доске 3. Изготовление деревянной колодки для каркаса разматываемой катушки 4 в этом случае необязательно. Для того чтобы она не била и не прыгала при размотке, можно из толстого картона или бумаги свернутьнужного диаметра трубку 5, пропустить сквозь нее прут и достаточно плотно вставить ее в окно каркаса.     Лучше, однако, изготовить специальное размоточное приспособление, изображенное на фиг. 4. Из полосы мягкой стали или другого подходящего материала сгибается скоба /, которая крепится к доске 2 (или столу). В вертикальных стойках скобы делают отверстия (диаметром 5—6 мм) с нарезкой (резьба М-5 или М-6), в которые ввинчивают заточенные с концов на конус болтики 3. Из металлического прута диаметром 5—6 мм изготовляется нарезанная по всей длине шпилька 4, с торцов которой высверлены неглубокие отверстия (3—4 мм). Конусы и шпилька комплектуются соответствующими гайками (лучше барашками) 5 и щечками 6 для зажима катушки или каркаса с проводом.        Весьма важным в процессе намотки является возможность точного счета числа витков. Простой, но требующий особого внимания способ — это устный отсчет каждого оборота (пли через один оборот) ручки станка. Если обмотка должна содержать большое число витков, то удобнее, отсчитав сотню витков, делать отметку на бумаге (в виде палочки), суммируя затем все отметки. В станочке с шестеренчатой передачей учитывается при этом коэффициент передачи, который следует всегда помнить.     Гораздо лучше применение механического счетчика, в качестве которого можно приспособить велосипедный спидометр или счетный механизм от электросчетчика, водометра и т. д.     Сочленение счетчика со станком можно выполнить при помощи гибкого валика (куска толстостенной резиновой трубки), соединяющего ось счетчика с осью станка (фиг. 5,а). В этом случае каждый раз при установке нового каркаса приходится разъединять сочленение осей, снимая гибкий валик, и после установки нового каркаса надевать его вновь. Более удобный, но и более сложный способ сочленения заключается в том, что счетчик связывается со станком посредством пары одинаковых шестерен (фиг. 5,б). При этом способе счетчик сцеплен со станком все время.    КАРКАС     Каркас трансформатора (или дросселя) нужен для изоляции обмоток от сердечника и для удержания в порядке обмоток, изоляционных прокладок и выводов. Поэтому он должен быть изготовлен из достаточно прочного изоляционного материала. Вместе с тем он должен выполняться из достаточно тонкого материала, для того чтобы не занимать много места в окне сердечника. Обычно материалом для каркаса служат плотный картон (прессшпан), фибра, текстолит, гетинакс и т. п. В зависимости от размеров трансформатора или дросселя толщина листового материала для каркаса берется от 0,5 до 2,0 мм.     Для клейки картонного каркаса можно употреблять конторский универсальный клей или обычный столярный клей. Лучшим клеем, обладающим хорошей влагоустойчивостью, следует считать нитроклей (эмалит, геркулес). Гетинаксо-вые или текстолитовые каркасы обычно не склеиваются, а собираются «в замок».     По размерам сердечника трансформатора определяются форма и размеры каркаса, после чего вычерчиваются, а затем нарезаются его детали. Если применяются трансформаторные пластины с просечкой среднего керна,то высоту каркаса делают на несколько миллиметров меньше высоты окна, чтобы без затруднений можно было вставлять пластины сердечника. Во избежание ошибок размеры пластин сердечника нужно тщательно измерить (если они неизвестны) и начертить на бумаге эскиз с размерами отдельных частей каркаса. Особенно важно согласование отдельных частей каркаса при сборке его «в замок». Соотношения размеров каркаса и пластин сердечника для разного типа пластин даны на фиг. 6.     Обычный каркас для трансформатора можно изготовить так. Сначала вырезают щечки каркаса и выкраивают гильзу с отворотами на торцевых сторонах согласно фиг. 7. Сделав надрезы в местах сгиба, выкройку свертывают в коробочку, причем сторона / склеивается со стороной 5. После этого обе щечки надеваются на гильзу. Затем нужно отогнуть отвороты гильзы и, раздвинув щечки на края гильзы, приклеить отвороты к наружным плоскостям щечек. В углы на наружной стороне щечек можно вклеить кусочки того же картона, из которого изготовлялась гильза каркаса. Если клей достаточно прочен и надежен, то гильзу можно делать без отворотов, приклеивая щечки непосредственно на краях гильзы.     Более сложным в изготовлении является сборный каркас, но зато он обладает большой прочностью и не требует склеивания. Детали сборного каркаса изображены на фиг. 8. Они изготовляются следующим образом. Размеры с эскиза путем разметки переносятся на лист материала (текстолита, гетинакса, фибры). Если материал не слишком толст, то детали вырезают ножницами. Затем напильником пропиливают в них пазы. В щечках /, после высверливания в них нескольких отверстий, выпиливают окна. После этого, разложив детали на столе, производят подгонку сторон 2 и 3 гильзы так, чтобы при сборке каркаса сошлись все пропилы и выступы «замка». При разметке и изготовлении деталей 2 у одной из них можно «замочную» часть сделать значительно больших размеров (контуры показаны пунктирам на фиг. 8) для размещения на ней контактов или лепестков для подпайки выводов обмоток. Чтобы не спутать детали, их следует перед сборкой пронумеровать. Порядок сборки каркаса ясен из фиг. 9.     Сразу же после изготовления щечек лучше заранее насверлить в них «в запас» отверстия для выводов. При сборке каркаса или приклейке щечек необходимо учесть, с какой из сторон трансформатора (или с обеих) и на какой из сторон щечек будут сделаны выводы, чтобы правильно расположить стороны щечек, имеющие отверстия для выводов. Надо обратить внимание на то, чтобы стороны щечек с отверстиями в случае квадратного сечения сердечника не оказались закрытыми пластинами сердечника.     Готовый склеенный или собранный каркас для трансформатора нужно подготовить к намотке, для чего следует напильником скруглить углы гильзы и щечек, а также снять заусеницы. Полезно (но необязательно) промазать или пропитать каркас шеллаком, бакелитом и пр. ИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПРОКЛАДКИ     В ряде случаев между соседними рядами обмоток трансформатора образуется большое напряжение, и тогда прочность изоляции самого провода оказывается недостаточной. В таких случаях между рядами витков необходимо класть изоляционные прокладки из тонкой плотной бумаги, кальки, кабельной, конденсаторной или папиросной бумаги. Бумага должна быть ровной и при рассматривании на просвет в ней не должно быть видимых пор и проколов.     Изоляция между обмотками в трансформаторе должна быть еще лучше, чем* между рядами витков, и тем лучше, чем выше напряжение. Лучшая изоляция — лакоткань, но кроме нее, нужна еще и плотная кабельная или оберточная бумага, которые прокладываются также и с целью выравнивания поверхности для удобства намотки сверху следующей обмотки. Один слой лакоткани всегда желателен, однако ее можно заменить двумя-тремя слоями кальки или кабельной бумаги.     Измерив расстояние между щечками готового каркаса, можно приступить к заготовке изоляционных полос бумаги. Для того чтобы крайние витки обмотки не заваливались между краями полос и щечками, бумагу нарезают несколько более широкими полосами, чем расстояние между щёчками каркаса, а края на 1,5—2 мм надрезаются ножницами или просто загибаются. При намотке надрезанные или загнутые полосы закрывают крайние витки обмотки. Длина полос должна обеспечить перекрытие периметра намотки с нахлестом концов на 2—4 см.     Для изоляции выводов, мест паек и отводов обмоток применяются отрезки кембриковых или хлорвиниловых трубок и кусочков лакоткани. Для затяжки и закрепления начала и конца толстых обмоток (накальных и выходных), заготавливают куски (10—15 см) киперной ленты или полоски, вырезанные из лакоткани и сложенные для прочности втрое, вчетверо. Если наружный ряд обмотки близко подходит к сердечнику, то из тонкого листового текстолита или картона вырезают прямоугольные пластинки, которые вставляются между обмоткой и сердечником после сборки трансформатора. НАМОТОЧНЫЕ И ВЫВОДНЫЕ ПРОВОДА     Обмотки трансформаторов, с которыми приходится иметь дело радиолюбителю, чаще всего выполняются проводом с эмалевой изоляцией марки ПЭ или ПЭЛ.     В силовых трансформаторах для сетевых и повышающих обмоток применяется исключительно провод ПЭ, а для обмоток накала ламп — тот же провод или, при большом диаметре (1,5—2,5 мм), провод с двойной бумажной изоляцией марки ПБД.     Выводы концов и отводы от обмоток, выполненных тонким проводом, делаются проводом несколько большего сечения, чем провод обмотки. Для них лучше брать гибкий многожильный провод с эластичной изоляцией (например, хлорвиниловой или резиновой). По возможности желательно брать провода с различной расцветкой, чтобы по ним можно было потом легко узнать любой вывод. Выводы от обметок, выполняемые толстым проводом, можно делать тем же проводом. На концы или отводы этих обмоток надо надеть кусочки тонкостенных изоляционных трубок. Выводные проводники должны быть такой длины, чтобы их можно было свободно присоединить к элементам схемы или к рас-шивочной планке (гребенке). НАМОТКА     Катушка с проводом, предназначенным для очередной намотки, зажимается между съемными щечками нарезной шпильки размоточного устройства. Шпилька с катушкой устанавливается в конусах этого устройства (фиг. 4). В зависимости от диаметра провода регулируются нажим конусов и степень притормаживания разматываемой катушки.     Катушку необходимо зажимать так, чтобы она при размотке не била, так как от этого зависят успешность и легкость укладки провода виток к витку. Размоточное приспособление располагается впереди намоточного станка не ближе 1 м (дальше —лучше).     Подготовленный каркас трансформатора зажимается между двумя свободно насаженными на шпильке щечками. Шпилька затем вставляется в патрон дрели или зажимается на валу намоточного станка. Каркас, так же как и катушку с проводом, надо хорошо отцентровать, чтобы он при намотке равномерно вращался и не бил. Зажимные щетки нужно располагать таким образом, чтобы не закрыть ими отверстий для выводов в каркасе.     Устанавливать катушку с проводом на размоточном приспособлении и намоточный станок на столе надо так, как изображено на фиг. 10. Провод должен итти сверху катушки на верх каркаса трансформатора. Станок или дрель располагается над столом на такой высоте, чтобы между осью станка и плоскостью стола было расстояние 15—20 см\ тогда при намотке левую руку можно свободно положить на стол, не мешая вращению станка с каркасом.     Перед тем как приступить к намотке, надо приготовить изоляционные прокладки, выводные проводники, изоляционную трубку для .выводов, лист бумаги и карандаш для отметок при счете витков, если нет счетчика, ножницы для подрезки прокладок, кусочек мелкой наждачной бумаги для зачистки изоляции и разогретый паяльник для припайки выводов. Самому надо свободно сесть против стола (верстака) и поупражняться во взаимодействиях рук. Правой рукой надо вращать намоточный станок с таким расчетом, чтобы провод ложился на каркас сверху, а левой — придерживать и натягивать провод, направляя его движение так, чтобы он ложился равномерно виток к витку (для этого левую руку надо положить на стол под ось станка или приспособления, вытянув ее как можно дальше вперед). Чем дальше от каркаса направлять провод, тем точнее и легче укладывается провод.     Выверенный и закрепленный на станке или дрели каркас обертывают тонкой бумажной полоской. Чтобы полоска держалась, ее можно слегка приклеить.     Выводной проводник или конец самого наматываемого провода обмотки можно закрепить двумя способами. Если провод тонкий, то вывод делают другим, гибким проводом. Такой вывод должен быть достаточно длинным, чтобы, пропустив его сквозь отверстие в каркасе, можно было обернуть им (одним оборотом) гильзу каркаса. К заранее зачищенному и залуженному на 2—3 мм кончику выводного проводника припаивают зачищенный конец наматываемого провода и, изолировав место спайки сложенным вдвое кусочком бумаги или лакоткани, начинают намотку (фиг. 11,а). Изолирующая накладка прижимается при намотке последующими витками (фиг. 11,6). Продетый в отверстие каркаса вывод надо несколько раз обернуть вокруг оси (шпильки) намоточного станка или привязать его к ней, чтобы при дальнейшей намотке он не выдернулся из каркаса. Для большей надежности выводы можно привязывать к гильзе несколькими витками крепкой нитки. Другой способ заключается в том, что выводной провод после пропуска его сквозь отверстия в щечке каркаса захватывается полоской прокладочной бумаги, край которой загибается под провод (фиг. 11,в). Затем полоска, которая должна иметь ширину каркаса, обертывается вокруг гильзы и прижимает выводной провод. Под полоску при этом (у конца выводного провода) нужно подложить изолирующую накладку, которая потом прикроет место спайки выводного и наматываемого проводов.     