Устройство асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель является простейшей из электрических машин. Как и любая электрическая машина, он имеет две основные части — статор и ротор (рис. 9.7).
Статор состоит из чугунной станины 1 в которой закреплен магнитопровод (сердечник) в виде полого цилиндра 2. Между станиной и сердечником обычно оставляют зазор, через который проходит охлаждающий воздух. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник статора набирают из тонких (0,5 мм) листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. В пазы, вырезанные по внутренней окружности статора, укладывают обмотку 3. У двухполюсной машины обмотка статора состоит из трех катушек, сдвинутых на углы 120°, у четырехиолюсной — из шести катушек, сдвинутых на 60°, у шестиполюсной — из девяти катушек и т.д. Обмотку в пазах статора закрепляют клиньями.
Ротор также набирают из тонких листов электротехнической стали. В пазах ротора размещают обмотку, которая может быть короткозамкнутой (рис. 9.8, а) или фазной (рис. 9.8, б). Короткозамкнутая обмотка типа «беличьей клетки» изображена на рис. 9.9. Она состоит из толстых проводящих стержней (медь, алюминий), соединенных по торцам медными или алюминиевыми кольцами. Коротко- замкнутая обмотка не изолируется от ротора. Иногда ее изготовляют заливкой расплавленного алюминия в пазы ротора.
Устройство фазной обмотки ротора аналогично устройству обмотки статора. Концы фазной обмотки ротора соединяют с контактными кольцами 1 и через щетки 2 соединяют с регулировочными или пусковыми реостатами 3 (рис. 9.10).
Контактные кольца, изготовленные из латуни или меди, укрепляют на валу двигателя с помощью изолирующих прокладок. Щеткодержатель с угольными или медно-графитовыми щетками крепят на подшипниковом щите.
Общий вид асинхронного двигателя с короткозамкнутой (а) и фазной (б) обмотками ротора показан на рис. 9.11
Карточка № 9.4 (184) Устройство асинхронного двигателя
Назовите основные части асинхронного двигателя.
Станина, сердечник, обмотка статора, ротор
Станина, сердечник, обмотка ротора, ротор
Почему сердечник статора и ротор набирают из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком?
Для уменьшения потерь на вихревые токи
Для уменьшения потерь на перемагничивание
Какие материалы исполь- зуют для изготовления короткозамкнутой об- мотки ротора?
Медь, электротехническую сталь
Чем отличается асинхронный двигатель с фазной обмоткой ротора от двигателя с корот- козамкнутой обмоткой ротора?
Наличием контактных колец и щеток
Наличием зазора для охлаждающего воздуха
Числом катушек статора
Продолжение карт. № 9.4
С какой целью асинхронный двигатель с фазной обмоткой ротора снабжают контактными кольцами и щетками?
Почему магнитопровод трансформатора набирают из листов стали?
листов электротехнической стали, изолированных друг от друга?
Без этого в магнитопроводе наводились бы вихревые токи, которые резко снижают индуктивность (как короткозамкнутый виток) и отнимают энергию поля, рассеивая ее в виде тепла. В итоге трансформатор со сплошным магнитопроводом будет иметь ничтожный КПД, несколько процентов, то есть практически будет неработоспособен. Разбивая магнитопровод на пластины, мы превращаем один большой короткозамкнутый ток на много отдельных контуров, что резко снижает потери, причем тем сильнее, чем тоньше пластины.
Еще меньших потерь можно добиться, полностью устранив вихревые токи заменой магнитопровода на непроводящий, из феррита или другого диэлектрического магнитного материала. Тогда на первое место выходят уже потери, связанные с петлей гистерезиса, магнитной вязкостью и другими явлениями.
Почему магнитопровод трансформатора набирают из отдельных листов электротехнической стали
Для чего сердечник трансформатора собирают из отдельных листов электротехнической стали
Трансформатор преобразует напряжение ⚡с помощью взаимоиндукции. И по сути эта делать простая, но очень эффективная. Это происходит благодаря переменному магнитному полю, которая связывает несколько катушек друг с другом. Трансформатор преобразует только переменный и импульсные токи.
Характеристики сердечника: теория
Прежде чем ответить на вопрос, почему сердечник трансформатора набирается из пластин, нужно понять само устройство конструктивной детали. Предназначение механизма — концентрация магнитных потоков, поступающих в прибор. В результате обработки значения получаются постоянными и соответствующими измерениям. Без наличия сердцевины невозможно было бы рассчитывать технические характеристики прибора, в том числе и коэффициент погрешности, коэффициент полезного действия и другое.
Выполняются детали их специальной электротехнической стали ферритов, железа, пермаллоя, электриков ферритного вида — в зависимости от конкретного типа и переназначения техники.
Почему сердечники трансформатора делают из отдельных пластин — улучшение магнитных характеристик этих металлов и элементов.
Устройство изготовляется из цельным пластин, которые различной толщины. Делать в приборе можно различные вариации: от 0,5 до 0,35 миллиметров, но встречается и другой по толщине лист. Холоднокатаные в отличи от горячекатаных вариаций отличаются повышенными характеристиками магнитопровода, но для сборки устройства требуются специфические навыки работы.
