Общие сведения о маломощных силовых трансформаторах

опубликовано: .

     СОДЕРЖАНИЕ:

  1. Типы маломощных силовых трансформаторов.
  2. Крепление сердечника трансформатора.
  3. Конструкция катушек маломощных трансформаторов.
  4. Пропитка катушек изолирующим лаком.
  5. Выбор материала для сердечника.

Проектирование трансформаторов слагается из их расчета и конструирования. Расчет трансформатора в общем представляет собой математически неопределенную задачу со многими решениями, так как число определяемых неизвестных, связывающих их, больше числа уравнений. Вследствие этого в процессе расчета трансформатора приходится задаваться определенными значениями некоторых исходных электромагнитных и конструктивных величин, базируясь на опыте построенных трансформаторов. В связи с этим при проектировании нового трансформатора обычно получается несколько расчетных вариантов, из которых и выбирается наивыгоднейший.

Расчет и опыт показывают, что можно рассчитать и построить трансформатор с высоким коэффициентом полезного действия (КПД), однако это еще не является признаком наивыгоднейшего варианта трансформатора, так как при его выборе нужно учитывать также и другие технико-экономические показатели, как, например, размеры, вес и стоимость трансформатора. Уменьшение веса и стоимости трансформатора связано с увеличением индукции в сердечнике и плотности тока в обмотках, что ведет к увеличению потерь в стали и меди трансформатора, а следовательно, к повышению его нагрева. При этом КПД трансформатора уменьшается.

Предельно допустимый нагрев маломощных силовых трансформаторов для обычной изоляции обмоток класса А может составлять 100 – 105°С, и для класса Е – 115 – 120°С или превышение температуры над окружающей средой 65 – 70°С и 80 – 85°С при температуре этой среды +35°С. Следовательно, пределом использования активных материалов является нагрев трансформаторов.

Маломощные силовые трансформаторы большей частью строятся однофазными, однако в ряде случаев встречаются также и трехфазные трансформаторы. Эти трансформаторы имеют обычно естественное воздушное охлаждение.

Как известно, в трансформаторах вес стали сердечника и вес меди обмоток находятся во взаимно обратной зависимости, то есть при увеличении веса активной стали расход меди на обмотки уменьшается. Так как цена обмоточной меди в маломощных трансформаторах значительно выше стоимости стали, то отношение веса стали к весу меди в них принимается выше, чем для трансформаторов большой мощности.

Таким образом, правильно рассчитанный маломощный силовой трансформатор должен иметь минимальные стоимость и вес, удовлетворять заданным техническим требованиям и иметь высокий КПД.

Типы маломощных силовых трансформаторов

Маломощные силовые трансформаторы строятся:
а) стержневого типа (рисунки 1 и 3);
б) броневого типа (рисунок 2);
в) тороидального типа (рисунок 4).

Трансформаторы стержневого типа Трансформатор броневого типа
Рисунок 1. Трансформаторы стержневого типа:
а – с двумя катушками; б – с одной катушкой
Рисунок 2. Трансформатор броневого типа
Трехфазные трансформаторы Трансформаторы с витыми сердечниками
Рисунок 3. Трехфазные трансформаторы с различной штамповкой пластин:
а – с Ш-образными пластинами; б – с прямоугольными пластинами
Рисунок 4. Трансформаторы с витыми сердечниками:
а – тороидальным; б – Ш-образным

Большинство маломощных силовых трансформаторов обычно строятся броневого типа. Однако трансформаторы стержневого и тороидального типов также находят достаточное применение.

Трехфазные маломощные силовые трансформаторы выполняются стержневого типа или из штампованных Ш-образных пластин (рисунок 3, а), или из прямоугольных пластин (рисунок 3, б).

Крепление сердечника трансформатора

Трансформатор с сердечником Трансформатор с сердечником
Рисунок 5. Трансформатор с сердечником, стянутым накладками Рисунок 6. Трансформатор с сердечником, стянутым штампованными крышками

В маломощных силовых трансформаторах применяются два основных способа крепления собранного пакета сердечника.

1. Крепление с помощью шпилек

В этом случае пакет сердечника трансформатора сжимается с помощью шпилек и скоб из полосовой стали толщиной 1 – 2 мм (рисунок 5).

В броневых трансформаторах для крепления сердечника иногда применяется штампованная из листовой стали деталь, служащая одновременно кожухом трансформатора (рисунок 6).

2. Крепление запрессовкой сердечника в обойму

В этом случае собранный пакет сердечника трансформатора обжимается специальной обоймой.

Материалом для сердечника маломощного силового трансформатора служит специальная листовая электротехническая сталь марок Э41, Э11 и другие толщиной листа 0,50 и 0,35 мм. Основные технические данные листовой стали различных марок определяются ГОСТ 802-58¹.