К выступающему из-под прокладки залуженному концу выводного провода, находящемуся у другой щечки каркаса, припаивают зачищенный кончик наматываемого провода и производят намотку. Изолирующая накладка при этом будет прижата первыми витками обмотки, а выводной конец— витками ее первого ряда (фиг. 11,г).     Намотку нужно производить сначала не спеша, приспосабливая руку так, чтобы провод шел и ложился виток к витку с некоторым натяжением. В процессе намотки данного ряда левую руку следует равномерно передвигать за укладкой витков, стараясь сохранять угол натяжения. Таким образом, последующие витки первого ряда прижимают предыдущие. К&ждый ряд надо на 2—3 мм не доматывать до щечки каркаса, чтобы предотвратить этим проваливание витков вдоль щечки. Особенно это важно при намотке высоковольтных обмоток (например, повышающей в силовом или анодной в выходном трансформаторах).     Перед началом намотки (когда заправлен и припаян первый вывод) счетчик оборотов нужно поставить на нуль или записать его показания. При отсутствии счетчика обороты считают про себя или вслух, причем каждая сотня оборотов отмечается на бумаге палочкой.     После намотки каждого ряда провод надо оставлять натянутым, чтобы во время наложения бумажной прокладки намотанная часть обмотки не распускалась. Для этого можно прижать провод к щечке каркаса бельевым зажимом. Прокладка должна закрывать весь ряд обмотки. Она склеивается или же временно (до удержания ее витками следующего ряда) прижимается к обмотке резиновым кольцом, которое можно изготовить из тонкой шнуровой резинки.     Последний вывод обмотки можно делать так же, как и первый. Перед намоткой последнего полного или неполного ряда этот выводной проводник вместе с бумажной прокладкой (фиг. 11,0) нужно уложить на каркасе и, обернув каркас полосой прокладки, прижать проводник резиновым кольцом. После намотки последнего ряда наматываемый провод обрезается и после зачистки припаивается к залуженному кончику выводного проводника (фиг. 11,д). Если выводной конец должен выходить из щечки, около которой кончается последний ряд обмотки, то заготовка выводного конца делается в виде петли (фиг. 11,е), которая укладывается на каркасе точно так же, как и обычный выводной проводник.     Отводы от части витков обмотки, наматываемой не слишком тонким проводом (от 0,3 мм и более), можно делать в виде петли тем же проводом (не обрезая его), как это показано на фиг. 12,а. Петля в этом случае пропускается через отверстие сложенной вдвое бумажной полоски, которая затягивается после прижатия ее к обмотке последующими витками (фиг. 12,6). Можно обойтись и без-бумажной полоски, если на петлеобразный отвод надеть изоляционную трубку. Отводы от обмотки, выполняемой тонким проводом (менее 0,3 мм), делаются обычно гибким выводным проводником, который припаивается к проводу, как показано на фиг. 12,в.        Начало и конец обмоток из толстого провода выводятся непосредственно (без отдельных выводных проводов) через отверстия в щечках каркаса. На выходящие из каркаса концы нужно только надеть гибкие изоляционные трубки. Крепление концов обмотки производится с помощью узкой хлопчатобумажной ленты. Ленту складывают вдвое, образуя петлю, в которую пропускается первый выводной конец провода. Придерживая затем ленту рукой и намотав на нее туго 6—8 витков, петлю затягивают (фиг. 13,а). Так же закрепляется и второй выводной конец обмотки. Не домотав в этом случае 6—8 последних витков, на каркас кладут сложенную петлей ленту, наматывают последние витки, ко торые прижимают эту ленту к каркасу, и, пропустив в петлю конец обмотки, затягивают петлю (фиг. 13,6). Если обмотка из толстого провода содержит небольшое число витков (не более 10), то выводные концы можно закреплять лентой путем двусторонней затяжки, как показано на фиг. 13,в.     В многослойных обмотках из толстого провода после каждого ряда рекомендуется делать бумажные прокладки. Если каркас не особенно прочный, то каждый последующий ряд надо делать на один-два витка меньше, а пустоты между обмоткой и щечками каркаса заполнить потом шпагатом или нитками. Это важно в том случае, когда сверху еще будут другие обмотки.     При обрывах провода во время намотки или когда обмотка выполняется из отдельных кусков провода, концы проводов соединяют следующим образом. У проводов небольшого диаметра (до 0,3 мм) концы на 10—15 мм зачищают наждачной бумагой, аккуратно скручивают их и спаивают. Место соединения проводов затем изолируется кусочком прокладочной бумаги или лакоткани. Концы более толстых проводов обычно спаиваются без скрутки. Тонкие провода (0,1 мм и меньше) можно сваривать, скрутив концы на 10—15 мм (без зачистки изоляции) и помещая их затем в пламя спиртовки, газа или нескольких спичек. Соединение проводов в этом случае считается надежным, если на конце скрутки образуется небольшой шарик.     Обмотки из тонкого провода с числом витков в несколько тысяч можно наматывать не виток к витку, а «в навал». Однако укладывать витки следует равномерно, чтобы обмотка не имела бугров и провалов. Примерно через каждый миллиметр толщины такой намотки надо делать бумажные прокладки.     Для симметрирования двух обмоток или половин обмоток часто применяют каркасы, перегороженные посредине щечкой. Сначала наматывается одна половина обмотки, а затем каркас перевертывают на 180° и наматывается другая половина. Так как витки каждой половины обмотки будут при этом намотаны в разные стороны, то при последовательном включении половин нужно соединить их начала или концы. Выводы от обмоток в этом случае удобнее делать с противоположных сторон каркаса.     Обмотки трансформатора или дросселя можно выполнять и без каркаса. Намотка производится в основном так же, как и с каркасом, но прокладки между обмотками (или рядами) делают очень широкими (в три раза шире обмотки) . По окончании намотки каждой секции выступающие края прокладки разрезают на углах ножницами или лезвием безопасной бритвы и, загибая их, закрывают намотанную секцию (фиг. 14). Торцевые стороны намотанных обмоток нужно залить потом смолкой (от сухих элементов и бата!рей).     Снаружи, если верхний ряд витков последней обмотки намотан толстым проводом и выполнен достаточно аккуратно, катушку можно ничем не обертывать. Если же верхняя обмотка сделана из тонкого провода, да еще намотана не виток к витку, то катушку следует обернуть бумагой или дерматином.     Для того чтобы при монтаже трансформатора можно было легко разобраться в выводах и отводах, желательно применять разноцветные выводные проводники. Например, выводы сетевой обмотки трансформатора делать желтыми, начало и конец повышающей обмотки — красными, отвод от середины повышающей обмотки и провод от экрана — черными и т. д. Можно, конечно, применять и одноцветные выводные проводники, но тогда необходимо на каждый вывод надевать картонную бирку с соответствующим обозначением. СБОРКА СЕРДЕЧНИКА И МОНТАЖ ВЫВОДОВ ТРАНСФОРМАТОРА     Закончив намотку трансформатора, приступают к сборке его сердечника. Если выводы обмоток сделаны с одной стороны щечки каркаса, то он кладется на стол выводами вниз. Если же выводы сделаны с обеих сторон щечек, то каркас надо расположить так, чтобы внизу оказалось наибольшее число выводов и наиболее толстые из них; верхние же выводы надо сложить в несколько раз и привязать их временно к обмотке, чтобы они не мешали при сборке сердечника (фиг. 15,я). Это особенно важно при форме пластин сердечника с просечкой на среднем керне.     Пластины сердечника силового трансформатора собираются без зазора, в перекрышку (поочередно то слева, то справа), как показано на фиг. 15,6. Сердечники же выходных трансформаторов или дросселей фильтра часто собирают с воздушным зазором, вставляя пластины только с одной стороны (фиг. 15,е). Чтобы этот зазор оставался неизменным, в стык между пластинами и накладками сердечника вставляют полоску бумаги или картона. В пластинах с просечкой на среднем керне толщина зазора определяется толщиной просечки.     Если каркас не очень прочен, то заполнять его пластинами (особенно в конце сборки) надо очень осторожно, так как иначе можно острым краем среднего керна разрезать гильзу и повредить обмотку. Для предотвращения этого желательно в окно каркаса вставить и загнуть защитную полоску из мягкой стали (фиг. 15,6).     При сборке сердечника из пластин с просечкой среднего керна нужно применять вспомогательную направляющую пластинку (фиг. 15,г), вырезав ее, например, из одной пластины сердечника.     Окно каркаса заполняется возможно большим числом пластин. Если трансформатор был разобран и перематывался, то при его новой сборке надо использовать все вынутые раньше пластины. В процессе сборки сердечник следует несколько раз поджимать, просунув для этого в окно каркаса линейку или пруток. Последние пластины, если они входят туго, можно забить молотком, легко ударяя им через деревянную подкладку. После этого, поворачивая трансформатор разными сторонами и ставя его на ровную поверхность, надо легкими ударами молотка через деревянную подкладку подравнять сердечник.     Сердечник, после его сборки, должен быть хорошо стянут. Если в пластинах имеются отверстия, то он стягивается болтиками через накладные планки или угольники (фиг. 16,а и б). Вместе с этим> можно установить и щнток с лепестками для подпайки выводных концов обмоток.     Сердечник небольшого размера, собранный из пластин без отверстий, можно стянуть одной общей скобой, вырезанной из нетолстой мягкой стали (фиг. 16,в).     Очень удобно для крепления трансформатора и стягивания его сердечника использовать шасси, на котором трансформатор должен быть установлен. В шасси вырезают окно для прохода нижней части катушки с выводами, устанавливают трансформатор и стягивают сердечник болтиками через общую накладную рамку (фиг. 16,г). Выводные концы при этом соединяются с соответствующими участками схемы либо непосредственно, либо через установленный на шасси щиток с контактными лепестками. ПРОСТЕЙШИЕ ИСПЫТАНИЯ     Трансформатор, после его намотки и сборки необходимо испытать.     Силовые трансформаторы испытываются путем включения первичной (сетевой) обмотки в электросеть. Для проверки отсутствия коротких замыканий в обмотках трансформатора можно рекомендовать следующий простой способ. В сеть последовательно с первичной обмоткой / проверяемого трансформатора включается электрическая лампа Л (фиг. 17), рассчитанная на соответствующее напряжение сети. Для трансформаторов мощностью 50—100 вт берут лампу 15— 25 вт, а для трансформаторов 200—300 вт — лампу 50— 75 вт. При исправном трансформаторе лампа должна гореть примерно «в четверть накала». Если при этом замкнуть накоротко какую-либо из обмоток трансформатора, то лампа будет гореть почти полным накалом. Таким путем проверяются целость обмоток, правильность выводов и отсутствие короткозамкнутых витков в трансформаторе.        После этого, проследив за тем, чтобы выводы обмоток не были замкнуты, первичную обмотку трансформатора надо включить на один-два часа непосредственно в сеть (замкнув выключателем Вк лампу Л). В это время можно вольтметром измерить напряжение на всех обмотках трансформатора и убедиться в соответствии их величин с расчетными.     Кроме того, нужно испытать надежность изоляции между отдельными обмотками трансформатора. Для этого одним из выводных концов повышающей обмотки // надо поочередно коснуться каждого из выводов сетевой обмотки /. В этом случае напряжение повышающей обмотки совместно с напряжением сетевой обмотки будет действовать на изоляцию между этими обмотками. Таким же образом, прикасаясь выводным концом повышающей обмотки // к выводным концам других обмоток, испытывается изоляция и этих обмоток. Отсутствие искры или слабое искрение (за счет емкости между обмотками) при этом показывает достаточность изоляции между обмотками трансформатора.     Испытание трансформатора нужно производить внимательно, соблюдая осторожность, чтобы не попасть под высокое напряжение повышающей обмотки.     Другие виды трансформаторов (выходные и т. п.) с обмотками из достаточно большого числа витков испытываются таким же образом. Измеряя при этом напряжения на обмотках трансформатора, можно определить коэффициент трансформации.     Убедившись в результате испытания в исправности изготовленного трансформатора, последний можно считать готовым к установке и монтажу.         Программу для расчета трансформатора можно скачать здесь   А. Н. ПОДЪЯПОЛЬСКИЙ Адрес администрации сайта: [email protected]