Набираться могут из ленты, которая свернута спиралевидным образом, только тороидальные модели. Собирать так — значит разместить вторичную обмотку, при этом значительно понизиться индуктивное сопротивление внешней обмотки (стремится у нулевым значениям), что повысит точность работы.
Для чего магнитопровод трансформатора собирают из отдельных листов, если устройство имеет можно свыше ста вольтов и ампер и частоту функционирования 50 Гц — повышение качества работы и обеспечение бесперебойного поступления электроэнергии для обработки.
Устройства собирать нужно из тонких и отдельных пластин сердечника — это уменьшает вихревые потери. Под действием на трансформатор магнитострикции они становятся деформированными, уменьшается коэффициент полезного действия, невозможно провести качественные расчеты мощности и иных технических характеристик. По факту, удлинения листов должны быть симметричны квадрату индукции, при этом колебания были бы на частоте сети, удвоенной вдвое (так как берется квадрат показателе).
Но путем опытных расчетов выясняем, что механические колебания различные по значениям, так как шум содержит высшие гармоники. Становится ясно, почему сердечник трансформатора собирают из отдельных листов и почему используются только качественные металлы для его производства.
Как работает трансформатор
Трансформатор работает за счет взаимоиндукции. Для начала разберем, что такое индукция.
Что такое индукция
Если по проводу пустить электрический ток, то возникнет магнитное поле.
Магнитное поле — неотъемлемая часть электрического. И в магнитном поле сохраняется энергия электрического.
У постоянных магнитов наличие магнитного поля объясняется направлением «доменов в одну сторону». Т.е. у каждого отдельно взятого атома есть свое маленькое магнитное поле. У постоянных магнитов эти маленькие магнитные поля направлены в одну сторону. Поэтому у постоянного магнита такое сильное магнитное поле.
И другие материалы можно намагнитить, т.е. сделать так, чтобы магнитные поля были направлены в одну сторону. Так получится «искусственно созданный» магнит.
Кстати, среди ремонтников очень популярен магнит, который намагничивает и размагничивает отвертки. Таким отвертками удобно пользоваться, поскольку маленькие болтики и винтики останутся на отвертке и не упадут в случае неосторожного движения.
А индуктивность — это способность материала накапливать магнитное поле, когда по этому материалу течет электрический ток.
Чем больше материал может создать магнитное поле, тем выше его индуктивность.
Магнитное поле можно увеличить, если сделать катушку.
Достаточно взять проволоку, намотать ее на каркас. И магнитные поля витков будут складываться.
Это и есть катушка индуктивности.
Провод в катушке индуктивности должен быть изолирован. Потому, что если хотя бы один виток будет в коротком замыкании с другим, то магнитное поле будет неравномерным. Будет межвитковое замыкание, из-за которого магнитное поле потеряет свою равномерность.
Если мы подаем на катушку постоянный ток, то и магнитное поле будет постоянным. Оно не будет меняться. А что если отключить катушку от источника? Тогда наступит явление самоиндукции. Так как ток уменьшается, то магнитное поле больше нечем поддерживать. И вся так энергия, которая была в магнитном поле, переходит в электрическую.
Изменение магнитного поля создает электрическое поле.
Увеличение индуктивности сердечником
А как увеличить индуктивность? Только с помощью количества витков и диаметром провода? На индуктивность еще влияет окружающая среда. Воздух — не самый лучший материал для накопления или передачи магнитного поля. У него низкая магнитная проницаемость. Тем более, при изменении плотности и температуры воздуха, это значение меняется. Поэтому, для увеличения индуктивности используют ферромагнетики. К ним относят железо, никель, кобальт и др.
Если сделать сердечник в центре катушки из таких материалов, то можно многократно повысить индуктивность катушки.
Из ферромагнетиков делают сердечники (магнитопроводы). В основном используют электротехническую сталь, которую специально делают для этих целей.
Кстати, теперь намного проще регулировать индуктивность с сердечником. Достаточно плавно передвигать сердечник внутри катушки, и индуктивность будет плавно меняться. Это удобнее, чем двигать витки друг от друга.
Взаимоиндукция и принцип передачи тока
Раз можно накопить энергию в катушке за счет магнитного поля, то можно передать эту энергию в другую катушку.
Допустим, есть две одинаковые катушки индуктивности. Одна подключена к питанию, другая нет.
При подключении питания, у первой катушки возникнет магнитное поле. И если приблизить вторую катушку к первой, у второй катушки индуцируется ЭДС за счет магнитного поля первой.
Но ЭДС второй катушки будет не долгим явлением. Если на первую катушку подается постоянное напряжение, то и магнитное поле будет постоянным.
А электрический ток возникает только при переменном магнитное поле. Поэтому, ток во второй катушке сразу исчезнет, как только стабилизируется магнитное поле.
Если поменяем полярность на первой катушке, то и изменится ее магнитное поле. А это значит, что оно будет изменяться и во второй катушке. Это снова индуцирует ток во второй катушке, но не надолго.
Чтобы непрерывно можно было передать ток от первой катушки ко второй, нужен переменный источник тока. Переменный ток создает переменное магнитное поле. А переменное магнитное поле проницая проводник создает в нем переменный наведенный ток.
