Омский государственный технический университет каф. Технология электронной

Моточные изделия: трансформатор.
Ст. преп. Пономарёв Д.Б.

считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым

сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.

1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон[. В 1885 г.

венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°» Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери изобрели трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов.

обмоток и предназначенные для изменения величины переменного напряжения (тока).

сердечник
Катушка, подключенная к источнику – первичная катушка. ( N1, U1,

I1 )
Катушка, подключенная к потребителю – вторичная катушка. ( N2, U2, I2 ) N-число витков. U-напряжение. I-сила тока.

Устройство трансформатора.

Основные принципы работы

ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
Изменение магнитного потока,

проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)
На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.
В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Основные принципы работы

чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого

хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.

Основные принципы работы

чем в двух его основных обмотках, каждая из которых замкнута

на внешнюю цепь.
Режим нагрузки трансформатора номинальным током при номинальных частоте и напряжении

Основные принципы работы

т. е. суммарный магнитный поток первичной и вторичной обмоток трансформатора в

режиме нагрузки равен магнитному потоку первичной обмотки в режиме холостого хода.

Основные принципы работы

короткого замыкания равнялся номинальному (расчётному) току трансформатора. В таких условиях

величина напряжения короткого замыкания характеризует потери в обмотках трансформатора, потери на омическом сопротивлении. 

Основные принципы работы

и другие.

например ГОСТ 16110-82 ТРАНСФОРМАТОРЫ СИЛОВЫЕ http://www.complexdoc.ru/ntdpdf/570410/transformatory_silovye_terminy_i_opredeleniya.pdf
Классификация трансформаторов

служат для получения переменных напряжений, необходимых для нормального функционирования аппаратуры.

маломощные ( выходная мощность до 1 кВт ) мощные ( выходная мощность более 1 кВт), низковольтные ( напряжение на обмотках не превышает 1000 В )
высоковольтные.

Также классифицируют по частоте (50 Гц, 400 Гц)

*Дроссели - однообмоточные трансформаторы для устранения пульсаций тока.

токов ) электрических сигналов, несущих полезную информацию. Они позволяют согласовать

источник сигналов с нагрузкой при минимальном искажении сигнала.

Различают
входные,
межкаскадные и
выходные трансформаторы.

импульсных сигналов с минимальным искажением исходной формы импульса на выходе.

первичной и вторичной цепями и увеличения магнитного потока.

Для трансформаторов применяют

три типа магнитопроводов:
броневой, стержневой и тороидальный.

ленточные.
штампованный





ленточный

и средней мощности, так как наличие двух катушек увеличивает площадь

теплоотдачи и улучшает тепловой режим обмоток.
Обладают меньшей чувствительностью к внешним магнитным полям, так как знаки ЭДС помех, наводимых в двух катушках противоположны по знаку. 

штампованный ленточный

маломощных трансформаторах.

Достоинства: наличие только  одной катушки с обмотками по сравнению со

стержневыми трансформаторами, более высоким заполнением окна магнитопровода обмоточным проводом (медью), частичной защитой от механических повреждений катушки с обмотками ярмом магнитопровода.

штампованный ленточный

меньшее магнитное сопротивление, минимальный внешний потокок рассеяния, нечувствительностью к внешним

магнитным полям независимо от их направления.
Недостатки: сложная технология изготовления обмоток, условия охлаждения обмоток наиболее неблагоприятны по сравнению с другими трансформаторами.

штампованный ленточный

Это приводит к снижению массы медного провода и резкому уменьшению

полей рассеяния. Круглая форма магнитопровода позволяет снизить его массу при той же габаритной мощности, что для трансформаторов с прямоугольной формой магнитопровода.

меньшая масса (на 20…40 %) и габаритные размеры;
меньший ток холостого хода (до 3…4 раз);
сниженные поля рассеяния (до нескольких раз);
значительно меньший уровень шума;
более высокий коэффициент полезного действия

являются следующие: ШЛ - броневой ленточный, с наименьшей массой; ШЛМ - броневой ленточный, с

уменьшенным расходом меди; ШЛО - броневой ленточный, с увеличенной шириной окна; ШЛП - броневой ленточный, с наименьшим объемом; ШЛР - броневой ленточный, наименьшей стоимости; ПЛ - стержневой ленточный; ПЛВ - стержневой ленточный, с наименьшей массой; ПЛМ - стержневой ленточный, с уменьшенным расходом меди; ПЛР - стержневой ленточный, наименьшей стоимости; ОЛ - тороидальный ленточный, с наименьшей массой.
http://www.ra4a.ru/publ/1/8-1-0-649

в изоляции.

ПЭ- провод эмалированный
ПЭЛ- провод эмалированный лакостойкий
ПЭВ- провод эмалированный высокопрочный

ПЭЛ

рассчитан на температуру до 900 С, кратковременно 1050 С  ;
ПЭВ до 1050 С,  кратковременно до 1250 С
Обмотки наматываются на каркас ( пластмасса, текстолит, гетинакс, картон).