Перемотка трансформатора без разборки

Лежало несколько трансформаторов без дела, и один из них (советский ТСА-30-1, 30 Вт) решил использовать для универсального блока питания.

Поскольку его родные обмотки меня не устраивали (в основном по допустимому току), то решил убрать все его вторичные обмотки и намотать свои. Процесс сопровождался множеством «открытий» и ставящих в тупик вопросов, в процессе решения которых собралось много полезных деталей, которыми захотелось поделится с такими же новичками в этом деле, как и я.

В статье есть видео с подробностями некоторых этапов.

В чем мне здесь несправедливо повезло:

1. Было свободное время и никто не мешал.
2. Было много разных старых запасов, в т.ч. медного провода нужной длины.
3. Много информации в Интернет (особенно по части теории).

Заратустра меня простил…

Видео перемотки трансформатора

Время разных этапов этого видео:

26 мин 28 сек — экран из фольги между первичкой и вторичкой

27 мин 52 сек — как правильно последовательно соединить обмотки

36 мин 43 сек — как узнать направление витков при помощи батарейки и мультиметра

44 мин 14 сек — расчет и намотка новой вторичной обмотки

1 ч 24 мин 20 сек — просадка сетевого напряжения и другие потери

1 ч 30 мин 01 сек — ток холостого хода

1 ч 32 мин 14 сек — пайка алюминия

1 ч 33 мин 42 сек — итог

Рекомендую читать далее только после просмотра видеоролика. В нем намного больше важных подробностей.

Исследование модифицируемого трансформатора

Трансформатор ТСА-30-1 оказался намотан алюминиевым проводом (буква «А» как раз означает алюминий).

Информации о нем в Интернет, к счастью, было достаточно, хотя реальность не совпала с найденным на него паспортом. По паспорту одна из обмоток должна была быть вроде бы как медной (провод ПЭВ-1, не имеет буквы «А» в названии как другие — ПЭВА), и я планировал ее не трогать, но в процессе работы оказалось, что эта обмотка тоже алюминиевая. Поэтому я ее тоже удалил. Т.е. осталась нетронутой только первичная обмотка.

Экран из алюминиевой фольги

В процессе разборки, я из любопытства отмотал немного пропарафиненной бумаги над первичной обмоткой хотел на нее посмотреть, и натолкнулся на один виток фольги, который присутствовал между первичной обмоткой и вторичной. Этот виток фольги шел внахлест вместе с бумагой, т.е. он не замыкался, и только один из концов был отрезком медного провода соединен точечной сваркой с корпусом. Такое разделение используют в качестве экрана от помех, хотя по поводу его эффективности идут споры. Трансформатор советский и экран был заложен на заводе изготовителе — я его трогать не стал.

Направление витков

Витки на трансформаторе были намотаны на разных катушках (левой и правой) абсолютно одинаково (не зеркально, а именно одинаково). В дальнейшем стало понятно, что такая намотка сделана исключительно для удобства при последующем последовательном соединении обмоток с разных катушек. Видимо, по той же причине направление разных вторичных обмоток чередуется. В этом случае перемычки между обмотками при последовательном соединении просто удобнее ставить с одной стороны.

Металлические клеммы

Клеммы этого трансформатора очень трудно паять и лудить, поскольку они судя по-всему сделаны не из меди. Медь, чем лучше ее прогреешь, тем лучше она паяется, а у стальных (?) клемм прогрев приводит к скатыванию припоя в шарик и его перетеканию с клеммы на жало паяльника. Нужно ловить один из начальных моментов прогрева, чтобы припой остался на клемме в приемлемом виде.

В исследуемом трансформаторе было тяжело вдвойне, т.к. к металлическим клеммам был припаян алюминий. Пришлось использовать для пайки ортофосфорную кислоту с последующей промывкой водой и сушкой на радиаторе.

Первичная обмотка

В этом трансформаторе две катушки, и каждая обмотка разделена на две равные части, которые намотаны на каждую из двух катушек, с последовательным соединением. Считается, что так выше КПД — равномернее нагрузка.

Первичная обмотка состоит из двух по 110v на каждой катушке, соединенных последовательно перемычкой. Кроме того к каждой из обмоток последовательно присоединена небольшая добавочная обмотка, которую я отсоединил и использовал в своих целях (превратив таким образом во вторичную). Напряжение этой добавочной пары — около 36v (при 230v в сети).

Расчет вторичной обмотки трансформатора

Главная ошибка которую я допустил — расчитывал вторичную обмотку, исходя из напряжения в сети 220v. Между тем, напряжение в сети в пиковые нагрузки может проседать до 185v, — это почти на 20% ниже положенного! Поэтому, рассчитывая вторичную обмотку, надо исходить из этого показателя — не 220, а например 180. Иначе можно сильно просчитаться.

При расчете напряжения в трансформаторе блока питания следует учитывать:

• Минимальное напряжение в сети ~180 V
• Падение напряжения на диодном мосту — более 2 V
• Падение напряжения на стабилизаторе — например 3 V
• Просадку напряжения на вторичных обмотках при увеличении тока нагрузки (умножаем в среднем на 1,02 — 1,06, в зависимости от предельного тока)

На рисунке ниже — напряжение на одном элементе диодного моста KBU801 при токе 8 A доходит до 1,08 V. Т.е. на всем мосту падение напряжения будет более 2 V (клинуть мышью для увеличения).

Для уточнения количества витков на вольт во вторичной обмотке можно сделать временную контрольную обмотку (например 10 витков) и замерять выдаваемое ею напряжение (обязательно проверить напряжение в сети!). После чего разделить эти 10 (витков) на полученное напряжение. Таким образом получим количество витков на вольт.

ВАЖНО! Необходимо делить витки контрольной обмотки на ее напряжение, а не наоборот!

Пример.

Необходимо напряжение питания 20 V при максимальном постоянном токе 2 A.

Приблизительный подсчет выглядит примерно так:

20 + 3 = 23 V (падение напряжения на стабилизаторе)

23 + 2,2 = 25,2 V (падение напряжения на диодном мосту)

25,2 / 1,41 = ~17,3 V (переводим постоянное напряжение после диодного моста с конденсатором в необходимое переменное вторички)

17,3 * 1,06 = ~18,4 V (учитываем просадку напряжения в обмотке при максимальном токе нагрузки)

Если у нас идет например 4,4 витка на вольт при идеальных ~220 V, то при напряжении ~180 V в сети, нам понадобится

18,4 * 4,4 = 81 виток (для идеального напряжения ~220 V)

81 * (220/180) = 99 витков (для пикового падения напряжения до ~180 V)

Т.е. при ~220 V в сети, вторичная обмотка, содержащая 99 витков, будет выдавать около ~22,5 V
(а при просадке в сети до ~180 V, необходимые ~18,4 V)

Намотка

Я наматывал одновременно четыре параллельных провода. В результате получил четыре обмотки на каждой катушке в каждом ряду. Такое количество обмоток дает возможность, соединяя их последовательно (или параллельно), комбинировать необходимое напряжение (и ток).

Для лабораторного блока питания, используемого как инструмент при работе, это наиболее удобный вариант.

ВАЖНО! Для трансформатора имеющего сердечник в виде буквы «О», с двумя катушками справа и слева (такого, как рассматривается в этой статье), лучше всего каждую обмотку разделить на две (одинаковые), намотанные на разные катушки и соединенные последовательно. В этом случае будет выше КПД.

КСТАТИ при укладке на каркас, желательно слегка выгибать провод наружу перед каждым загибом на углах, чтобы витки потом не отходили в стороны от каркаса, образуя зазор при котором ухудшается плотность намотки. Я дополнительно еще придавливал провод сосновым бруском после каждого загиба на каркасе.

Расчет длины провода.
Перед намоткой необходимо замерять ширину каркаса и ширину окна между каркасами катушек (или каркасом и сердечником).
После этого необходимо рассчитать длину провода, и учесть его диаметр (с лаковой изоляцией!). Если намотка происходит без разборки сердечника, способом продевания провода в окно, то кусок/куски провода необходимой длины нужно будет «откусить» заранее, поэтому важно не ошибиться. Если провод достаточно тонкий (например менее ᴓ 0,5 мм) и длинный, то имеет смысл сделать тонкий челнок, на который намотать провод нужной длины — так его будет легче протаскивать в окно.

У меня здесь например внутренняя длина каркаса была 54 мм, и рассчитывая уложить 52 витка провода диаметром 1мм, я не угадал — последние пол витка мне пришлось делать частично внахлест (видимо я не учел толщину лаковой изоляции).
См. рисунок (для увеличения — нажать мышью):

При расчете возможностей окна нужно учитывать суммарную толщину изоляционных прокладок из бумаги или лакоткани между обмотками.

Для точного расчета необходимой длины нужно сделать контрольный виток и замерять его длину. При этом, в каждом следующем ряду виток будет немного длиннее (скажется толщина нижнего ряда и толщина междурядной изоляционной прокладки). Надо понимать, что например при 50 витках ошибка длины в один миллиметр на виток даст погрешность 5 см на 50 витках. Также надо учесть запас на выводы (я добавлял к общей длине кусков по 10 см с каждой стороны, т.е. всего 20 см. — этого было достаточно и на выводы, и на возможную ошибку).