И поэтому, если на первую катушку будет подано переменное напряжение, то возникнет и переменное магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует во второй катушке электромагнитное поле, и ток будет во второй катушке.
Такое явление называют взаимоиндукцией. Когда за счет индуктивности ток из одной части цепи можно передать в другую используя электромагнитное поле.
Многие путают электромагнитную индукцию и взаимоиндукцию. Но это разные явления, хоть и принцип действия во многом схож.
Кроме переменного тока можно использовать и импульсный ток, в котором плюс и минус не меняются местами. Главное выполнять правило — ток должен менять свое значение. И тогда будет переменное магнитное поле.
Кстати, когда работают блоки питания и светильники, издаваемый гул от них — это звук от катушек или их сердечников. Это из-за индукции. Магнитное поле из-за разного направления в катушках частично сдвигает витки и сердечники, отсюда и появляется тот самый звон. Это касается и электродвигателей. Поэтому такие детали заливают смолой или компаундом, чтобы уменьшить издаваемый звук.
Устройство трансформатора
А если катушки будут разными? Тогда можно преобразовать напряжение из одной величины в другую. Так и работает трансформатор. Трансформатор преобразует напряжение с первичной обмотки в напряжение другой величины на вторичной обмотке.
Трансформатор работает только с переменным, импульсным или любым другим током, у которого изменяется значение со временем.
Трансформатор преобразует ток и напряжение, но он не позволяет увеличить мощность. Даже наоборот, из-за нагрева он немного забирает мощность. И не смотря на это, его КПД может доходить вплоть до 99%.
Классический трансформатор
Разберем устройство классического трансформатора.
Основная его функция — это снижение или повышение напряжения для блока питания. Работает за счет сетевого напряжения и низкой частоты (от 50 Гц). Частота переменного тока важна для расчетов.
Классический трансформатор состоит из первичной и вторичной обмотки, а также сердечника (магнитопровода).
На первичную обмотку подается то напряжение, которое нужно преобразовать. А со вторичной обмотки снимают то напряжение, которое получилось за счет взаимоиндукции. Сердечник увеличивает магнитный поток.
Как же происходит преобразование? Все просто. Можно рассчитать индуктивность первичной и вторичной обмотки. Если нужно низкое напряжение, то вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная. Раз первичная работает за счет сетевого напряжения, то и рассчитывается на 220 В с небольшим запасом из-за колебаний сети.
Напряжение на вторичной обмотке сдвинуто по фазе относительно первичной. Это связано с явлением взаимоиндукции. На графике показана примерная разница по синусоиде.
Трансформаторы могут быть источниками фазовых искажений. Они изменяют сигналы по фазе из-за индуктивности, как показано на графике выше.
На принципиальных схемах классический трансформатор обозначается двумя катушками с сердечником.
Соответственно, если у трансформатора несколько вторичных обмоток, то и количество катушек на схеме будет другим.
Количество обмоток на трансформаторе может быть любым. Могут быть и несколько первичных и вторичных обмоток. А еще есть трансформаторы с общей точкой для двуполярного питания.
Кстати, если вы думаете, что у трансформатора нет сторон, как у диодов или транзисторов, то вы ошибаетесь. У трансформатора тоже есть начало обмотки и конец обмотки. На принципиальных схемах обозначение начала обмотки обозначается точкой и цифрами.
Зачем это надо? Дело в том, что магнитная индукция имеет свое направление, и на этом заложен весь принцип работы схемы. Если подключить обмотку не так, как показано на схеме, то вся схема перестанет работать как изначально задумывалось. Еще как пример можно привести трёхфазные электродвигатели. У них и вовсе для правильной работы важно знать начало и конец обмотки.
Коэффициент трансформации
У трансформаторов есть такое понятие, как коэффициент трансформации. Это отношение его входных и выходных характеристик (отношение количества витков первичной обмотки к вторичной).
Например, если трансформатор понижающий, с 220 В до 12 В, то его коэффициент больше единицы, то есть К 1. У разделительного коэффициент равен 1.
От чего зависит мощность трансформатора
При расчете учитываются следующие параметры:
- Размеры магнитопровода (сердечника);
- Количество витков;
- Сечение провода;
- Количество обмоток;
- Частота работы.
И все эти значения меняются в зависимости от расчетной мощности и требуемых параметров.
Типы классических трансформаторов
Классические трансформаторы по типу магнитопровода и расположению катушек разделяются на три основных вида:
Броневые чаще всего состоят из Е-пластин (или Ш, как многие называют), которые изолируются друг от друга лаком. В этом типе катушки заключены внутри сердечника как под броней. Поэтому они так и называются.
А еще сердечник может быть ленточным, но расположение катушек от этого не меняется.
Однако в плане эффективности преобразования мощности — это не самый лучший вариант. Магнитный поток получается неравномерным. Да и броневой трансформатор более уязвим к наводкам и помехам извне. Но зато у такого типа есть неоспоримое преимущество. Катушка наматывается достаточно просто, а сборка магнитопровода не составляет особого труда.
Такие трансформаторы чаще всего применяются в мелкогабаритной бытовой технике. Например, их можно часто встретить в мощных звуковых колонках от компьютеров.
