|
Расчет силовых трансформаторов для приемников, телевизоров и другой аппаратуры ведется в основном, исходя из сечения
среднего керна сердечника и размеров окна в магнитопроводе.
Наиболее часто применяются листы Ш-образной стали. При этом в некоторых случаях крайние керны имеют ширину, равную 0,5,
в других случаях— 0,6 ширины среднего керна. Листы могут быть с накладками (отрезные) либо с просечкой среднего керна, а
также иметь отверстия для стяжки сердечника шпильками. Все эти факторы не учитываются теми формулами, которые применяются
для расчетов.
При выбранном сечении сердечника необходимо задаться числом витков на вольт. Произведение числа витков на вольт на сечение
пакета принимают для высоких сортов стали равным 45 (индукция 10 000 гаусс), для средних сортов— 55—60 (индукция 7300—6700
гаусс). Для низших сортов стали и малых трансформаторов (мощностью менее 20—10 ВА) индукцию снижают во избежание большого
тока холостого хода. Излишнее увеличение числа витков на вольт нежелательно, так как при этом загружается окно сердечника,
снижаются сечение провода и соответственно допустимая для данного магнитопровода мощность. Снижение числа витков приводит
к резкому увеличению тока холостого хода, перегреву трансформатора и увеличению потоков рассеяния.
Произведение тока намагничивания на число витков, отнесенное к сантиметру длины средней магнитной линии а•вит / см ,
является основой для расчета трансформаторов. Однако это применимо к большим силовым трансформаторам, где длина магнитной
линии очень велика н зазорами можно пренебречь, а также к торроидам (кольцевые трансформаторы без стыков), когда индукция
на всех участках магнитопровода одинакова. В случае когда индукция по длине магнитопровода различна, ампер-витки каждого
участка будут значительно отличаться. Приведем некоторые данные, которые нам понадобятся ниже. Для различных марок электротехнических
сталей при индукции 10 000 гаусс а•вит / см составляют 1,8—2,2, при 8000 гаусс — 1,1—1,5, при 15 000 гаусс— 15—25, при 20 000 гаусс—
от 250 и выше 300 а•вит / см.
При повышении индукции выше 10 000 гаусс в 1,5 и 2 раза ампер-витки повышаются в десятки и сотни раз. Поэтому необходимо
избегать участков с повышенной индукцией, как бы малы эти участки ни были, так как даже при применении высококачественной стали
наличие таких участков резко снижает качество получаемых трансформаторов.
Рис. 1. Конфигурации листов стали Ш-20
Рассмотрим три конфигурации листов стали Ш-20: на рис. 1,а—с крайними кернами 0,5 ширины среднего керна, на рис.
1,6— с крайними кернами— 0,6 и на рис. 1,в— несколько необычной формы. В отличие от первых двух конфигураций,
эти листы не имеют замыкающей стороны, вместо этого у них расширена нижняя сторона. Собираются они вперекрышку, как указано
пунктиром. Расширенная часть заменяет накладки.
Применение листов с уширенной замыкающей частью снижает ток намагничивания примерно на 25% либо дает возможность снизить
число витков на 10—13%.
Обычно углы листов имеют отверстия по 5 мм. Так как но углам путь для потока по наружной стороне листа почти в
три раза больше, чем по внутренней, то основная часть потока проходит по внутренней стороне листов. При этом для листов а
индукция на этих участках составит 20 000—25 000 гаусс, для листов б— до 15 000 гаусс. В первом случае это дает
увеличение ампер-витков на 30—40%, во втором — до 15% по сравнению с полезными ампер-витками.
В обычных сердечниках значительны потери в зазоре, так как зазоры представляют весьма большое сопротивление для магнитного
потока. Для уменьшения этих потерь выполняют листы с просечкой среднего керна, но, помимо более сложной сборки, а иногда (при
большом числе выводов) и невозможности сборки, эти листы не всегда дают требуемый эффект.
Обратимся к листам рис. 1, в. Они не имеют накладок и, следовательно, у. них нет зазоров, образованных
стыком листов. Зазорами являются значительные поверхности прилегания листов по концам кернов. Переход потока происходит по
большой поверхности. При этом следует учесть, что в местах перехода потока сечение магнитопровода вдвое превышает сечение
крайних кернов. Если в первых конфигурациях переход потока в соседние листы приводил к большим потерям вследствие высокой
индукции на этих участках, то в данной конфигурации переход потока происходит практически без потерь, так как индукция на
этих участках вдвое ниже, чем в крайних кернах. Испытания показали, что при индукции 10 000 гаусс ток холостого хода в сердечнике
в два раза меньше, чем на магнитопроводе по рис. 1,б, и в три раза меньше, чем на магнитопроводе по рис. 1,а.
С повышением индукции потоки рассеяния резко увеличиваются. Поэтому магнитопровод с уширенными крайними кернами имеет
значительно меньшие потоки рассеяния. Крайние керны в некоторой степени выполняют роль магнитного экрана. Бесполезные ампер-витки,
вызываемые местными повышениями индукции (отверстия, зазоры), значительно повышают потоки рассеяния. Так, магнитопровод на
рис. 1, а с отверстиями имеет потоки рассеяния в 15—25 раз больше, чем магнитопровод на рис. 1, в (при
одинаковой индукции — 10 000 гаусс). При этом для второго магнитопровода наличие отверстий несущественно. В этом магнитопроводе
отверстия расположены по углам, на участках весьма сниженной индукции и в стороне от основного магнитного потока.
Расчет этих трансформаторов производится, как и обычных, с той лишь разницей, что произведение сечения среднего керна
на число витков на вольт может быть принято для высококачественных сталей (например, ХВП) 28—33, для обычных трансформаторных
сталей — 35—40. Мощность трансформатора может быть повышена в 1,5—2 раза.
Для еще большего снижения потоков рассеяния можно рекомендовать наружный экран.
Выше рассматривались листы Ш-образной формы. Аналогично могут выполняться также и листы П-образной формы. При этом нижняя
часть берется в два раза шире, чем у рабочих кернов. Сборка пакетов из этих листов (как Ш-образных, так и П-образных) значительно
проще обычных. Менее строги требования к качеству штамповки, необходимо лишь удалять поверхностные заусеницы. В тех случаях,
когда любителю приходится самому вырезать пластины, это значительно упрощает работу.
Небольшое удлинение листов стали в конечном результате не приводит к увеличению габаритов трансформаторов, так как для
изготовления трансформаторов на заданную мощность можно применять листы меньших размеров и с меньшим окном. Помимо уменьшения
веса трансформаторов и снижения потоков рассеяния, снижаются также потери в меди и стали.
За последнее время описанные листы П-образной конфигурации внедрены в промышленность для пермаллоя, что позволило в большинстве
случаев отказаться от торроидов.
В. Никитский
P.S. Отдельно для желающих отдохнуть -
скрученные матрасы
23/09/2013
|
