Конструкция магнитопровода трансформатора
Магнитопровод является конструктивной основой трансформатора. Он служит для проведения основного магнитного потока. Для уменьшения магнитного сопротивления по пути этого потока и, следовательно, уменьшения намагничивающего тока магнитопровод выполняется из специальной электротехнической стали. Так как магнитный поток в трансформаторе изменяется во времени, то для уменьшения потерь от вихревых токов в магнитопроводе он собирается из отдельных электрически изолированных друг от друга листов стали. Толщина листов выбирается тем меньше, чем выше частота питающего напряжения. При частоте 50 Гц толщина листов стали принимается равной 0.35—0,5 мм. Изоляция листов осуществляется чаще всего лаковой пленкой, которая наносится с двух сторон каждого листа.
Стержень и ярмо магнитопровода
В магнитопроводе различают стержни и ярма. Стержень — это та часть магнитопровода, на которой располагаются обмотки, а ярмо —часть, не несущая обмоток и служащая для замыкания магнитной цепи ( рис. 14.1 ).
Трансформаторы со стержневым и броневым магнитопроводом
В зависимости от взаимного расположения стержней, ярм и обмоток магнитопроводы делятся на стержневые и броневые . В стержневых магнитопроводах ярма прилегают к торцевым поверхностям обмоток, не охватывая их боковых поверхностей. В броневых магнитопроводах ярма охватывают не только торцевые, но и боковые поверхности обмоток, как бы закрывая их броней.
Трансформаторы с бронестержневым магнитопроводом
Иногда в трансформаторах большой мощности для уменьшения их габаритов по высоте до размеров, при которых возможна перевозка трансформаторов в собранном виде по железной дороге, применяют бронестержневые магнитопроводы ( рис. 14.8 и 14.9 ).
Трансформаторы со стыковыми и шихтованными в переплет магнитопроводами
По способу сочленения стержней с ярмами различают трансформаторы со стыковыми ( рис. 14.10 ) и шихтованными в переплет ( рис. 14.11 ) магнитопроводами. В первом случае стержни и ярма выполняются и скрепляются раздельно и при сборке магнитопровода стержни с размещенными на них обмотками устанавливаются встык с ярмами и стягиваются специальными конструкциями.
Поперечные сечения стержней трансформаторов
Стержни магнитопровода трансформаторов в поперечном сечении имеют форму ступенчатой фигуры или прямоугольника. Поперечные сечения стержневых и бронестержневых трансформаторов имеют форму ступенчатой фигуры, вписанной в окружность с диаметром D 0 ( рис. 14.16 ). Число ступеней фигуры увеличивается с возрастанием мощности трансформатора.
Магнитопровод
Магнитопровода (сердечники) для производства трансформаторов по современной и экономически выгодной технологии UNICORE (эта технология магнитопроводов разработана и запатентована Австралийской компанией А.Е.М Cores).
Магнитопровод, или сердечник, представляет собой систему однофазного или трехфазного трансформатора, которая замыкает магнитный поток под действием электрического тока. Данная деталь применяется в качестве основы при установке обмоток, переключателей или других элементов. Конструкция обеспечивает более эффективное преобразование напряжения тока при уменьшении потерь.
Магнитопроводы широко используются в различных устройствах бытового назначения, статорах, якорях электродвигателей, генераторах, сглаживающих, помехоподавляющих, ограничивающих и коммутирующих дросселях, силовых трансформаторах.
Особенности конструкции и типы магнитопроводов
В целях уменьшения индуктивного сопротивления тока сердечники изготавливают из специальной электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами материала. Устройство собирают из отдельных тонких пластин, а затем изолируют друг от друга жаростойким покрытием.
Составляющими элементами в конструкции выступают стержни и ярмо. На стержни наматываются обмотки, а ярма обеспечивают соединение устройства а одну замкнутую систему. Переменный ток катушки возбуждает в системе магнитный поток.
В зависимости от назначения трансформатора, условий эксплуатации и способов изготовления устройства делятся на стержневые и броневые. Эти виды изготавливаются и выглядят по-разному:
- Наиболее популярны в использовании стержневые, которые имеют вид буквы П. В них обмотки нанизывают на стержни, которые потом соединяются ярмом. Данные магнитопроводы просты в обслуживании, их легко ремонтировать. Устанавливаются различных трансформаторных устройствах с высоким напряжением.
- Броневые устройства имеют вид буквы Ш, а обмотки накручиваются на средний центральный стержень. Более сложны в сборке и уходе.
- Троидальные конструкции изготовлены в виде кольца с прямоугольным сечением, где обмотки насаживаются на кольцо. Данный тип — самый энергетически энергоэффективным.
Бывают также ленточные разрезные, пластинчатые и несколько других видов.