Стержневые отличаются особенностями расположения катушек и конструкцией магнитопровода. Такой тип трансформаторов еще называют П-образным. Это связано с тем, что конструктивно сердечник такого трансформатора ленточный, и он собирается из узкой ленты электротехнической стали. И чтобы установить катушки в сердечник, его делают из двух форм в виде буквы П.
После установки двух катушек на первую часть сердечника, вторая часть замыкает ее при окончательной сборке.
Этот тип противоположность броневому. У такого трансформатора обмотки находятся снаружи, а у броневого наоборот, внутри.
Тороидальные трансформаторы являются самыми эффективными, и в тоже время самыми сложными в изготовлении. Сложности изготовления заключаются в том, что сердечник имеет форму тора. Он замкнут, и поместить катушки в сердечник так просто как в стержневых и броневых не получится.
Можно и разъединить трансформаторное железо на две полукруглые части (как П-образный трансформатор), но обмотку не получится намотать. Она будет не такая плотная и ровная.
Поэтому наматывают витки сразу на сердечник. А это намного дольше, да и автоматизировать такой процесс сложнее. Соответственно, и цена на такой трансформатор будет выше.
Режимы работы трансформаторов
Есть три основных режима:
1. Режим холостого хода. Первичная обмотка подключена к сети, но вторичная обмотка не подключена к нагрузке.
2. Режим нагрузки. Это рабочий режим. Первичная обмотка преобразует сетевое напряжение, а вторичная принимает его и подает в нагрузку.
3. Режим короткого замыкания. Вторичная обмотка находится в коротком замыкании. Это аварийный режим для большинства трансформаторов. В этой ситуации он может быстро нагреться и выйти из строя.
Все режимы и их критические параметры также зависят и от типа трансформатора. Например, для трансформатора тока, холостой режим является аварийным.
Импульсные трансформаторы
У импульсных трансформаторов другой тип действия. Они преобразуют напряжение до высоких частот с помощью схемы управления. Конечно из-за этого усложняется схема работы, но это позволяет накапливать большое количество энергии в катушках. Большое преимущество перед классическим трансформаторов — это компактность. Если классический трансформатор на 100 Вт будет большим, то импульсный в десятки раз меньше.
Из недостатков импульсных блоков питания — это наличие импульсных помех. Но и эти помехи удается сглаживать. Поэтому, все блоки питания в компьютерах, ноутбуках и зарядных устройствах чаще всего сделаны на импульсных трансформаторах.
Еще импульсные трансформаторы питают лампы подсветки в мониторах, которые подсвечивают матрицу. Это касается TFT мониторов.
Отличия импульсных трансформаторов от классических
Тезисно можно выделить несколько различий:
- Частота работы;
- Состав сердечника;
- Размеры;
- Схема работы;
- Стоимость.
А еще, как правило, у импульсных трансформаторов больше обмоток, чем у классических.
Почему сердечник не делают сплошным
Сердечники (магнитопроводы) делают из железных пластин потому, что во время работы появляются токи Фуко. Их называют еще вихревыми токами. Эти токи появляются от наводок обмоток в сердечнике. В итоге сердечник может перегреться, и даже расплавить катушки.
Поэтому, для трансформаторов низкой частоты делают сердечники из изолированных друг от друга пластин.
Пластины могут быть покрыты лаком, или изолированы бумагой между собой. Это уменьшает короткие замыкания в пластинах.
А можно ли сделать сердечник сплошным? Да, так можно сделать. И у импульсных трансформаторов сердечники сделаны из ферромагнитного порошка, у которого частицы друг от друга изолированы. Он называется ферродиэлектрическим сердечником. Но это возможно только на высоких частотах, на которых работает импульсный трансформатор.
Для чего сердечник трансформатора собирают из отдельных листов электротехнической стали
МАГНИТОПРОВОД
Магнитопровод представляет собой магнитную систему трансформатора, по которой замыкается основной магнитный поток, служит одновременно основой для установки и крепления обмоток, отводов, переключателей. Для уменьшения вихревых токов магнитопровод собирают из отдельных изолированных листов стали. Чем тоньше лист, тем больше его сопротивление. В сталь, применяемую для изготовления магнитопроводов, добавляют кремний, который существенно повышает удельное сопротивление листа, не ухудшая его магнитных свойств. Кроме того, горячекатанная сталь имеет большие удельные потери, чем холоднокатанная. Магнитопроводы выполняют стержневого и броневого типа. Вертикальные стержни в магнитопроводах стержневого типа имеют ступенчатое сечение, вписывающееся в круг. На них располагают бакелитовые цилиндры, служащие главной изоляцией обмоток. Части магнитопровода, не имеющие обмоток и служащие для образования замкнутой магнитной цепи, называют ярмом стыковой или шихтованной конструкции. При стыковой конструкции стержни и ярма собирают раздельно, насаживают обмотки на стержни, а затем сверху приставляют верхнее ярмо. Чтобы избежать замыкания пластин, между стыками помещают прокладки из электрокартона. При шихтованной конструкции ярма и стержни собирают в переплет так, чтобы в каждом слое части пластин стержня заходили в ярмо, перекрывая стыки пластин смежного слоя. Использование шихтованой конструкции позволяет уменьшить массу, увеличить прочность магнитопровода и снизить ток холостого хода трансформатора, но усложняет его сборку. Хотя стыковая конструкция существенно облегчает сборку, однако требует громоздких сложных устройств, поэтому ее используют только для токоограничивающих и шунтирующих реакторов. Обмотки стержневого магнитопровода имеют в горизонтальном сечении форму окружности, поэтому поперечное сечение стержней магнитопровода также стремятся приближать к кругу, делая сечение стержней многоступенчатыми. Неравномерная и недостаточная опрессовка, недобор или перебор пластин в стержне или ярме вызывают повышенную вибрацию, сопровождаемую шумом и могущую привести к механическому разрушению деталей крепления магнитопровода. Поэтому опрессовка магнитопровода преследует цель скрепить ярмо и стержень в одно единое целое. В трансформаторах небольшой мощности стержни прессуют деревянными планками, вбиваемыми при сборке активной части трансформатора между цилиндром и стержнем.Для опрессовки магнитопроводов более мощных трансформаторов применяют стяжку стержней металлическими шпильками и стальными или из стеклоленты бандажами и нажимными кольцами. Шпильки надежно изолируют во избежание замыкания пластин, которое может вызвать увеличение вихревых токов, местный нагрев и «пожар в стали». Чтобы избежать образования замкнутого витка, стальные бандажи выполняют с изолирующей пряжкой. Нажимные кольца изготавливают из стеклопластиков.