Направление витков

Я с трудом нашел информацию про направление витков обмотки, — для этого пришлось освежить школьный курс физики (правило буравчика и т.п.). Хотя этот вопрос неизбежно возникает у новичка.

Главное правило — направление витков обмотки не имеет значения… до тех пор пока возникает необходимость соединять обмотки друг с другом (последовательно или параллельно), либо в случае применения трансформатора в каких-нибудь устройствах, где важна фаза сигнала.

Не важно в каком направлении наматывать витки — важно как потом соединяются обмотки

Последовательное соединение обмоток

При последовательном соединении обмоток трансформатора, нужно мысленно представить, что одна обмотка является продолжением другой, а точка их соединения — это разрыв единой обмотки, в которой направление вращения витков вокруг сердечника сохраняется неизменным (и конечно не может разворачиваться в обратную сторону!).

При этом любой вывод обмотки может быть началом или концом, а само направление вращения может быть любым. Главное, чтобы это направление оставалось одинаковым у соединяемых обмоток.

При этом, движение соединяемых обмоток сверху вниз катушки или снизу вверх не имеет значения (см. рисунок — увеличивается кликом мыши).

В трансформаторах, у которых сердечник имеет форму буквы «О», и катушки намотаны на двух каркасах справа и слева, действует те же правила. Но для простоты понимания можно мысленно «разорвать» сердечник (сверху или снизу), и представить, что он выпрямляется в один стержень, — так легче будет понять, как одна обмотка переходит в другую с сохранением направления вращения витков (по или против часовой стрелки). См. рисунок ниже (рисунок увеличивается кликом мыши).

Параллельное соединение обмоток

При параллельном соединении важна длина провода в обмотках.

Даже при одинаковом количестве витков, разные обмотки могут иметь разную длину провода (та обмотка, которая ближе к середине — будет короче, а та что дальше — длиннее). В результате этого могут возникать перетоки.

Если предполагается параллельное соединение обмоток, то лучше мотать их одновременно в два (три, четыре…) провода. Тогда они будут одинаковой длины, что максимально исключит перетоки при их дальнейшем параллельном соединении.

Намотку в несколько проводов также используют при отсутствии провода нужного сечения (набирают большое сечение несколькими проводами меньшего).

Проверка направления витков при помощи батарейки и мультиметра

Если есть трансформатор, в котором нужно соединить две обмотки последовательно, но направление витков не видно и не известно, можно подать импульс постоянного тока от батарейки на одну из обмоток, наблюдая за скачком напряжения на другой обмотке.

Когда скачок напряжения в момент подключения батарейки на мультиметре (на второй обмотке) будет в «+», то точками соединения обмоток будут любые «+» и «-» разных обмоток (например «+» мультиметра и «-» батарейки, или наоборот). Два других конца при этом будут выводами этих обмоток после соединения (см. рисунок — кликнуть мышью для увеличения).

Направление витков на разных катушках

Повторюсь — не важно направление намотки, важно подключение обмоток.

Хотя есть одно «но». Если говорить об удобстве, то на таком типе трансформатора (с сердечником в виде буквы «О» и двумя катушками), удобнее правую и левую катушку мотать одинаково (не зеркально, а одинаково). В этом случае удобнее будет ставить перемычки при последовательном соединении двух обмоток на разных катушках — перемычки будут с одной стороны, и не через весь каркас сверху вниз.

См. рисунок (для увеличения — кликнуть мышью на рисунке):

Ток холостого хода

Если всё сделано правильно и сердечник трансформатора был собран (на заводе) качественно, то ток холостого хода (ток первичной обмотки, при полностью отключенной от нагрузки вторичной) должен быть в пределах допустимых норм.

В моем случае этот ток был 27 мА, что просто отличный показатель.

Амперметр надо включать в разрыв сетевого кабеля подключенного к первичной обмотке и, желательно соединив щупы мультиметра, включить трансформатор в сеть. После чего разъединить щупы и наблюдать показания. Соединять щупы перед включением в сеть необходимо для избежания выхода мультиметра из строя, т.к. у трансформатора может оказаться большой пусковой ток (в десятки раз выше номинального).

ответвление обмотки трансформатора — это… Что такое ответвление обмотки трансформатора?

ответвление обмотки трансформатора

transformer tap

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

• ответвление обмотки
• ответвление от магистрали

Смотреть что такое «ответвление обмотки трансформатора» в других словарях:

• ответвление обмотки — Отвод, присоединенный к одному из витков и позволяющий использовать часть обмотки, заканчивающуюся этим витком [ГОСТ 16110 82] Тематики трансформатор Классификация >>> Обобщающие термины обмотка трансформатора …   Справочник технического переводчика

• основное ответвление обмотки — Ответвление, на котором обмотка трансформатора имеет номинальную мощность при номинальном напряжении. Примечание. В специальных трансформаторах и в отдельных случаях в трансформаторах общего назначения основное ответвление определяется… …   Справочник технического переводчика

• отрицательное ответвление обмотки — Ответвление, так расположенное в обмотке, что при его включении уменьшается число витков с одинаковым направлением электродвижущей силы по сравнению с числом витков на основном ответвлении Примечание . При реверсировании регулировочной обмотки… …   Справочник технического переводчика

• Основное ответвление обмотки — 4.30. Основное ответвление обмотки Ответвление, на котором обмотка трансформатора имеет номинальную мощность при номинальном напряжении. Примечание. В специальных трансформаторах и в отдельных случаях в трансформаторах общего назначения основное… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Регулирование напряжения трансформатора — Силовой трансформатор Регулирование напряжения трансформатора  изменение числа витков обмотки трансформатора. Применяется для поддержания нормального уровня напряже …   Википедия

• положительное ответвление — обмотки Ответвление, так расположенное в обмотке, что при его включении увеличивается число витков с одинаковым направлением электродвижущей силы по сравнению с числом витков на основном ответвлении. Примечание. При реверсировании регулировочной… …   Справочник технического переводчика

• ГОСТ 16110-82: Трансформаторы силовые. Термины и определения — Терминология ГОСТ 16110 82: Трансформаторы силовые. Термины и определения оригинал документа: 8.2. Аварийный режим трансформатора Режим работы, при котором напряжение или ток обмотки, или части обмотки таковы, что при достаточной… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ПБВ — Силовой трансформатор Регулирование напряжения трансформатора  изменение числа обмоток трансформатора. Применяется для поддержания нормального уровня напряжения у потребителей электроэнергии. Большинство трансформаторов оборудовано некоторыми… …   Википедия

• РПН — Силовой трансформатор Регулирование напряжения трансформатора  изменение числа обмоток трансформатора. Применяется для поддержания нормального уровня напряжения у потребителей электроэнергии. Большинство трансформаторов оборудовано некоторыми… …   Википедия

• Динамо-машина — или, сокращенно, динамо. Так называется машина, посредством которой, при пользовании механической работой, получается электрический ток, и обратно, при пользовании электрическим током, который возбуждается каким нибудь источником электричества… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

• СТО Газпром 2-2.3-141-2007: Энергохозяйство ОАО «Газпром». Термины и определения — Терминология СТО Газпром 2 2.3 141 2007: Энергохозяйство ОАО «Газпром». Термины и определения: 3.1.31 абонент энергоснабжающей организации : Потребитель электрической энергии (тепла), энергоустановки которого присоединены к сетям… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Трансформаторы, их виды и назначение

Что такое трансформатор
Принцип работы трансформатора
Виды трансформаторов
Режимы работы трансформатора
Уравнения идеального трансформатора
Магнитопровод трансформатора
Обмотка трансформатора
Применение трансформаторов
Схема трансформатора

Что такое трансформатор

Трансформатор представляет собой устройство, которое преобразовывает напряжение переменного тока (повышает или понижает). Состоит трансформатор из нескольких обмоток (двух или более), которые намотаны на общий ферромагнитный сердечник. Если трансформатор состоит только из одной обмотки, то он называется автотрансформатором. Современные трансформаторы тока бывают: стержневыми, броневыми или тороидальными. Все три типа трансформаторов имеют похожие характеристики, и надежность, но отличаются друг от друга способом изготовления.

В трансформаторах стержневого типа обмотка намотана на сердечник, а в трансформаторах стержневого типа обмотка включается в сердечник. В трансформаторе стержневого типа обмотки хорошо видны, а из сердечника видна только нижняя и верхняя часть. Сердечник броневого трансформатора скрывает в себе практически всю обмотку. Обмотки трансформатора стержневого типа расположены горизонтально, в то время как это расположение в броневом трансформаторе может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Независимо от типа трансформатора, в его состав входят такие три функциональные части: магнитная система трансформатора (магнитопровод), обмотки, а также система охлаждения.

В начало

Принцип работы трансформатора

В трансформаторе принято выделять первичную и вторичную обмотку. К первичной обмотке напряжение подводится, а от вторичной отводится. Действие трансформатора основано на законе Фарадея (законе электромагнитной индукции): изменяющийся во времени магнитной поток через площадку, ограниченную контуром, создает электродвижущую силу. Справедливо также обратное утверждение: изменяющийся электрический ток индуцирует изменяющееся магнитное поле.

В трансформаторе есть две обмотки: первичная и вторичная. Первичная обмотка получает запитку от внешнего источника, а с вторичной обмотки напряжение снимается. Переменный ток первичной обмотки создает в магнитопроводе переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает ток во вторичной обмотке.

В начало

Режимы работы трансформатора

Существуют такие три режима работы трансформатора: холостой ход, режим короткого замыкания, рабочий режим. Трансформатор «на холостом ходу», когда выводы от вторичных обмоток никуда не подключены. Если сердечник трансформатора изготовлен из магнитомягкого материала, тогда ток холостого хода показывает, какие в трансформаторе происходят потери на перемагничивание сердечника и вихревые токи.

В режиме короткого замыкания выводы вторичной обмотки соединены между собой накоротко, а на первичную обмотку подают небольшое напряжение, с таким расчетом, чтобы ток короткого замыкания был равен номинальному току трансформатора. Величину потерь (мощность) можно посчитать, если напряжение во вторичной обмотке умножить на ток короткого замыкания. Такой режим трансформатора находит свое техническое применение в измерительных трансформаторах.

Если подключить нагрузку к вторичной обмотке, то в ней возникает ток, индуцирующий магнитный поток, направленный противоположно магнитному потоку в первичной обмотке. Теперь в первичной обмотке ЭДС источника питания и ЭДС индукции питания не равны, поэтому ток в первичной обмотке увеличивается до тех пор, пока магнитный поток не достигнет прежнего значения.

Для трансформатора в режиме активной нагрузки справедливо равенство:
U_2/U_1 =N_2/N_1 , где U2, U1 – мгновенные напряжения на концах вторичной и первичной обмоток, а N1, N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке. Если U2 > U1, трансформатор называется повышающим, в противном случае перед нами понижающий трансформатор. Любой трансформатор принято характеризовать числом k, где k – коэффициент трансформации.

В начало

Виды трансформаторов

В зависимости от своего применения и характеристик трансформаторы бывают нескольких видов. К примеру, в электрических сетях населенных пунктов, промышленных предприятий применяют трансформаторы силовые, основной задачей которых является понижение напряжения в сети до общепринятого – 220 В.

