§ 9.4. Елементи конструкцій трансформаторів і дроселів

Трансформатор, як і дросель, складається з однієї або декількох індуктивних котушок з обмотками, які надягають на сердечник з магнітного матеріалу (магнітопровід), а також елементів, службовців для того, що скріпляє частин сердечника і закріплення трансформатора в апараті.

Магнітопроводи. Для трансформаторів і дроселів застосовують три типи магнітопроводів: стрижньовий, броньовий і кільцевий (мал. 9.8).

При використовуванні броньового магнітопровода всі обмотки трансформатора розміщують на одній котушці, яку надягають на середній стрижень магнітопровода. При використовуванні стрижньового магнітопровода на двох його стрижнях розташовують дві котушки. В малопотужних силових і низькочастотних трансформаторах використовують броньові сердечники, оскільки застосування одній котушки спрощує конструкцію і дозволяє отримати максимальний коефіцієнт заповнення вікна магнітопровода міддю. Стрижньову конструкцію використовують звичайно для трансформаторів великої і середньої потужності; наявність двох котушок збільшує площу тепловіддачі і покращує тепловий режим обмоток. Перевагою стрижньової конструкції є слабе зовнішнє магнітне поле, оскільки поля двох котушок направлені назустріч один одному. Якнайменше зовнішнє поле виходить при використовуванні в трансформаторах кільцевих сердечників. Проте ці сердечники в даний час застосовують рідко через низьку продуктивність праці при намотуванні дроту.

Мал. 9 8. Магнітопроводи:

а — броньовий; би — стрижньовий; в — кільцевий

По конструкції броньові і стрижньові магнітопроводи підрозділяють на зібрані з штампованих пластин і стрічкові (мал. 9.8).

Стрічковий магнітопровід можна отримати навивкою і склеюванням смуги трансформаторної сталі. Після раз-, необхідно для установки котушок, получают С-образниє сердечники, з яких собирают броневые и стержневые магнитопроводы (для виготовлення стрічкових сердечників застосовують і інші технологічні процеси). Для отримання мінімального немагнітного зазору в магнітопроводі торці сердечників після установки в котушку склеюють пастою, що містить феромагнітний матеріал. Якщо зазор необхідний, то в місці стику двох сердечників встановлюють прокладки з паперу або картону необхідної товщини. Стрічкова конструкція сердечників дозволяє механізувати процес виготовлення. При цьому трудомісткість процесу установки сердечника в котушку зменшується, а відходи матеріалу скорочуються. При використовуванні текстурованных сталей застосування стрічкових сердечників дозволяє скоротити розміри і масу трансформатора. Це відбувається тому що в штампованих сердечниках частина магнітних силових ліній проходить перпендикулярно напряму прокату. При цьому мають місце великі втрати в сталі. В стрічкових сердечниках лінії поля розташовані уздовж напряму прокату по всій довжині магнітопровода.

До основних параметрів сердечника відносяться середня довжина магнітної силової лінії ; активна площа поперечного перетину магнітопровода ; площа вікна і вага магнітопровода .

_Площа поперечного перетину магнітопровода

(9.2)

де — коефіцієнт заповнення, що враховує, що частина площі поперечного перетину магнітопровода зайнята оксидами металу і іншими немагнітними матеріалами.

Коефіцієнт залежить від товщини матеріалу, з якого виготовлений магнітопровід, і способу виготовлення. Для стрічкових магнітопроводів лежить в межах від 0,85 до 0,95.

Решта позначень показана на мал. 9.8.

В табл. 9.2 приведені стрічкові магнітопроводи типів ШЛ, ШЛМ, ПЛМ.

Каркаси котушок. Підстава, на якій розміщений і закріплений дріт обмотки трансформатора, називаюкаркасом. По конструкції каркаси можуть бути розділений на дві основні групи: з щічками (мал. 9.9, а) і без щічок — гільзи (мал. 9.9, в).

Каркаси з щічками виготовляють пресуванням (наприклад, з АГ-4) або збірними з листових ізоляційних матеріалів (електроізоляційного картону, гетинакса).

Гільзи роблять з тонкого картону або кабельного паперу навивкою декількох шарів на облямовуванні і склеюванням їх. Для висновку кінців обмотки в щічках каркаса роблять отвори (мал. 9.9, а) і кріплять контакти.