Во время работы трансформатора между его обмотками и заземленными частями существует электрическое поле, благодаря которому все металлические части, находящиеся в этом поле, заряжаются. Несмотря на малую величину разности потенциалов, возможен пробой отдельных изоляционных промежутков, что ведет к разложению масла и сопровождается характерным треском, вызывая сомнения в исправности изоляции, поэтому магнитопровод и его детали крепления заземляют.
Особенности строения сердечника трансформатора
Трансформатор служит для преобразования напряжения переменного тока. Он состоит из сердечника с двумя или несколькими обмотками. На одну из катушек подаётся переменное напряжение. Проходящий при этом через неё ток, вызывает изменение во времени магнитного потока в сердечнике.
Этот поток пронизывает все обмотки и по закону электромагнитной индукции наводит в них ЭДС. В зависимости от соотношения числа витков в катушках исходное напряжение во вторичной обмотке повышается или понижается в сравнении с поданным.
Сердечник необходим для более эффективной трансформации напряжения уменьшения потерь на рассеянии.
Сердечник трансформатора испытывает значительное воздействие переменного магнитного поля. Это приводит к возникновению вихревых токов. В результате происходит нагревание магнитопровода что приводит к потерям энергии.
Изготавливаются сердечники из стали, перемагничивание которой также приводит к бесполезному расходованию электроэнергии.
Почему сердечник трансформатора выполняют только из электротехнической стали ?
Электротехническими сталями зазывают металлы, используемые в производстве элементов электротехнического оборудования. Ответ на вопрос, почему сердечник трансформатора выполняют из электротехнической стали: она обладает характеристиками, которые дают возможность уменьшить сопротивление. Благодаря снижению сопротивления трансформатор тратит меньше энергии при передаче импульсов.
Как уменьшить потери
Величина потерь на перемагничивание зависит от нескольких факторов:
- свойств вещества из которого изготовлен сердечник. Материалы плохо поддающиеся намагничиванию, так же с трудом перемагничиваются. И тем большая энергия расходуется, что выражается в нагревании;
- частоты перемагничивания;
- наибольшего значения магнитной индукции.
Потери уменьшают за счёт использования специальной трансформаторной стали. Она требует меньшую энергию на перемагничивание в сравнении с другими веществами.
Вихревые токи достигают наибольших значений в массивных проводниках из-за их малого сопротивления. Для их уменьшения необходимо увеличить электрическое сопротивление. Этого достигают за счёт набора сердечника из отдельных листов. Толщина стальных пластин выбирается не более 0,5 мм.
Чтобы при нагревании листы между собой не сплавились, для снижения потерь на вихревые токи пластины изолируют друг от друга. В качестве разделителя используют лак, окалину. Существуют химические способы изоляции стальных листов. Прослойки оказывают вихревым токам сильное сопротивление, купируют их действие, что значительно снижает энергопотери.
Расчеты
Рис. 1: принципиальная схема трансформатора
Наиболее сложный вариант, если вы будете изготавливать трансформатор своими руками с нуля. В таком случае расчет электрической машины производится в зависимости от выходной мощности. Исходя из этого параметра, рассчитывается мощность первичной обмотки. Если вы используете заводской сердечник, то можно считать эти величины одинаковыми, если вы соберете его самостоятельно, то P2 = 0,9 * P1
Это приблизительный расчет с учетом потерь в сердечнике. В зависимости от качества шихтовки своими руками, разница мощностей может находиться в пределах от 5 до 20%.
В зависимости от мощности первички определяется сечение магнитопровода, которое вычисляется по формуле: S = √P1
Следует отметить, что мощность для вычислений берется в Ваттах, а размеры сердечника получаем в квадратных сантиметрах.
Далее определяется коэффициент передачи электромагнитной энергии: k = f/S,
Где k – коэффициент передачи, f – частота сетевого напряжения переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода.