Если трансформатор предназначен для регулировки тока, он называется трансформатор тока, а если устройство регулирует напряжение – то это трансформатор напряжения. В обычных сетях применяются однофазные трансформаторы, в сетях на три провода (фаза, ноль, заземление) нужен трехфазный трансформатор.

Бытовой трансформатор, 220В предназначается для защиты бытовой техники от перепадов напряжения.

Сварочный трансформатор предназначен для разделения сварочной и силовой сети, для понижения напряжения в сети до нужной для сварки величины.

Масляный трансформатор предназначается для использования в сетях с напряжением выше 6 000 Вольт. Конструкция трансформатора включает в себя: магнитопровод, обмотки, бак, а также крышки с вводами. Магнитопровод состоит из 2 листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга, обмотки, как правило, делают из алюминиевого или медного провода. Регулировка напряжения производится с помощью ответвления, которое соединяется с переключателем.

Существует два вида переключения ответвлений: переключение под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой), а также без нагрузки, после того, как трансформатор отключен от внешней сети (ПБВ, или переключение без возбуждения). Большее распространение получил второй способ регулировки напряжения.

Говоря о видах трансформаторов, нельзя не рассказать об электронном трансформаторе. Электронный трансформатор представляет собой специализированный источник питания, который служит для преобразования напряжения 220В в 12 (24)В, при большой мощности. Электронный трансформатор намного меньше обычного, при тех же самых параметрах нагрузки.

В начало

Уравнения идеального трансформатора

Для того чтобы рассчитать основные характеристики трансформаторов, принято пользоваться простыми уравнениями, которые знает каждый современный школьник. Для этого используют понятие идеального трансформатора. Идеальным трансформатором называется такой трансформатор, в котором нет потерь энергии на нагрев обмоток и вихревые токи. В идеальном трансформаторе энергия первичной цепи превращается полностью в энергию магнитного поля, а затем – в энергию вторичной обмотки. Именно поэтому мы можем написать:
P1= I1*U1 = P2 = I2*U2,
где P1, P2 – мощности электрического тока в первичной и вторичной обмотке соответственно.

В начало

Магнитопровод трансформатора

Магнитопровод представляет собой пластины из электротехнической стали, которые концентрируют в себе магнитное поле трансформатора. Полностью собранная система с деталями, скрепляющими трансформатор в единое целое – это остов трансформатора. Та часть магнитопровода, на которой крепятся обмотки, называется стержнем трансформатора. Часть магнитопровода, которая не несет на себе обмотку и замыкает магнитную цепь, называется ярмом.

В трансформаторе стержни могут располагаться по-разному, поэтому выделяют такие четыре типа магнитопроводов (магнитных систем): плоская магнитная система, пространственная магнитная система, симметричная магнитная система, несимметричная магнитная система.

В начало

Обмотка трансформатора

Теперь поговорим об обмотке трансформатора. Основная часть обмотки – виток, который однократно обхватывает магнитопровод и в котором индуцируется магнитное поле. Под обмоткой понимают сумму витков, ЭДС всей обмотки равна сумме ЭДС в каждом витке.

В силовых трансформаторах обмотка обычно состоит из проводников, имеющих квадратное сечение. Такой проводник по-другому еще называется жилой. Проводник квадратного сечения используется для того, чтобы более эффективно использовать пространство внутри сердечника. В качестве изоляции каждой жилы может использоваться либо бумага, либо эмалевый лак. Две жилы могут быть соединены между собой, и иметь одну изоляцию – такая конструкция называется кабелем.

Обмотки бывают следующих типов: основные, регулирующие и вспомогательные. Основной называется обмотка, к которой подводится или от которой отводится ток (первичная и вторичная обмотка). Обмотка с выводами для регулирования коэффициента трансформации напряжения называется регулирующей.

В начало

Применение трансформаторов

Из курса школьной физики известно, что потери мощности в проводах прямо пропорциональны квадрату силы тока. Поэтому для передачи тока на большие расстояния напряжение повышают, а перед подачей потребителю наоборот, понижают. В первом случае нужны повышающие трансформаторы, а во втором – понижающие. Это основное применение трансформаторов.

Трансформаторы применяются также в схемах питания бытовых приборов. Например, в телевизорах применяют трансформаторы, имеющие несколько обмоток (для питания схем, транзисторов, кинескопа, и т.д.).

В начало

Схема трансформатора

1. Изоляция трансформатора на основе безматричной вакуумной пропитки и работает в среде с высокой влажностью воздуха и в химически агрессивной атмосфере.
2. Минимальное выделение энергии горения (например, 43 кг для трансформатора 1600 кВА соответствуют 1,1% веса). Другие изоляционные материалы являются практически негорючими, самозатухающими и не содержат каких-либо токсичных добавок.
3. Устойчивость трансформатора к загрязнениям благодаря конвекционным самоочищающимся дискам обмотки.
4. Большая длина утечки по поверхности дисков обмотки, которые создают эффект изоляционных барьеров.
5. Устойчивость трансформатора к температурной ударной нагрузке даже при крайне низких температурах (-50°С).
6. Керамические блоки прокладки (без возможности возгорания) между дисками обмотки.
7. Изоляция проводников стекло-шелк.
8. Безопасность эксплуатации трансформатора благодаря специальной структуре обмотки Воздействие напряжения на изоляцию никогда не превышает напряжение изоляции (не более 10 В). Частичные разряды в изоляции физически невозможны.
9. Охлаждение трансформатора обеспечивается вертикальными и горизонтальным каналам охлаждения, а минимальная толщина изоляции обеспечивают возможность работы трансформатора при больших кратковременных перегрузках в защитном корпусе IP 45 без принудительного охлаждения.
10. Изоляционный цилиндр сделан и практически негорючего и самозатухающего материала, армированного стекловолокном.
11. Обмотка низкого напряжения из стандартного провода или фольги; в качестве материала обмотки используется медь.
12. Динамическая устойчивость трансформатора к коротким замыканиям обеспечивается керамическими изоляторами.

В начало

Почему в силовых трансформаторах используется медь, а не алюминий? — Леонардо Энергия

Медь отображает низких уровней ползучести . При экстремальных нагрузках и температурных условиях обмоток распределительных трансформаторов скорость ползучести алюминия может быть до 25 раз выше, чем у меди. Это приводит к тому, что распределительные трансформаторы с алюминиевой обмоткой имеют более высокую склонность к отказу, чем трансформаторы с медной обмоткой.

Концевые заделки для медных проводов на менее подвержены отказу , чем заделки для алюминиевых проводов.Основная причина этого — различное поведение их оксидов. Оксид меди мягкий, электропроводный и легко разрушается. Оксид алюминия прочно прикреплен, трудно смещается и электрически изолирует. Это также предотвращает немеханические соединения, такие как пайка, которая возможна только после нанесения слоя олова, меди или никеля.

Медные провода не имеют гальванического действия , поскольку они являются тем же элементом, что и соединители, которые обычно изготавливаются из меди или латуни (медный сплав).Алюминий теряет материал из-за гальванического воздействия, что приводит к потере контакта.

Медь на тверже, прочнее и пластичнее , чем алюминий, меньше расширяется и не течет на концах . Следовательно, не требуется периодический осмотр и закручивание винтов. Алюминий под давлением вытекает из муфты.

Использование меди правильного сорта считается лучшим способом обеспечить высокую стойкость к короткому замыканию в силовых трансформаторах благодаря выдающимся механическим свойствам меди, таким как предел текучести и модуль упругости.Доступна медь с пределом текучести 280 Н / мм2 для тяжелых трансформаторов с частыми короткими замыканиями, например, используемых в дуговых печах. Внешнее короткое замыкание может вызвать значительное ослабление активных частей трансформатора, что снижает его надежность.

Распределительные трансформаторы с медной обмоткой неизменно на меньше и легче на , чем с алюминиевыми обмотками, при такой же мощности и энергоэффективности. Поскольку удельное сопротивление меди в 0,6 раза больше, чем у алюминия, поперечное сечение алюминиевого проводника должно быть равно 1.В 66 раз больше, чем у медного проводника при таком же сопротивлении. Это приводит к увеличению сердечника и объема трансформатора, что также приводит к увеличению емкости трансформатора по сравнению с медной конструкцией. Хотя алюминий легче, чем медь того же объема, в случае распределительных трансформаторов это преимущество сводится на нет из-за увеличенного объема (и, следовательно, веса) проводника, стального сердечника, резервуара и масла.

Распределительные трансформаторы с высоковольтной обмоткой из медных проводников на менее подвержены усталости металла на , чем алюминиевые.Установлено, что усталостная долговечность алюминиевых проводников обмоток ВН намного меньше, чем у медных проводников при аналогичных условиях эксплуатации. Это говорит о том, что после ослабления проводника высоковольтной обмотки распределительные трансформаторы с алюминиевой обмоткой выйдут из строя раньше, чем трансформаторы с медной обмоткой.

Более высокое содержание меди в трансформаторах улучшает энергетические характеристики и, как следствие, снижает затраты на жизненный цикл в большинстве случаев. Исследование, проведенное по заказу Европейской комиссии, показало, что вариант конструкции трансформатора, обеспечивающий наименьшую стоимость жизненного цикла, имеет более низкие потери энергии и использует значительно больше меди, чем соответствующий базовый вариант.

Нелинейные нагрузки вызывают дополнительные потери нагрузки в силовых трансформаторах, на которые сильно влияют геометрия трансформатора, конфигурация обмоток, а также материалы изоляции и проводов. В частности, распределение тока более равномерное с медными проводниками из-за более высокой проводимости.

Наконец, трансформаторы с медными обмотками часто на дешевле в производстве на , чем трансформаторы с алюминиевыми обмотками. Это связано с тем, что общая стоимость производства трансформатора определяется не только стоимостью проводника, но и стоимостью магнитной стали, резервуара и масла, необходимых для достижения указанного уровня энергетических характеристик.

Дополнительная информация :

http://help.leonardo-energy.org/hc/en-us/sections/201203581-Copper-in-transformers

Объяснение основ трансформаторов

Как работают трансформаторы

Важно помнить, что трансформаторы не вырабатывают электроэнергию; они передают электроэнергию от одной цепи переменного тока к другому с помощью магнитной муфты.Сердечник трансформатора используется для обеспечения контролируемого пути для генерируемого магнитного потока. в трансформаторе током, протекающим через обмотки, также известные как катушки.
Основной трансформатор состоит из четырех первичных частей. Детали включают входное соединение, выходное соединение, обмотки или катушки и сердечник.