Обозначения, например, указанных марок стали расшифровывается следующим образом: Э – электротехническая; первая цифра 4 – высоколегированная ( с содержанием кремния до 5 %): первая цифра 1 – слаболегированная (с содержанием кремния до 1 %); вторая цифра 1 – с нормальными удельными потерями.

Для изготовления сердечника из листовой стали штампуются пластины П-образной формы – однофазных стержневых трансформаторов и Ш-образной формы – для однофазных броневых и трехфазных стержневых трансформаторов. При отсутствии возможности штамповки фигурных пластин производится заготовка прямоугольных пластин резкой листов на ножницах. Как при штамповке, так и при резке заготовок из листов стали желательно делать пластины вдоль направления прокатки стали, так как магнитная проницаемость стали в этом направлении несколько больше.

В целях уменьшения потерь на вихревые токи в сердечнике трансформатора листы стали покрываются электроизоляционным покрытием.

Изготовление витых сердечников маломощных трансформаторов (рисунок 4) производится из холоднокатаной стали марок Э310 и Э320 на специальных намоточных станках.

Конструкция катушек маломощных трансформаторов

Катушки маломощных трансформаторов, имеющих обмотку из проводов малого диаметра, как правило, выполняются в виде каркаса, на который наматываются обмотки. Каркасы катушек делаются обычно из изолирующего материала или путем штамповки из пластмассы (рисунок 7), или клееные из электрокартона, текстолита, гетинакса и других материалов (рисунок 8).

Штампованный из пластмассы каркас катушки трансформатора Сборный каркас катушки трансформатора
Рисунок 7. Штампованный из пластмассы каркас катушки трансформатора Рисунок 8. Сборный каркас катушки трансформатора

Пропитка катушек изолирующим лаком

После намотки катушки должны быть пропитаны изолирующим лаком. Пропитка лаком повышает электрическую прочность изоляции обмотки, увеличивает ее механическую прочность, увеличивает теплостойкость и теплопроводность изоляции, а также защищает обмотку от влаги. В качестве пропитывающих лаков могут быть использованы асфальтомасляные лаки №447 и 458, глифталевый лак №321.

Перед пропиткой катушки должны быть просушены в течение 2 – 3 часов при температуре около 100°С. Пропитка катушек лаком производится при температуре 60 – 70°С в течение 3 – 5 минут, а сушка лака при температуре 110 – 115°С в течение 3 – 8 часов.

Выбор материала для сердечника

Как указывалось выше, материалом для сердечников маломощных силовых трансформаторов служит специальная листовая электротехническая сталь различных марок, обозначаемых по ГОСТ 802-58¹ в виде Э41, Э11, Э310 и Э320 и другая. Выбор стали для сердечника определяется назначением трансформатора, частотой сети и техническими условиями задания.

Для маломощных трансформаторов минимальной стоимости в основном применяется сталь марки Э41 толщиной δс = 0,5 мм с удельными потерями kс = 1,6 Вт/кг при B = 1 Тл, f = 50Гц, и δс = 0,35 мм с удельными потерями kс = 1,35 Вт/кг при B = 1 Тл. Для мощных трансформаторов можно иногда применить сталь марки Э11. Сталь марки Э11 мягкая, легче обрабатывается, чем сталь Э41, и дешевле по стоимости, но имеет повышенные удельные потери kс = 3,3 Вт/кг при B = 1 Тл, f = 50 Гц и δс = 0,5 мм.

Для трансформаторов минимального веса может быть применена холоднокатаная сталь с повышенной магнитной проницаемостью марок Э310 и Э320.

Для маломощных трансформаторов повышенной частоты (200 – 400 Гц) может быть рекомендована сталь марок Э34, Э340, Э44, Э47 и Э48 с толщиной листа при мощностях до 100 ВА – δс = 0,35 мм, и при мощностях свыше 100 ВА – δс = 0,20 – 0,35 мм и пониженными удельными потерями.

При выборе толщины листа стали необходимо учитывать зависимость коэффициента заполнения поперечного сечения сталью от этой толщины.

Средние значения коэффициента заполнения даны в таблице 1.

Таблица 1

Толщина листа, мм

Коэффициент заполнения поперечного сечения стержня сталью

Изоляция между листами

0,5
0,35
0,2
0,1

0,92
0,86
0,76
0,65

лак



1 Для того чтобы не нарушать хронологию изложения материала взятого из источника представленного ниже, в тексте указан, не действующий на сегодняшний день, стандарт ГОСТ 802-58. Его действующим аналогом, является ГОСТ 21427.1-83. Соответственно марки стали Э11, Э41, Э310, Э320, Э34, Э340, Э44, Э47 и Э48 являются устаревшими и не производятся. Выбирая сталь при расчете сердечника пользуйтесь ГОСТ 21427.1-83.

Источник: Ермолин Н. П., "Как рассчитать маломощный силовой трансформатор" – Ленинград: Госэнергоиздат, 1961 – 52с.

1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса -ов)