Исходя из полученного коэффициента, определяется число витков в обмотках по величине входных и выходных напряжений: N1 = k*U1, N2 = k*U2
Это приблизительные вычисления, предназначенные для бытового применения радиолюбителями. Заводские трансформаторы имеют более сложную процедуру расчета, которая производится по справочникам и зависит от их типа и назначения (силовые, измерительные, трехобмоточные, тороидальные устройства и т.д.)
Далее рассчитывается сила тока в первичной обмотке трансформатора: I1 = P1 / U1
Соответственно, ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора, вычисляется по формуле: : I2 = P2 / U2
Исходя из величины тока в каждой обмотке, выбирается сечение жилы. Но заметьте, что проводник в обмотке значительно хуже охлаждается, поэтому запас сечения делается на 20 – 30%. Проще выполнять данную работу медными проводами, но это требование не критично.
Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока
| Медный проводник | Алюминиевый проводник | ||
| Сечение жил, мм2 | Ток, А | Сечение жил. мм2 | Ток, А |
| 0,5 | 11 | — | — |
| 0,75 | 15 | — | — |
| 1 | 17 | — | — |
| 1.5 | 19 | 2,5 | 22 |
| 2.5 | 27 | 4 | 28 |
| 4 | 38 | 6 | 36 |
| 6 | 46 | 10 | 50 |
| 10 | 70 | 16 | 60 |
| 16 | 80 | 25 | 85 |
| 25 | 115 | 35 | 100 |
| 35 | 135 | 50 | 135 |
| 50 | 175 | 70 | 165 |
| 70 | 215 | 95 | 200 |
| 95 | 265 | 120 | 230 |
| 120 | 300 |
Состав и производство
Электротехническая сталь – это сплав железа и силицида железа (FeSi) в различных пропорциях:
- горячекатаном сплаве до 3,3% FeSi (Э41, Э42, Э43);
- в холоднокатаном сплаве до 4,5% FeSi (Э310, Э320, Э3ЗО).
Силицид выводит из железа кислород, снижающий магнитные свойства. Железо восстанавливается из окислов, образуется оксид кремния, который частично превращается в шлак. Одновременно цеменит (Fe3C) заменяется графитом. Иногда в процессе производства добавляется до 0,5% алюминия. Готовая продукция поставляется в виде тонких листов.
- Э – электротехническая;
- Первая цифра (содержание алюминия):
- «1» – слаболегированная;
- «2» – среднелегированная;
- «3» – повышеннолегированная;
- «4» – высоколегированная;
- «А» – небольшие удельные потери;
- 0 – холоднокатаная.
Горячекатаные сплавы в конце обработки подвергаются воздействию высокой температуры, позволяющей придать ей нужные параметры по толщине. Высокая температура способствует перестроению связей между молекулами, что влечет за собой снижение некоторых свойств.
У холоднокатаного сплава более высокая магнитная проницаемость, если она совпадает с направлением проката. Поперек показатель гораздо ниже, поэтому сердечник лучше производить так, чтобы линии смыкались, и использовать специальные методы сборки. Кроме того, холодная прокатка повышает механическую прочность и качество поверхности листов за счет образования кристаллографической текстуры. Ее качество зависят от степени обжатия, температуры обработки и толщины листа.
По этим причинам большинство производителей стараются выполняться сердечники из стали Э-3ЗОА, хотя ее себестоимость в 2 раза превышает себестоимость горячекатаного материала.
Особенности импульсных нагрузок
Для приборов несущих импульсную нагрузку применяют специальные трансформаторы. Они способны преобразовать напряжение и силу тока при импульсных нагрузках и выдержать их разрушающее действие. Типы сердечников импульсных трансформаторов по форме не отличаются от других видов приборов.
Наиболее часто магнитопровод изготавливают в виде тора из феррита. На него наматываются обмотки особым способом: в первичной витку укладываются против часовой стрелки, а во вторичной – по часовой.
Такой трансформатор можно изготовить самостоятельно, необходимо только учесть требования сохранения импульса.
Немного истории
Благодаря английскому физику Майклу Фарадею в 1831 году человечество познакомилось с электромагнитной индукцией. Великому учёному не суждено было стать изобретателем трансформатора, поскольку в его опытах фигурировал постоянный ток. Прообразом устройства можно считать необычную индукционную катушку француза Г. Румкорфа, которая была представлена учёному миру в 1848-м.
В 1876 году русский электротехник П. Н. Яблочков запатентовал трансформатор переменного тока с разомкнутым сердечником. Современному виду устройство обязано англичанам братьям Гопкинсон, а также румынами К. Циперановскому и О. Блати. С их помощью конструкция приобрела замкнутый магнитопровод и сохранила схему до наших дней.
Виды магнитопроводов
Испытание
Для проверки работоспособности П-образных или тороидальных трансформаторов в домашних условиях можно воспользоваться обычным мультиметром. Для этого переведите измерительный прибор в режим прозвона и проверьте целостность каждой из обмоток. Затем проверьте изоляцию между каждой из обмоток и магнитопроводом и сопротивление между обеими обмотками. Это наиболее простой комплекс испытаний, который даст общее представление об исправности самодельного агрегата.