• Входные соединения — Входная сторона трансформатора называется первичной стороной , потому что основная электрическая в этот момент подключается мощность, которую необходимо изменить.
• Выходные соединения — Выходная сторона или вторичная сторона трансформатора — это то место, куда направляется электрическая мощность к нагрузке. В зависимости от требований нагрузки поступающая электрическая мощность либо увеличивается, либо уменьшается.
• Обмотка — Трансформаторы имеют две обмотки: первичная обмотка и вторичная обмотка. Первичная обмотка катушка, которая получает энергию от источника.Вторичная обмотка — это катушка, которая передает энергию на преобразованный или изменил напряжение на нагрузку. Обычно эти две катушки делятся на несколько катушек, чтобы уменьшить создание магнитного потока.
• Core — сердечник трансформатора используется для обеспечения контролируемого пути для магнитного потока, генерируемого в трансформаторе. Сердечник, как правило, представляет собой не сплошной стальной стержень, а конструкцию из множества тонких ламинированных стальных листов или слоев.Этот конструкция используется, чтобы помочь устранить и уменьшить нагрев.
  Трансформаторы обычно имеют один из двух типов сердечников: тип сердечника и тип оболочки. Эти два типа отличаются друг от друга по способу размещения первичной и вторичной обмоток вокруг стального сердечника.
  • Тип сердечника — у этого типа обмотки окружают многослойный сердечник.
  • Тип оболочки — В этом типе обмотки окружены ламинированным сердечником.

Когда на первичную обмотку подается входное напряжение, в первичной обмотке начинает течь переменный ток. Поскольку нынешний В сердечнике трансформатора создается изменяющееся магнитное поле. Поскольку это магнитное поле пересекает вторичную обмотку, во вторичной обмотке создается переменное напряжение.
Соотношение между количеством фактических витков провода в каждой катушке является ключом к определению типа трансформатора и того, что выходное напряжение будет. Соотношение между выходным напряжением и входным напряжением такое же, как отношение количества витков между две обмотки.
Выходное напряжение трансформатора больше входного, если вторичная обмотка имеет больше витков провода, чем первичная. обмотка.Выходное напряжение повышается и считается «повышающим трансформатором». Если у вторичной обмотки меньше витков чем первичная обмотка, выходное напряжение ниже. Это «понижающий трансформатор».

Производство катушек и сердечников трансформатора

Каждый трансформатор Waukesha ^® имеет конструкцию сердечника. Наши силовые трансформаторы средней и большой мощности имеют медные обмотки круглой формы и имеют сплошную дисковую и / или спиральную конструкцию.Это помогает обеспечить качество и надежность всей внутренней конструкции трансформатора.

ТРАНСФОРМАТОР ОБМОТКА ОБОЛОЧКИ

Медный и легированный серебром медный магнитный провод или медный кабель с непрерывным транспонированием используется в качестве проводников обмотки на всех силовых трансформаторах Waukesha ^® . Медный кабель с непрерывным транспонированием используется для минимизации потерь и температур горячих точек, а также для создания более компактной обмотки с улучшенными характеристиками короткого замыкания.

Все обмотки круглые, концентрические и обеспечивают максимальную стойкость к сквозным повреждениям. В обмотках высокого и низкого напряжения используются сплошные диски или спиральные обмотки. Эта конструкция обеспечивает максимальную прочность и устойчивость к коротким замыканиям, повышенную предсказуемость и более низкие температуры горячих точек при нагрузке и перегрузке.

Многожильные сплошные дисковые и спиральные обмотки перемещены по всей обмотке, чтобы минимизировать потери циркулирующего тока.Современные методы проектирования используются для обеспечения максимальной импульсной прочности обмоток и сведения к минимуму напряжений. Особое внимание при проектировании уделяется концевым дискам линии для управления распределением напряжения.

Методы балансировки

ампер-виток используются для минимизации радиального потока утечки и для минимизации сил осевого короткого замыкания. Чтобы гарантировать характеристики короткого замыкания, обмотки производятся с соблюдением строгих проектных допусков на электрическую высоту обмотки катушки, расположение отводов и расположение распределительных секций.

Охлаждающие каналы образованы между дисками в непрерывно-дисковой и спиральной обмотке с помощью радиальных прокладок с шпонками, изготовленных из специальной изоляции из плотного картона. Эти прокладки выровнены в колонну, чтобы обеспечить осевую поддержку обмоток и высокую стойкость к короткому замыканию.

Все обмотки производятся в чистой намоточной среде. Эта изолированная «фабрика на фабрике» находится под контролем влажности и температуры 24 часа в сутки с контролируемым доступом для минимизации загрязнения.

КОНСТРУКЦИЯ СЕРДЕЧНИКА ТРАНСФОРМАТОРА

Во всех трансформаторах Waukesha ^® используется конструкция сердечника. Сердечники изготавливаются из холоднокатаной кремнистой стали с ориентированной зернистой структурой и холоднокатаной кремнистой стали с высокой степенью проницаемости с доменным измельчением марки «H» (в некоторых областях применения используется сталь марки «M»). Отжиг всей стержневой стали после продольной резки обеспечивает оптимальные характеристики потерь.

В конструкции сердечника

используется многоступенчатое круглое поперечное сечение с полностью скошенными стыками.Нарезанные по длине ламинаты на специальных высокоскоростных автоматических ножницах с компьютерным управлением с высокой точностью размеров обеспечивают плотное прилегание стыков с минимальными зазорами, чтобы минимизировать потери в сердечнике, ток возбуждения и уровни шума.

Изоляция сердечника от корпуса и подключение к заземлению только в одной точке предотвращает накопление статических зарядов. Заземление в одной точке также устраняет циркулирующие токи и связанное с ними образование горючего газа. Ремень заземления выводится в удобное место рядом с отверстием для доступа на крышке или через втулку на крышке резервуара, чтобы облегчить испытание изоляции жилы.

После укладки двухкомпонентной эпоксидной смолы, чтобы связать стержни сердечника вместе, затем устанавливают бандаж для образования жесткой конструкции. Прочные стальные концевые рамы обеспечивают полную структуру сердечника с высокой механической прочностью, чтобы выдерживать большие нагрузки во время транспортировки или в условиях короткого замыкания без деформации сердечника или обмоток.

СЕРДЕЧНИК ТРАНСФОРМАТОРА И КАТУШКА ТРАНСФОРМАТОРА В СБОРЕ — СОСТАВЛЕНИЕ ИХ ВМЕСТЕ

После того, как сердечники соединены вместе и поставлены вертикально, а катушки намотаны, обработаны, спрессованы и измерены, самое время собрать их вместе в процессе, называемом «посадка катушек».На каждую ветвь или ветвь сердечника будет помещено от 2 до 5 обмоток, после чего весь сердечник и катушка в сборе проходят тщательную очистку и тщательный осмотр перед тем, как перейти к операции прессования, которая способствует окончательной сборке сердечника. .

После того, как сборка находится под давлением, она очищается и снова проверяется, а затем проходит процесс, называемый верхним ярмом, при котором сталь верхнего ярма прикрепляется к конечностям с очень жесткими допусками, чтобы гарантировать отсутствие проблем с потерями в сердечнике на испытательном полу.По завершении верхнего ярма агрегат «втягивается». Эта процедура «втягивания» включает в себя затягивание зажимов сердечника на стали, затягивание лент ярма и добавление всей дополнительной изоляции, необходимой в конструкции. Точные, предварительно рассчитанные методы зажима узла сердечника и катушки вместе обеспечивают положительное зажимное давление на катушки в каждой точке и обеспечивают максимальную защиту от сквозных коротких замыканий, независимо от того, насколько сухим может стать трансформатор во время эксплуатации.

Предварительно собранные конструкции с планками и выводами (деревянные рамы с изолированным кабелем и, часто, с установленным на них переключателем ответвлений без напряжения) теперь прикрепляются к сборке.Все соединения обжимаются и наматываются в соответствии с техническими условиями, причем каждый обжим подписывается оператором для целей аудита качества; Особая осторожность проявляется при обертывании гофр, чтобы минимизировать диэлектрические напряжения. После того, как все соединения выполнены, сборка снова регулируется и снова испытывается, проверяется, а затем переводится в паровую фазу.

Типы обмоток трансформатора: цилиндрические, спиральные, перекрестные и дисковые

Сердечник и обмотки трехфазного трансформатора с сердечником

Существует различных типов обмоток , используемых для различных применений и устройств.Обмотки представляют собой проводники, намотанные в различные формы, такие как спиральные, дисковые, цилиндрические, перекрестные, которые генерируют MMF, который переносится сердечником к другим обмоткам для получения различных уровней напряжения. В основном существует два типа трансформаторов:

1. Трансформатор с сердечником
2. Трансформатор с сердечником

В типе сердечника мы наматываем первичную и вторичную обмотки на внешние стороны, а в оболочке мы размещаем первичную и вторичную намотки на внутренние конечности.

Мы используем концентрические обмотки в трансформаторе с сердечником. Обмотку низкого напряжения размещаем рядом с сердечником. Однако для уменьшения реактивного сопротивления рассеяния обмотки можно чередовать. Тип сердечника обмотки зависит от многих факторов, таких как номинальный ток, стойкость к короткому замыканию, предел повышения температуры, полное сопротивление, импульсное напряжение, транспортные средства и т. Д.

Типы обмоток, используемых для трансформатора с сердечником

Цилиндрические обмотки

Эти обмотки слоистого типа с прямоугольным или круглым проводником, показанным на рис.(а) и (б). Проводники намотаны на плоских сторонах, показанных на рис. (C), и намотаны на ребрах, показанных на рис. (D).

Использование цилиндрических обмоток

Цилиндрические обмотки — это обмотки низкого напряжения, используемые до 6,6 кВ для кВА до 600-750, и номинальным током от 10 до 600 А. формирует слой. Мы используем прямоугольные жилы двухслойного типа, потому что их выводные концы легко закрепить. Масляные каналы разделяют слои обмоток. Такое расположение облегчает охлаждение за счет циркуляции масла в обмотке.

В многослойных цилиндрических обмотках мы используем круглые проводники, намотанные на вертикальные полосы для улучшения условий охлаждения. Компоновка создает масляные каналы для лучшего охлаждения. Мы используем эти типы обмоток для высокого напряжения до 33 кВ, 800 кВА и номинального тока до 80 А. Максимальный диаметр, который мы используем для неизолированного проводника, составляет 4 мм.

Винтовые обмотки

Мы используем спиральных обмоток низковольтные трансформаторы большой мощности, где ток больше, а витки обмоток меньше.Мощность трансформатора варьируется от 160 — 1000 кВА от 0,23-15 кВ. Для обеспечения достаточной механической прочности площадь поперечного сечения полосы не менее 75-100 мм кв. Максимальное количество полос, используемых параллельно для создания проводника, составляет 16.

Существует три типа:

• Односпиральная обмотка
• Двойная спиральная обмотка
• Дисково-спиральная обмотка

Одинарные спиральные обмотки состоят из намотка в осевом направлении по винтовой линии с наклоном.В каждой обмотке только один слой витков. Преимущество двойной спиральной обмотки состоит в том, что она снижает потери на вихревые токи в проводниках. Это связано с уменьшением количества параллельных проводников, расположенных в радиальном направлении.

В Disc-Helical Windings соединенные параллельно полосы располагаются бок о бок в радиальном направлении, чтобы занять всю радиальную глубину намотки.

Многослойная спиральная обмотка

Обычно мы используем ее для высоких напряжений 110 кВ и выше.Эти типы обмоток состоят из нескольких цилиндрических слоев, намотанных концентрически и последовательно соединенных.

Мы делаем внешние слои короче внутренних для равномерного распределения емкости. Эти обмотки в первую очередь улучшают характеристики перенапряжения трансформаторов.

Перекрестная обмотка

Эти обмотки мы используем для обмоток высокого напряжения малых трансформаторов. Жилы представляют собой круглые провода или полосы, покрытые бумагой. Обмотки разделены на несколько катушек, чтобы снизить напряжение между соседними слоями.Эти катушки разделены в осевом направлении на расстояние от 0,5 до 1 мм. Напряжения между соседними катушками не должны превышать 800–1000 В.