цепей; ТН - трансформатор питания накальлых цепей; ТАН - трансформатор питания анодно-накальных цепей; ТПП - трансформатор

питания устройств на полупроводниковых приборах; ТР - трансформатор питания с оребрением для охлаждения; ТС - трансформатор питания бытовой радиоаппаратуры; ТТ - трансформатор питания тороидальный;

Условные обозначения

трансформатор выходной (оконечный) для транзисторных устройств; Т - трансформатор согласующий; ТМ - трансформатор согласующий,

маломощный; ТИ - трансформатор импульсный, миниатюрный; ТИМ - трансформатор импульсный, миниатюрный, маломощный; Д1-Д274 - Дроссели унифицированные, низкочастотные; Д, Др - дроссели фильтров для бытовой радиоаппаратуры.

Условные обозначения

электрических схемах
Условные обозначения

электрических схемах
Условные обозначения

0,040, 0,063, 0,100, 0,160…)

Коэффициент полезного действия зависит от мощности потерь

в стали и меди

Номинальные напряжения обмоток ГОСТ 21128-83 устанавливает следующий ряда напряжений в вольтах: 6; 12; 28,5; 42; 115; 230; указанные напряжения могут иметь отклонения в большую или меньшую стороны на 0,5; 1; 2; 3; 5; 10; 15 %
Ток холостого хода - это ток первичной обмотки ненагруженного трансформатора при номинальном напряжении. Активная составляющая определяется потерями в стали на вихревые токи, реактивная - магнитным потоком рассеяния. 

Основные параметры

первичной обмотке при замкнутых выводах вторичной обмотки и протекании номинального

тока в первичной обмотке. Показывает величину относительного превышения напряжения на вторичной обмотке на холостом ходу по сравнению с напряжением полностью нагруженной обмотки. 
Напряжения холостого хода вторичных обмоток - это значения напряжений при номинальном напряжении первичной обмотки ненагруженного трансформатора.
Ток переходного процесса включения (пусковой ток) - это максимальное (импульсное) значение тока, которое может протекать через первичную обмотку трансформатора в момент подключения трансформатора к питающей сети. Этот параметр ГОСТом не нормируется

температурой трансформатора и температурой окружающей среды (обычно принимается 25°С) при

работе трансформатора на номинальную нагрузку. При этом температура трансформатора равна сумме температур перегрева и окружающей среды. Как правило, производитель трансформаторов определяет в технических условиях (ТУ) допустимую температуру перегрева 50…60°С, а предельную температуру окружающей среды - 55°С. Предельная температура трансформатора определяется классом нагревостойкости по ГОСТ 8865- 70: А - 105°С, Е - 120°С, В - 130°С, F - 155°С. Большинство трансформаторов широкого применения имеет класс В.  

сердечнике трансформатора переменный магнитный поток Ф, который, пронизывая обмотки. индуктирует в

каждом витке некоторую э. д. с. (Е).

где Е- действующее значение э.д.с.;
ω- число витков;
f- частота, Гц;
Φm- амплитудное значение магнитного потока, вб.

напряжению на зажимах вторичной обмотки при отсутствии нагрузки ( или,

как принято говорить, при холостом ходе трансформатора).

Основные параметры

Опыт холостого хода

U1 < U2; Кω2; U1 > U2; К>1;
-

на переходные  ω1=ω2; U1 = U2; К=1.

Классификация трансформаторов

первичной P1 ( полезной мощности к потребляемой) выраженной в %.
Основные параметры
К.

п. д. мощных стационарных трансформаторов бывает до 99%.   К. п. д. маломощных трансформаторов, применяемых в аппаратуре связи принимается за 80%.

величины индукции В,
Sc -площадь поперечного сечения сердечника, см2
 lc  - средняя

длина силовой линии в сердечнике, см.

Сопротивление Rп  учитывает потери в сердечнике на вихревые токи и перемагничивание.
Ls – индуктивность рассеияния.

магнитопровод, а через воздух.
Этот поток называется потоком рассеяния Фs1(t),

точно также существует поток рассеяния вторичной обмотки  Фs2(t)
В правильно сконструированном трансформаторе потоки рассеяния ничтожно малы и ими можно пренебречь.

на перемагничивание и вихревые токи в сердечнике, и мощность Рм

затрачиваемая на нагрев обмоток.

Потери в трансформаторах

Потери на вихревые токи зависят от удельного сопротивления материала сердечника и от частоты магнитного поля.

Для уменьшения потерь, для сердечников применяют специальные трансформаторные стали с большим удельным сопротивлением. Кроме того сердечники изготавливают из тонких листов, изолированных друг от друга.

в сердечнике: чем больше индукция, тем больше площадь петли гистерезиса

и тем больше потери.

Обычно при расчетах потери на перемагничивание и вихревые токи не разделяют и свойства материала оценивают удельными потерями  Рсуд , т.е.потерями, отнесенными к 1 кг материала:



где а- эмпирический коэффициент; z = 2-3.

= Рс.уд.Gc

Bт  потери в сердечнике возрастают, а потери в меди уменьшаются,

следует, что существует такое значение индукции, при котором суммарные потери в трансформаторе минимальны

подводимого напряжения и ряда других причин (мощности трансформатора, размещения на

нем обмоток и т. д.). В таблицах приведены полученные экспериментально оптимальные значения индукции, которыми руководствуются при расчете трансформаторов.

Расчет трансформатора в общем случае представляет задачу, в которой число неизвестных больше числа связывающих их уравнений. Поэтому приходится пользоваться некоторыми эмпирическими исходными величинами, полученными на основе ранее спроектированных трансформаторов.