Для проверки отсутствия короткозамкнутых витков используется лампа, включающаяся последовательно к первичной обмотке.
Помимо этого электрические машины испытываются в режиме холостого хода и короткого замыкания. Такие проверки показывают, насколько качественно собран преобразователь, но выполнять их в домашних условиях не обязательно.
Список использованной литературы
- Подъяпольский А.Н. «Как намотать трансформатор» 1953
- Кислицын А.Л. «Трансформаторы» 2001
- Родштейн Л.П. «Электрические аппараты» 1989
- Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019
Отличие монтажа кабельных линий на тросу от тросовой электропроводки.
а) способом крепежа; б) технологией; в) вводом в здания; г) не отличаются
Участок воздушной линией между опорами анкерного типа.
а) пролет; б) стрела провеса; в) анкерный участок; г) длина пролета.
.
Опоры, устанавливаемые в местах изменения трассы,
а) анкерные; б) угловые; в) концевые; г) промежуточные.
Операции, выполняемые при прокладке воздушной линии в скальных грунтах,
а) роют; б) дробят; в) спец.приспособление; г) взрывают.
Обмотку низшего напряжения трансформатора делают из … сечения
а) медного провода большого; б) медного провода малого;
в) алюминиевого провода большого; г) алюминиевого провода малого.
Сердечник трансформатора собирают из …
а) железных стержней; б) алюминиевых листов;
в) листов электротехнической стали; г) стержней электротехнической стали
Вариант № 5 ПМ 01
Работа трансформатора основана на явлении …
а) вращающегося магнитного поля; б) взаимоиндукции;
в) взаимодействия токов в обмотках; г) возникновения вихревых токов.
Обмотка трансформатора, которую подключают к источнику переменного напряжения, называется…
а) первичной; б) вторичной; в) нагрузкой; г) потребителем.
Обмотку низшего напряжения трансформатора делают из … сечения
а) медного провода большого; б) медного провода малого;
в) алюминиевого провода большого; г) алюминиевого провода малого.
Сердечник трансформатора собирают из …
а) железных стержней; б) алюминиевых листов;
в) листов электротехнической стали; г) стержней электротехнической стали.
Трансформатор будет понижающим, если …
Передавать электроэнергию целесообразно при напряжении …
а) низком; б) высоком, в) при среднем; г) все варианты.
Понижающий трансформатор повысить напряжение сети …
а) может; б) не может; в) через трансформатор напряжения; г) Все варианты.
Расширитель трансформатора полностью заполнить минеральным маслом…
а) можно; б) нельзя в) от погодных условий; г) все варианты
Трансформаторы нашли широкое применение …
а) в линиях электропередачи; б) в технике связи;
в) в автоматике и измерительной технике; г) во всех перечисленных областях
Трансформатором называется электротехническое устройство, служащее для преобразования…
а) постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения;
б) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты;
в) постоянного тока в переменный ток г) все варианты
11.Обмотка трансформатора, которую подключают к приёмнику переменного тока, называется:
а) первичной; б) вторичной; в) нагрузкой; г) потребителем.
12.Обмотку высшего напряжения трансформатора делают из … сечения,
а) медного провода большого; б) медного провода малого;
в) алюминиевого провода большого; г) алюминиевого провода малого.
Сердечник трансформатора собирают, из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга для того, чтобы…
а) увеличить потери электрической энергии; б) повысить потери на вихревые токи; в) уменьшить потери на вихревые токи; г) понизить электрическую энергию.
Основные части трансформатора …
а) обмотки, магнитопровод; б) преобразователь напряжения, обмотки; в) электромагнит, катушки; расширитель; г) обмотки, электроприёмник.
Потреблять электроэнергию целесообразно при напряжении …
а) высоком; б) низком, г) среднем; д) все варианты.
Повышаюищий трансформатор понизить напряжение сети …
а) может; б) если есть тр-р тока; в) не может г) все варианта
Ближе к стержню магнитопровода трансформатора располагается обмотка … напряжения
а) высшего; б) низшего, в) среднего; г) все варианты
Магнитопровод трёхфазного трансформатора имеет стержней …
а) один; б) два; в) три; г) четыре
19.Электропроводка, проложенная по поверхности стен, потолков и других строительных элементов снаружи зданий.
а) скрытая; б) наружная открытая; в) открытая; г) наружная скрытая.
Определите марку кабеля, где изоляция жилы изготовлена из ПВХ .
№вопроса ответ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 б а а в б г в в г в а в б б в в б а б б
| ПМ 01 | |
| №вопроса | ответ |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | 4 2 5 5 3 3 1 1 1 5 4 1 3 2 4 1 3 4 4 2 |
| ПМ 01 | |
| №вопроса | ответ |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | б а а в а б в в г б а б в а г в а в б в |
| ПМ 01 | |
| №вопроса | ответ |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | б а в г б а б в г б а г в б г в б г а в |
| ПМ 01 | |
| №вопроса | ответ |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 | 4 3 1 4 5 3 4 2 1 5 4 3 1 2 2 3 5 5 1 3 |
Расшифровка основных параметров
Разнообразие в конструкции и широкий диапазон параметров трансформаторов привели к необходимости их маркировки по специальному стандарту. Не имея под рукой технического описания, характеристики устройства можно выяснить по нанесённой на его поверхности информации, выраженной буквенно-цифровым кодом.