Преимущества магнитопровода
На действии сердечника основана работа преобразования напряжения в трансформаторе, поэтому деталь должна иметь высокие характеристики. Основные преимущественные показатели:
- минимум потерь электроэнергии при максимуме напряжения;
- невысокая себестоимость и розничная цена;
- высокая магнитопроводящая способность;
- несложное производство, простая сборка;
- возможность выполнения деталей любой формы;
- наличие нескольких разновидностей конструкций;
- прочность и долгий срок службы по сравнению с другими подобными деталями.
Зачем нужен магнитопровод в трансформаторе?
Как я понимаю, магнитопровод проводит магнитное поле одной катушки через другую. Без него куда бОльшая часть энергии поля не участвовала бы в образовании ЭДС индукции во вторичной обмотке.
Но зачем вообще делать катушки на некотором расстоянии друг от друга. Почему нельзя просто намотать их вместе, или одну прямо поверх другой?
Лучший ответ
Магнитная проницаемость стали и других «магнитных» материалов (в электротехнике их так и называют, без кавычек) в тысячи раз выше чем у воздуха и других «немагнитных», соответственно в «воздушном» трансформаторе ток намагничивания будет в тысячи раз больше. Соответственно, он будет только потреблять из сети реактивную мощность и греться как электроплита, а пользы от него будет мало. Для уменьшения тока намагничивания не только применяют специальные материалы и шихтованный магнитопровод — даже ориентация прокатки листа стали имеет значение при изготовлении сердечников силовых трансформаторов.
Анна ЛеоноваУченик (113) 3 года назад
Тогда почему просто не намотать обе катушки на один феррамагнетический сердечник одну поверх другой или просто вместе?
Илья Высший разум (374314) Сердечник незамкнутый будет то же самое, что ОГРОМНЫЙ воздушный зазор. Магнитное сопротивление милиметрового промежутка выше, чем всего стального сердечника, а что говорить про РАЗОМКНУТЫЙ магнитопровод?
Остальные ответы
Неправильно понимаешь. Нет там двух катушек и чего-то другого между ними.
Все это одна единая катушка из магнитопроводного материала, которая и проводит энергию от одной обмотки к другой.
Почему не мотают обмотки друг на друге?
Во-первых, иногда мотают, конструкций трансформаторов довольно много разных. По-моему подобное бывает в высокочастотных трансформаторах, которые используются почти во всех современных блоках питания и зарядных устройствах.
Во-вторых, одна из причин — внешняя обмотка мешает воздуху охлаждать внутреннюю, поэтому их разносят на две стороны одной катушки. В мощном блоке питания, или таком устройстве, как точечная сварка, которая работает на пределе, вряд ли будут мотать обмотки друг на друге — их намотают раздельно, да еще и вентилятор поставят, или даже водяное охлаждение.
Магнитопровод есть не только в трансформаторе. и вообще не только в электромагнитных устройствах. Он есть в обычной отвертке с битами и магнитным держателем. вернее, в любой качественной отвертке. Там магнит, держащий биту, достаточно мощный, а бита из правильного материала, в результате магнитится не только бита к магниту, но и винт к бите, чтобы труднее было потерять винт. Бита — это магнитопровод.
Анна ЛеоноваУченик (113) 3 года назад
Первый абзац не поняла.
Все трансформаторы, которые я видела и ковыряла — это две обмотки, нанизанные на общий магнитопровод. Плевать, что то один единый элемент. Он одновременно — пара катушек с магнитопроводом)
Ну если есть другие конструкции, то ок, но я не о них)
По второму абзацу тоже не совсем понятно.
Если в одной катушке 1000 витков, в другой 100, то жалкие 100 витков так уж помешают охлаждаться 1000 виткам? Внутренние слои вообще небось разницы не заметят. Ну или можно намотать не поверх, а прямо между витков.
Про третий абзац. спасибо за просвещение, но об этом я не спрашивала))
Gesigesend gesets Мастер (1311) Анна Леонова, конечно мешают. При чем здесь количество витков? Между витков — это сразу две проволоки наматывать придется, потому что просто так намотать проволоку с правильным отступом, а потом в эти отступы намотать вторую, еще сложнее. Еще один момент — это дизайн от наведенных токов — в идеале, помимо фильтров на входе и на выходе, еще и сам трансформатор должен наведенные токи с входа минимально пропускать на выход. Естественно, что чем дальше обмотки друг от друга, тем меньше будет этого эффекта. Наведенные токи мешают акустической, сенсорной аппаратуре, и даже могут создавать электрометки на коже.
Анна ЛеоноваУченик (113) 3 года назад
Кстати, прочитайте ответ Ильи выше. Похоже, он выдал как раз главную причину)
Если не будет магнитопровода, то поле первичной обмотки займет ВЕСЬ ОБЪЕМ ВСЕЛЕННОЙ. Сама понимаешь, это слишком большой расход энергии попусту. А магнитопровод — собирает ВСЕ поле в замкнутый объем. Поэтому КПД трансформатора так близок к единице.