Трансформатори, в яких каркаси котушок виконані у вигляді гільз, володіють кращими технологічними характеристиками, оскільки гільза значно простіше за каркас з щічками і процес виготовлення гільз краще піддається механізації. Крім того, при використовуванні гільз можна на високопродуктивних верстатах проводити намотування відразу великого числа котушок, що також різко знижує витрати на виробництво. Разом з тим каркаси з щічками усувають один з дефектів намотування — «сповзання» крайніх у ряді витків і замикання їх на магнітопровід. Цей дефект з'являється в більшості випадків при недостатньо ретельній наладці намотувальних верстатів.

	Розміри магннтопровода						Поперечний перетин магнітопроводів			Довжина магнітної силової лінії			Вага магнитопровада			Ширина шару обмотки		Товщина гільзи		Зовнішній периметр перетину гільзи			Сумарна потужність з вторинних обмоток				Тепловий опір котушки		Тепловий опір межі магнитопровад- повітря			Тепловий опір трансформатора			Конструктивна постійна
Тип магнітопровода			а мм			з мм			h мм			b мм
																											f=50 Гц		f=400 Гц
											,см			,см			,г			l,мм		, мм		М, мм							, град/Вт		, град/Вт			, град/Вт
			ШЛ 6x6,5 ЩЛ 61x2.5	3	6		15	6,5 12,5			0,33 0,64			5,1			13 25			12		0,7		30,6 42,6					4 10		120 119		46 29			108 90		1,97 2,96
			ШЛ8x8 ШЛ 8х10 ШЛ 8x12,5 ШЛ8х16	4	8		20	8 10 12,5 16			0,54 0,68 0,85 1,09			6,8			29 36 45 57			17		0,7		37,6 1,6 46,6 53,6					12 15 20 24		72 71 71 70		30 26 22 17			67 63 59 54		3,4 3,95 4,55 5,07
ШЛ 10x10 ШЛ 10x12,5 ШЛ 10x16 ШЛ 10x20	5	10		25	10 12,5 16 20			0,85 1,06 1,36 1,70			8,6			57 71 90 114			22		0,8		46,4 51,4 58,4 66,4					33 42 47 56		47 47 47 46		20 18 15 13			41 39 36 33		5,6 6,6 7,7 8,8
ШЛ 12x12,5 ШЛ 12x16 ШЛ 12x20 ШЛ 12x25	6	12		30	12,5 16 20 25			1,17 1,63 2,04 2,55			10,3			100 130 165 200			27		0,8		55,4 62,4 70,4 80,4					67 80 94 112		34 34 33 33		14 13 11 9			33 31 29 27		8,8 9,9 11,5 13,1
ШЛ 16x16 ШЛ 16x20 ШЛ 16x25 ШЛ 16x32	8	16		40	16 20 25 32			2,18 2,72 3,40 4,35			43,6			228 295 370 470			37		0,8		70,4 78,4 88,4 102,4			—		150 180 230 270		28 27 27 27		9 8 7 6			25 24 23 22		16,5 19,2 22,2 25,8
ШЛ 20x20 ШЛ 20x25 ШЛ 20x32 ШЛ 20x40	10	20		50	20 25 32 40			3,4 4,25 5,44 6,8			17,1			460 575 735 920			47		1,0		88 98 112 128			—		290 360 440 500		23 22 22 21		6 5 4 4			19 18 17 16		26,7 31,4 36,5 42,3
ШЛ 25x25 ШЛ 25x32 ШЛ 25x40 ШЛ 25x50	12,5	25		62,5	25 32 40 50			5,3 6,8 8,5 10,0			21,3			900 1150 1440 1800			59,5		1,5		112 126 142 162			—		620 720 930 1000		17 16 15 15		4 3 3 2			14 13 12 11		43,7 52,2 59,6 70,6
ШЛМ 20x16 ШЛМ 20x20 ШЛМ 20x25 ШЛМ 20x32	10	12		36	16 20 25 32			2,98 3,72 4,65 5,95			12,7			289 362 454 580			33		1.0		80 88 98 112			9 15 22 34		—		—		8 7 6 5			26 24 23 22		—
ШЛМ 25x25 ШЛМ 25x32 ШЛМ 25x40	12,5	15		45	25 32 40			5,81 7,44 9,30			15,9			708 905 1130			42		1,5		112 126 142			60 70 86		—		—		5 4 4			17 16 15		—
ПЛМ 20X32x46 ПЛМ 20x32x58	20 20	19		46 58	32 32			6,3			19,9 22,3			955 1120			43 55		1,5		120			100 124		—		—		5			10 9		—
ПЛМ 25x40x36 ПЛМ 25x40x46 ПЛМ25Х40Х58 ПЛМ 25x40x73	25 25 25 25	24		36 46 58 73	40 40 40 40			9,8			20,5 22,8 24,9 28,2			1570 1750 1910 2160			32 42 54 69		2,0		150			150 190 220 270		—				3			9 8 7 6		—
ПЛМ 32x50x46 ПЛМ 32X50x58 ПЛМ 32x50x73 ПЛМ 32x50x90	32 32 32 32	30		46 58 73 90	50 50 50 50			15,8			25,9 28,4 31,3 34,7			3140 3420 3800 4200			42 54 69 86		2,5		188			330 390 490 580		—		—		2			7 5 5 4		—