Маркировка силовых трансформаторов содержит 4 блока.
Скачать и посмотреть ГОСТ 15150 можно здесь(откроется в новой вкладе в PDF формате): Смотреть файл
Расшифруем первые три блока:
Расшифровка маркировки: 1,2,3 блока
Причины почему сердечники трансформатора собирают из отдельных пластин
Вопрос-ответ
Сердечник трансформатора — главная деталь механизма. От ее качества зависит то, как будет поступать электрический импульс в прибор, эффективность функционирования вторичных и первичных обмоток. Большая часть людей знает примерную схему работы оборудования, назовет основные детали механизма. Но вопрос о том, почему сердечник трансформатора собирают из отдельных пластин не находит ответ.
Дело в том, что на пластику подается электрический импульс, и кажется, что нет разницы одна она установлена или несколько. Поэтому постараемся максимально доступно простом языком объяснить, для чего сердечник трансформатора собирают из тонких листов, почему это важно и как правильно выбираются коэффициенты длины, ширины, проводимости.
Характеристики сердечника: теория
Прежде чем ответить на вопрос, почему сердечник трансформатора набирается из пластин, нужно понять само устройство конструктивной детали. Предназначение механизма — концентрация магнитных потоков, поступающих в прибор. В результате обработки значения получаются постоянными и соответствующими измерениям. Без наличия сердцевины невозможно было бы рассчитывать технические характеристики прибора, в том числе и коэффициент погрешности, коэффициент полезного действия и другое.
Выполняются детали их специальной электротехнической стали ферритов, железа, пермаллоя, электриков ферритного вида — в зависимости от конкретного типа и переназначения техники.
Почему сердечники трансформатора делают из отдельных пластин — улучшение магнитных характеристик этих металлов и элементов.
Устройство изготовляется из цельным пластин, которые различной толщины. Делать в приборе можно различные вариации: от 0,5 до 0,35 миллиметров, но встречается и другой по толщине лист. Холоднокатаные в отличи от горячекатаных вариаций отличаются повышенными характеристиками магнитопровода, но для сборки устройства требуются специфические навыки работы.
Набираться могут из ленты, которая свернута спиралевидным образом, только тороидальные модели. Собирать так — значит разместить вторичную обмотку, при этом значительно понизиться индуктивное сопротивление внешней обмотки (стремится у нулевым значениям), что повысит точность работы.
Для чего магнитопровод трансформатора собирают из отдельных листов, если устройство имеет можно свыше ста вольтов и ампер и частоту функционирования 50 Гц — повышение качества работы и обеспечение бесперебойного поступления электроэнергии для обработки.
Устройства собирать нужно из тонких и отдельных пластин сердечника — это уменьшает вихревые потери. Под действием на трансформатор магнитострикции они становятся деформированными, уменьшается коэффициент полезного действия, невозможно провести качественные расчеты мощности и иных технических характеристик. По факту, удлинения листов должны быть симметричны квадрату индукции, при этом колебания были бы на частоте сети, удвоенной вдвое (так как берется квадрат показателе).
Но путем опытных расчетов выясняем, что механические колебания различные по значениям, так как шум содержит высшие гармоники. Становится ясно, почему сердечник трансформатора собирают из отдельных листов и почему используются только качественные металлы для его производства.
Практика
Узнав, как работает сердечник и поняв его основные технические характеристики, материалы изготовления и конструктивные особенности, можно понять и самостоятельно, почему сердечник современного трансформатора собирают из отдельных листов железа. Для того, чтоб понять это, нужно проследить о обратного. Если бы сердцевина оборудования была выполнена из сплошного цельного куска металла, то это привело бы к возникновению переменного магнитного поля.
Это в свою очередь пододвигает к образованию существенного магнитного поля около сердечника. Возникающие дополнительные токи не нужны для стабильной и качественной работы тс, они лишь затрудняют обработку данных вторичной и первичной обмотками.
Образованные дополнительные токовые потоки непременно приведут к существенным потерям электрической энергии.
Если бы использовался сплошной кусок металла, то:
- возникали бы дополнительные токи;
- уменьшалось сопротивление вторично и первичных обмоток;
- нельзя проследить технические характеристики изделия, мощность, погрешность, КПД;
- невозможность составить план работы, на который можно опираться при производстве;
- устройство выходит из строя, так как испытает не только необходимые магнитные потоки, но и дополнительные постоянно;
- наблюдаются потери энергетической мощности.
Для чего сердечник любого трансформатора собирают из тонких листов стали – становится понятно — для обеспечения стабильной и бесперебойной работы. Но есть и другие причины того, почему сердечник трансформатора собирают из тонких железных листов стали:
- есть возможность собрать аналитические данные;
- в устройстве не возникает дополнительных токов;
- функционирование без существенных энергетических потерь при работе;
- срок службы;
- удобство использования;
- построение плана действий на производстве.
Изготовление из отдельных пластинок занимает больше времени и требует применения специфических знаний. Но без этого никак не обойтись. Для обеспечения стабильного функционирования и уменьшения потерь энергии используется число листов, изготовленных только из качественного и проверенного материала.