Анна ЛеоноваУченик (113) 3 года назад
Это понятно. Я пыталась донести это в вопросе. Вопрос был в том, зачем вообще разносить катушки в пространстве, чтобы потом исправлять потерю КПД магнитопроводом)
Дмитрий Низяев Искусственный Интеллект (802512) Анна Леонова, Их необязательно разносить. Ты можешь их буквально «растворить друг в друге» (т. е. намотать совместно, сдвоенным проводом) — это значения не имеет. Все равно без магнитопровода поле займет весь объем Вселенной — а на это энергию тратить как-то жалко. Магнитопровод же — обеспечивает «силовым линиям» поля ЗАМКНУТУЮ в кольцо траекторию. Имея такую удобную дорожку, магнитное поле даже не подумает куда-либо дальше распространяться — оно все целиком побежит по железу. Поэтому вторичная
Можно и на одной катушке мотать, обычно так и делают.
чем больше силовых линий пронизывает площадь витка
тем выше наводимая ЭДС в катушке вторичной
у воздуха чуть больше единицы у магнитопровода десятки тысяч
Пластинчатый (шихтованный) магнитопровод
Магнитопровод электротехнического изделия (устройства), согласно ГОСТ 18311-80, это магнитная система электротехнического изделия (устройства) или совокупность нескольких ее частей в виде отдельной конструктивной единицы
Пластинчатый магнитопровод – это деталь или комплект деталей, предназначенных для прохождения основной части магнитного потока, возбуждаемого электрическим током. Магнитопровод является неотъемлемой частью трансформаторов, катушек индуктивности, реле и т.п.
Конструкция и материалы
Пластинчатые магнитопроводы собираются из плоских пластин и имеют Ш-образную или П-образную форму. Ш-образные пластины используются для создания изделий броневого типа, а П-образные детали – для стержневых конструкций.
В качестве исходных материалов применяются холоднокатаная анизотропная электротехническая сталь, либо магнитомягкие аморфные сплавы и композиционный (нанокристаллический) материал. Электротехническую сталь обычно служит основой для силовых трансформаторов, трансформаторов тока (защиты). Аморфные сплавы и композиционный (нанокристаллический) материал используется для измерительных трансформаторов, а также силовых трансформаторов с пониженными потерями холостого хода.
Магнитопроводы, создаваемые на основе пластин, могут собираться за счет отдельной подготовки стержней с ярмами. Т.е. части пластинчатого магнитопровода собирают отдельно, на стержни устанавливают обмотки, потом их скрепляют с верхним и нижним ярмом при помощи шпилек. Такой магнитопровод называется стыковым. Стыковая конструкция используется в шунтирующих токоограничивающих устройствах реакторов.
Для улучшения работы пластинчатых магнитопроводов используют шихтованную сборку пластин. Ее принцип основан на четком распределении слоев и создании в нем одинаковых зазоров в стержне и ярме таким образом, чтобы при сборке все созданные полости заполнялись с минимальными стыками. При этом пластины стержня и ярма переплетаются между собой, образуя прочную и жесткую конструкцию. Они применяются в силовых трансформаторах.
Этапы производства магнитопроводов пластинчатых
По своей конструкции и свойствам пластинчатые (шихтованные) магнитопроводы значительно отличаются от витых магнитопроводов ленточных и кольцевых (тороидальных). Изготовление сердечников этого типа регулируется ГОСТ 20249-80 и выполняется по следующей схеме:
- Резка материалов. Производится на агрегатах продольной резки, оборудованных дисковыми ножами. Материал раскраивается на ленты нужных размеров.
- Рубка пластин. Производится рубка деталей на гильотинах и агрегатах поперечной резки (в том числе пробивка отверстий в пластинах).
- Сборка магнитопроводов. Производится по технологии сборки стыковых или шихтованных магнитопроводов.
- Контроль качества. Измерение основных характеристик полученных изделий и их соответствия техническому заданию
Особенности сборки пластинчатых магнитопроводов
Процедура представляет собой набор пластин в пакет и их скрепление (стягивание) между собой. Соединение деталей выполняется несколькими способами:
- шпильками и болтами;
- обжимными скобами;
- металлической обоймой.
Важное условие сборки – изоляция крепежных деталей от магнитопровода. В некоторых случаях пакет подвергается сжатию. В этом случае происходит изменение магнитной проницаемости и показателей электрического сопротивления. Процедура выполняется при давлении 2-5 МПа, усилие сжатия подбирается в зависимости от материалов и конструкции пластин.
После проведения сжатия обязательно осуществляется контроль качества изготовления. С его помощью удается узнать полученную магнитную индукцию и проницаемость, а также ток холостого тока пластинчатого магнитопровода.
Соблюдение точного технологического процесса позволяет получить надежные и прочные конструкции, которые выдерживают большие нагрузки и готовы к эксплуатации практически в любых условиях.