Внутренний конец катушки соединяется с концом выходной стороны соседней, как показано на рисунке выше. Фактическая осевая длина каждой катушки составляет около 50 мм, а расстояние между двумя катушками составляет около 6 мм для размещения блоков изоляционного материала.

Ширина рулона от 25 до 50 мм. Перекрестная обмотка при нормальных условиях имеет более высокую прочность, чем цилиндрическая обмотка.Однако у кроссовера меньшая импульсная сила, чем у цилиндрического. Этот тип также требует более высоких затрат на рабочую силу.

Диск и непрерывная обмотка диска

В основном используется для трансформатора большой мощности. Обмотка состоит из ряда плоских катушек или дисков, включенных последовательно или параллельно. Катушки образованы прямоугольными полосами, намотанными по спирали от центра наружу в радиальном направлении, как показано на рисунке ниже.

Проводники могут быть одной или несколькими полосами, намотанными параллельно на плоской стороне.Это делает конструкцию обмотки надежной. Диски отделены друг от друга секторами прессованного картона, прикрепленными к вертикальным полосам.

Вертикальные и горизонтальные распорки образуют радиальные и осевые каналы для свободной циркуляции масла, которое контактирует при каждом повороте. Площадь проводника варьируется от 4 до 50 мм, а пределы по току составляют 12 — 600 А.

Минимальная ширина масляного канала составляет 6 мм для 35 кВ. Преимущество дисковой и сплошной обмоток — большая механическая осевая прочность и дешевизна.

Обмотки для трансформатора кожухового типа

Обмотка многослойного типа

Позволяет легко контролировать реактивное сопротивление Чем ближе две катушки находятся вместе на
одной и той же магнитной оси, тем больше доля взаимного потока и тем меньше поток рассеяния.

Утечку можно уменьшить, разделив секции низкого и высокого напряжения. Концевые секции низкого напряжения содержат половину витков обычных секций низкого напряжения, называемых полукатушками.

Чтобы уравновесить магнитодвижущие силы соседних секций, каждая нормальная секция, будь то высокое или низкое напряжение, имеет одинаковое количество ампер-витков.Чем выше степень деления, тем меньше реактивное сопротивление.

Преимущества корпусных обмоток в трансформаторах

К преимуществам корпусных обмоток относятся:

• Высокая стойкость к короткому замыканию
• Высокая механическая прочность
• Высокая диэлектрическая прочность
• Отличный контроль утечки магнитного потока
• Эффективность охлаждающая способность
• Гибкая конструкция
• Компактный размер
• Высоконадежная конструкция

Конструкция силового трансформатора — обмотки

Обмотки сухого трансформатора 750 кВА

Продолжение из тех.статья: Конструкция силового трансформатора — Сердечник

Конструкция

Обмотки состоят из токоведущих проводов , намотанных вокруг секций сердечника, и они должны быть должным образом изолированы, поддерживаться и охлаждаться, чтобы выдерживать эксплуатацию и испытания условия.

Термины «обмотка» и «катушка» используются в этом обсуждении как синонимы. Медь и алюминий — основные материалы, используемые в качестве проводников в обмотках силовых трансформаторов.

Хотя алюминий легче и обычно дешевле , чем медь, необходимо использовать алюминиевый провод большего сечения для пропускания тока с характеристиками, аналогичными медным. Медь имеет более высокую механическую прочность и используется почти исключительно во всех диапазонах размеров, кроме меньших, где алюминиевые проводники могут быть вполне приемлемыми.

В случаях, когда возникают экстремальные нагрузки, можно использовать такие материалы, как медь, содержащая серебро, для еще большей прочности.

Проводники, используемые в силовых трансформаторах, обычно являются скрученными с прямоугольным поперечным сечением, хотя некоторые трансформаторы с самыми низкими номиналами могут использовать листовые или фольговые проводники. Несколько прядей могут быть намотаны параллельно и соединены вместе на концах обмотки, и в этом случае необходимо переставить пряди в различных точках по всей обмотке, чтобы предотвратить циркуляцию токов вокруг петли (петель), создаваемых соединением прядей на концах. .

Отдельные жилы могут подвергаться различиям в магнитном поле из-за их соответствующего положения в обмотке, что создает различия в напряжениях между жилами и возбуждает циркулирующие токи по проводящим петлям.

Рисунок 1 — Непрерывно перемещаемый кабель (CTC)

Правильное расположение жил компенсирует эти различия в напряжении и устраняет или значительно снижает циркулирующие токи. Вариант этого метода, включающий множество прядей прямоугольных проводов, объединенных в кабель, называется , непрерывно транспонированный кабель (CTC) , как показано на Рис. 1 .

В трансформаторах с сердечником обмотки обычно располагаются концентрически вокруг стержня сердечника, как показано на рисунке 2 , на котором показано, что обмотка опускается поверх другой обмотки уже на стержне сердечника трехфазного трансформатора.

Схема катушек, размещенных в этом трехфазном приложении, также была показана в Рисунок 1 (статья «Конструкция силового трансформатора — сердечник»).

Трансформаторы в форме оболочки используют подобное концентрическое расположение или расположение между пластинами, как показано на схеме Рисунок 3 и фотография в Рисунок 7 .

Рисунок 2 — Концентрическое расположение, внешняя катушка опускается на стержень сердечника поверх внутренней катушки
Рисунок 3 — Пример штабельного (чередующегося) расположения обмоток в форме оболочки

При чередующемся расположении отдельные катушки штабелируются, разделенные изоляционные перегородки и охлаждающие каналы.Катушки обычно соединяются с внутренней частью одной катушки, соединенной с внутренней частью соседней катушки, и, аналогично, с внешней стороной одной катушки, соединенной с внешней стороной соседней катушки. Наборы катушек собираются в группы, которые затем образуют первичную или вторичную обмотку.

При рассмотрении концентрических обмоток обычно понимается, что круговые обмотки по своей природе имеют более высокую механическую прочность, чем прямоугольные обмотки, тогда как прямоугольные обмотки могут иметь более низкие затраты на материалы и рабочую силу.

Прямоугольные обмотки позволяют более эффективно использовать пространство, но их использование ограничено малыми силовыми трансформаторами и нижним диапазоном трансформаторов средней мощности, где внутренние силы не очень высоки. По мере увеличения номинала силы значительно увеличиваются, и возникает необходимость в дополнительной прочности обмоток, поэтому используются круглые катушки или конструкция в форме оболочки.

В некоторых особых случаях используются обмотки эллиптической формы.

Концентрические катушки обычно наматываются на цилиндры с прикрепленными прокладками, чтобы образовать канал между проводниками и цилиндром.Поток жидкости через обмотки может быть основан исключительно на естественной конвекции, или поток можно отчасти контролировать с помощью стратегически размещенных барьеров внутри обмотки.

На рисунках 4 и 5 показаны схемы обмотки, сравнивающие ненаправленный и направленный поток. Эту концепцию иногда называют управляемый поток жидкости .

Рисунок 4 — Ненаправленный поток

На протяжении многих лет в силовых трансформаторах использовалось множество различных типов обмоток.Катушки могут быть намотаны в вертикальном положении, вертикальной ориентации , как это необходимо для больших и тяжелых катушек; или их можно намотать горизонтально и по завершении поставить вертикально.

Как упоминалось ранее, тип обмотки зависит от номинала трансформатора, а также от конструкции сердечника. Ниже описаны некоторые из наиболее распространенных типов обмоток.

Рисунок 5 — Направленный поток

Блинные обмотки

Несколько типов обмоток обычно называют обмотками « блин » из-за расположения проводников в дисках.Однако этот термин чаще всего относится к типу катушки, которая используется почти исключительно в трансформаторах с оболочкой .

Проводники намотаны вокруг прямоугольной формы, причем самая широкая поверхность проводника ориентирована либо горизонтально, либо вертикально. На рисунке 6 показано, как обычно наматываются эти катушки. Этот тип обмотки подходит для рассмотренной ранее схемы с чередованием ( Рисунок 7 ).

Рисунок 6 — Блинная обмотка во время процесса намотки
Рисунок 7 — Составные блинные обмотки

Слоистые (цилиндрические) обмотки

Слоистые (цилиндрические) обмотки относятся к числу самых простых обмоток, поскольку изолированные проводники наматываются непосредственно рядом с друг друга вокруг цилиндра и проставок.

Несколько слоев могут быть намотаны друг на друга, при этом слои могут быть разделены твердой изоляцией, воздуховодами или их комбинацией. Несколько жил можно намотать параллельно, если этого требует величина тока.

Варианты этой обмотки часто используются для таких применений, как отводные обмотки, используемые в трансформаторах с переключением ответвлений нагрузки (LTC) и для третичных обмоток, используемых, среди прочего, для подавления третьей гармоники.

На рисунке 8 показана многослойная обмотка во время сборки, которая будет использоваться в качестве регулирующей обмотки в трансформаторе LTC.

Рисунок 8 — Многослойные обмотки (однослойные с двумя параллельно намотанными нитями)

Спиральные обмотки

Спиральные обмотки также называют винтовой или спиральной обмоткой, причем каждый термин точно характеризует конструкцию катушки.

Спиральная обмотка состоит из нескольких или более 100 изолированных жил, намотанных параллельно, непрерывно по длине цилиндра, с прокладками, вставленными между соседними витками или дисками, и подходящими транспозициями, включенными для минимизации циркулирующих токов между параллельными нитями.

Рисунок 9 — Спиральная обмотка во время сборки

Конструкция такова, что катушка напоминает штопор. Рисунок 9 показывает спиральную намотку во время процесса намотки. Спиральные обмотки используются для более высоких токов, часто встречающихся в низковольтных классах.

Дисковые обмотки

Дисковая обмотка может включать однопроволочных или нескольких жил изолированных проводников, намотанных серией параллельных дисков горизонтальной ориентации, с дисками, соединенными либо внутри, либо снаружи как точка пересечения.Каждый диск состоит из нескольких витков, намотанных на другие витки, причем кроссоверы чередуются между внутренними и внешними.

Рисунок 10 — Базовая схема обмотки диска
Рисунок 11 — Внутренний и внешний кроссоверы обмотки диска

Рисунок 10 описывает базовую концепцию, а Рисунок 11 показывает типичные кроссоверы во время процесса намотки.

Большинство обмоток класса 25 кВ и выше, используемых в трансформаторах с сердечником, являются дисковыми. Учитывая высокие напряжения, возникающие при испытании и эксплуатации, необходимо уделять особое внимание тому, чтобы избежать высоких напряжений между дисками и витками около конца обмотки, когда они подвергаются переходным скачкам напряжения.

Было разработано множество методов для обеспечения приемлемого распределения напряжения по обмотке в этих условиях.