Техніко-економічні переваги трансформаторів, що мають каркас у формі гільзи, особливо виявляються при випуску трансформаторів великими партіями і відповідному оснащенні технологічного процесу. Тому уніфіковані трансформатори, розраховані для масового виробництва, мають каркас котушки у вигляді гільзи.

Мал. 9.9. Каркаси і прокладки котушок:

а —каркас з щічками; б—прокладка міжрядна і междуобмоточная для каркаса з щічками; в —схема намотування на гільзі (1— гільза; 2 — перша обмотка; 3 — міжрядна прокладка; 4 — междуобмоточная прокладка; 5 — зовнішня ізоляція; 6—друга обмотка)

Розмір отвору в каркасі ак і Ьк слід брати на 0,1—0,2 мм більше, ніж розміри відповідної частини магнітопровода, яка входить в цей отвір, а довжину каркаса слід брати на 0,5—1 мм менше ніж висота вікна в магнітопроводі (див. мал. 9.8). Це забезпечує вільну установку каркаса на магнітопровід. Товщина стінок каркаса залежно від його розмірів і матеріалів, що використовуються, складає звичайно від 0,7 до 1,5 мм

Обмотувальні дроти. При виробництві трансформаторів радіотехнічної апаратури застосовують мідний ізольований дріт. Ізоляція дроту повинна володіти наступними властивостями: малою товщиною, великою пробивною напругою, механічною міцністю, добрим зчепленням з металом дроту, гнучкістю, малою зміною електроізоляційних властивостей при тривалій дії підвищеної температури, нерозчинністю в лаках і складах, вживаних для просочення трансформаторів.

Для трансформаторів і дроселів застосовують мідні дроти з емалевою ізоляцією марок ПЕВ-1, ПЕВ-2, ПЕМ-1, ПЕМ-2, ПЕТВ, ПЕВТКЛ (див. табл. 8.1). Максимальна робоча температура для них складає: + 105° — ПЕВ і ПЕМ; +130° —ПЭТВ; . + 140° — ПЕВТЛК. Мінімальна робоча температура —60 °С. Провода з індексом 2 мають ізоляцію товщу і більш міцну, ніж дроти з індексом 1. Дріт ПЕВТЛК можна залуживать без механічної зачистки ізоляції.

Обмотувальні дроти виготовляють діаметром від 0,03 мм, проте слід уникати застосування дротів діаметром менше 0,06 мм, оскільки вони мають невелику механічну міцність і більш схильні окисленню і електрохімічній корозії. Параметри дротів приведені в табл. 8.1.

Типи обмоток. Укладання дроту на котушку здійснюється двома способами: безладно (внавал) і правильними рядами, виток до витка (рядове намотування). В останньому випадку між рядами намотування часто укладають ізоляційні прокладки.

Важливою характеристикою обмотки є коефіцієнт заповнення, який показує, яка частина площі вікна магнітопровода зайнята міддю.

Обмотка внавал дає кращий коефіцієнт заповнення, проте застосовується рідко, оскільки при хаотичному розташуванні витків можливо поява великих напруг між сусідніми витками, що веде до пробою ізоляції дроту і коротких замикань.

У відповідальній апаратурі застосовують рядову обмотку. При використовуванні гільзи обмотка не повинна доходити до краю, оскільки в осоружному випадку можливо спад дроту і замикання його на магнітопровід. Для низькочастотних і силових трансформаторів на робочі напруги до 500 Завширшки кінцевій ізоляції (див. мал. 9.9, в) роблять 1,2—1,5 мм

Крім того, у кожного подальшого ряду ширину намотування необхідно зменшити по відношенню до попереднього на один виток, щоб виключити «сповзання» крайніх витків.

Загальне зменшення кількості витків залежить від числа шарів в обмотці; для визначення значення можна користуватися табл. 9.3.

Таблиця 9.3