Ссылка: Electric Power Transformer Engineering, опубликовано 16 мая 2012 года издательством CRC Press // глава «Силовые трансформаторы», автором которой являются H.J. Sim и S.H. Digby (получите эту книгу в CRC Press)

% PDF-1.5 % 27 0 объект >>> эндобдж 96 0 объект > поток конечный поток эндобдж 23 0 объект > эндобдж 28 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0.»DtЧo` eTD, UYR / B =

Основные силовые трансформаторы

Льюиса Лофлина

В этом разделе мы рассмотрим широкий круг тем, связанных с трансформаторами. Это будет ограничиваться в основном силовыми трансформаторами, их работой и способами их использования / тестирования. Я предполагаю, что у читателя есть базовые знания о постоянном токе и законе Ома, а также основы магнетизма. Если необходимо рассмотреть эти темы, см. Следующее:

На схеме выше базовый трансформатор состоит как минимум из двух катушек с проволокой, намотанной на железный сердечник.Пульсирующее магнитное поле, создаваемое в первичной обмотке переменным током, индуцирует напряжение во вторичной обмотке, когда расширяющееся и сжимающееся магнитное поле первичной обмотки пересекает вторичную обмотку. Выходное напряжение вторичной обмотки пропорционально входному напряжению и отношению первичных обмоток (количества витков) к вторичным обмоткам.

Рисунок 1 Основные типы трансформаторов.

На рисунке 1 выше показан основной электрический символ трансформатора. Базовый трансформатор состоит как минимум из двух катушек с проволокой, намотанной на железный сердечник.Хотя есть много вариантов, перечисленных выше:

T1: разделительный трансформатор «один к одному». Напряжение на входе такое же, как на выходе. Они используются для изоляции «горячей» стороны линии электропередачи от пользователя на вторичной стороне. Фактически, за исключением автотрансформаторов, это свойство всех трансформаторов — электрическая изоляция между первичной и вторичной обмотками.

T2: базовый понижающий трансформатор. Количество обмоток в первичной обмотке больше, чем количество обмоток во вторичной обмотке, что дает более низкое выходное напряжение, чем входное.Понижающее напряжение основано на соотношении первичных обмоток и вторичных обмоток.

T3: базовый повышающий трансформатор. Количество обмоток в первичной обмотке меньше, чем во вторичной. Повышающее напряжение основано на соотношении первичных обмоток и вторичных обмоток.

T4: трансформатор с центральным отводом вторичной обмотки. Напряжение, измеренное от центрального отвода к любому концу, должно быть одинаковым.

T5: трансформатор с отводом по центру первичной и вторичной обмоток.

T6: понижающий трансформатор с центральным отводом вторичной обмотки. Так устроен обычный «полюсный трансформатор», питающий дом.

T7: трансформатор с несколькими вторичными обмотками. Отдельные обмотки могут иметь любую комбинацию повышающей или понижающей.

Рисунок 2

Напряжение и ток в силовых трансформаторах

На рисунке показан теоретический трансформатор с входным напряжением 120 В переменного тока и выходным напряжением 20 В переменного тока на один ампер (I).Допустим, резистор R1 составляет 20 Ом. Какой ток будет протекать через предохранитель F1? В данном случае соотношение обмоток 120: 20 = 6: 1.

Для решения подобных проблем я использую формулу «мощность равна выходной мощности». (Я расскажу о потерях в ближайшее время.) Во вторичном резисторе R1 составляет 20 Ом (R) и 20 В (E), поэтому E / R = I; 20/20 = 1 ампер. Мощность = E * I = 20 * 1 = 20 Вт. Итак, в этой задаче вторичный потребляет 20 Вт, поэтому первичный должен обеспечивать 20 Вт. В приведенном выше примере 1 ампер протекает через амперметр 2.

В первичной обмотке мы знаем, что входное напряжение (E) составляет 120 вольт, а подаваемая мощность (P) — 20 ватт. Чтобы найти ток (I), мы используем формулу P / E = 20/120 = 0,167 ампер или 167 мА. Это также ток через амперметр 1 и предохранитель, поэтому для безопасности мы должны использовать предохранитель не более стандартного предохранителя на 1/4 ампера.

Это, кажется, сбивает с толку многих студентов, потому что такой небольшой ток при гораздо более высоком напряжении может быть таким же уровнем мощности, как и большой ток при низком напряжении. Мы говорим о мощности как о произведении тока и напряжения, а не только о напряжении или токе.

Трансформатор с ламинированным сердечником, на котором виден край пластин
вверху изображения.

Является ли первичный источник питания всего лишь 20 Вт для передачи 20 Вт на нагрузку? Нет, скорее всего 23 Вт. В самом трансформаторе есть потери, по крайней мере, несколько ватт в этой простой схеме. Существует три основных типа потерь мощности в трансформаторах:

Гистерезис: сопротивление изменению магнитных полей в магнитном материале. Другими словами, железный сердечник трансформатора противостоит изменению магнитных полей, вызванному переменным током.Молекулы железа сопротивляются изгибу, вызванному магнитным полем, выделяющим отходящее тепло.

Вихревые токи: небольшой ток, индуцированный в железном сердечнике трансформатора. Сердечник трансформатора часто состоит не из прочного железа / стали, а из ламинированных листов, соединенных вместе. Я не буду вдаваться в подробности о нескольких других типах магнитных потерь.

Потери в меди: нагрев, вызванный сопротивлением медной проволоки в обмотках. Этот термин применяется независимо от того, сделаны ли обмотки из меди или другого проводника, например алюминия.Поэтому часто предпочитают термин «потери в обмотке».

Потери меди возникают в результате джоулева нагрева, поэтому их также называют «квадратичными потерями R» в соответствии с Первым законом Джоуля. Это означает, что энергия, теряемая каждую секунду, или мощность, увеличивается пропорционально квадрату тока через обмотки и пропорционально электрическому сопротивлению проводников.

Потери в меди = I * I * R, где I — ток, протекающий в проводнике, а R — сопротивление проводника. Если I в амперах, а R в омах, расчетная потеря мощности выражается в ваттах.

Чем больше ток в проводе, тем выше потери из-за тепла. Кроме того, сопротивление медной проволоки (и большинства металлов) увеличивается с температурой. Используя рисунок 2 в качестве примера с одним ампером, мы действительно имеем потери в проводе, но тот же провод при двух амперах будет производить в четыре раза больше потерь (в виде тепла), чем на один ампер!

Сопротивление меди напрямую зависит от диаметра (калибра) провода и его длины. Например, провод AWG 28 имеет сопротивление 64.9 Ом на 1000 футов провода и диаметром 0,013 дюйма. AWG 12 калибра имеет сопротивление 1,588 Ом на 1000 футов и диаметр провода 0,081 дюйма. Он используется в домашней проводке и может выдерживать 41 ампер, в то время как AWG 28 может выдерживать только 1,4 ампера.

Примечание: чем выше номер AWG, тем тоньше провод. Другими словами, AWG 28 может пропускать ток, достаточный для безопасной работы лампочки мощностью 150 Вт, в то время как AWG 12 может проводить ток для безопасной эксплуатации большой микроволновой печи или электрического обогревателя на 3600 Вт.

Глядя на наш трансформатор выше на рисунке 2, мы имеем первичный ток 0,167 ампер и вторичный ток 1 ампер. Очевидно, что мы можем использовать провод меньшего диаметра в первичной обмотке, чем во вторичной. При проектировании трансформатора калибры проводов, используемых в первичной и вторичной обмотках, часто бывают как можно более тонкими, чтобы снизить стоимость при пропускании указанного тока. Но более тонкий провод имеет большее сопротивление, чем более толстый. Это необходимо учитывать при выборе трансформатора.

Давайте поспорим, наш трансформатор на рисунке 2 измеряет 50 Ом в первичной обмотке и 2 Ом во вторичной. Сколько мощности будет потеряно из-за потерь в меди?

Для первичной обмотки: I * I * R = 0,167 * 0,167 * 50 = 1,39 Вт.

Для вторичной обмотки: I * I * R = 1 * 1 * 2 = 2 Вт.

Суммарные потери в ваттах из-за потерь в меди = 3,39 Вт плюс около 2 Вт различных магнитных потерь. С трансформатором на 20 Вт это значительные потери — почти 22%. Использование проволоки большего сечения (по более высокой цене) для уменьшения этого нагрева жизненно важно.В действительности хороший трансформатор часто имеет КПД более 95%.

Подводя итог, калибр провода напрямую связан с допустимой нагрузкой по току. Напряжение зависит от качества электрической изоляции. Мощность — это произведение напряжения и тока. Если мы передаем мощность с более высоким напряжением, но с меньшим током, мы можем доставить мощность по более низкой цене, используя провод меньшего сечения. Давайте рассмотрим это более подробно.

В заключение, эти показания могут быть неточными как таковые. Трансформаторы — это индуктивные устройства, индуктивное реактивное сопротивление которых искажает показания переменного тока.

Трансформаторы для электропитания дома

Без использования трансформаторов современная электроэнергия была бы невозможна или намного дороже. Здесь я рассмотрю современный дом и то, как используются трансформаторы. (Приведенные ниже примеры могут не соответствовать местным кодам и являются только примерами.)

Опять же, мощность — это произведение напряжения и тока. (E * I) Современное домашнее электроснабжение составляет 200 ампер при 240 вольт. (Взгляните на домашнюю коробку выключателя.) При использовании воздушной линии для проводки от погодозависимой головки, где энергокомпания подключается к дому, до самой коробки выключателя часто используется провод AWG 00.

Если медь, то она может выдерживать 283 ампер свободного воздуха, этого достаточно для работы на 200 ампер. Но это очень дорогой провод диаметром 0,365 дюйма и весом 403 фунта на 1000 футов. Миля этого провода будет весить более одной тонны, и это всего лишь для одной сети на 200 ампер в одном доме. Алюминиевый провод дешевле, но он должен быть большего диаметра, чтобы пропускать ток, равный медному. Стоимость здесь с обоими будет непомерно высокой.

Решение — использование трансформаторов. Когда генерируется энергия, напряжение повышается до напряжения передачи до 400 000 вольт на большие расстояния.Можно использовать провод гораздо меньшего диаметра (а значит, и более дешевый и легкий) для подачи питания на местную подстанцию. Здесь высокое напряжение понижается до напряжения распределения 7200 вольт для домов и предприятий.

На рисунке выше показан типичный однофазный полюсный трансформатор. В верхней части полюса находится напряжение распределения 7200 вольт, а используемое выходное напряжение — 240 вольт. Дом на 200 ампер может потреблять 48 000 ВА (E * I) или 48 кВА. Трансформатор на 150 кВА может обслуживать три дома или легко подавать 600 ампер на три дома.Это будут очень короткие отрезки провода по трем разным токопроводящим путям.

Даже 1000 футов AWG 00 ​​имеют 0,0799 Ом, таким образом, скажем, 100 футов при 200 А приведут к небольшим потерям мощности. Скорее всего, для такого короткого пробега они будут использовать, скажем, AWG 10 при 1,2 Ом на 1000 футов. 1000 футов AWG 10 весит около 30 фунтов.

Обратите внимание на то, что на рисунке выше провод высокого напряжения в верхней части полюса тоньше, чем вторичная сторона, идущая к трем домам. Провода какого калибра я могу использовать для передачи 7200 вольт для питания полюсного трансформатора? Чтобы обеспечить 150 кВА при 7200 вольт, верхние проводники должны выдерживать около 21 ампер.Это может быть AWG 14 диаметром 0,064 дюйма с сопротивлением 2,5 Ом на 1000 футов. Общий вес 1000 футов проволоки составляет менее 13 фунтов. (Я предполагаю за вычетом веса изоляции.) Таким образом, из 150 000 ватт мы потеряем около 52 ватт из-за потерь в меди на 1000 футов провода.

No related posts.