Медь является отличным выбором для использования в массивной обмотке на железном сердечнике. При пропускании тока через эту обмотку возникает электромагнитное поле, которое приводит в движение обмотку — это и есть основной принцип работы электродвигателя.
Сердечник трансформатора
Сердечник трансформатора играет ключевую роль в качестве магнитного проводника, задавая основные параметры работы силового агрегата. Конструкция и размер магнитопровода напрямую определяют его эксплуатационные характеристики, что делает его критически важным элементом при выборе или ремонте трансформатора. Поэтому перед покупкой трансформатора или сменных комплектующих необходимо произвести тщательный расчет по сечению сердечника, выбирая оптимальный вариант, который будет соответствовать параметрам рабочей сети.
Сердечник трансформатора представляет собой основную деталь, определяющую как тип, так и рабочие характеристики силового устройства. На сегодняшний день производители предлагают множество различных модификаций магнитопроводов, среди которых можно выделить:
- стержневой (СТ) — данный тип магнитопровода значительно зарекомендовал себя в работе с высокими мощностями (в диапазоне от 50 до 250 Вт) и в сетях с высокими частотами;
- тороидальный (ТТ) — рекомендуется использовать этот вид сердечника для трансформаторов, работающих в сетях с номинальным напряжением выше 250 Вт и повышенными частотами;
- броневой (БТ) — обладает высокой эффективностью (КПД) при работе на промышленной частоте 50 Гц, подходит как для сетей с низким, так и с высоким входящим напряжением.
Выбор сердечников трансформаторов в зависимости от характеристик рабочей сети
| Мощность | На штампованных сердечниках | На ленточных сердечниках |
| До 50 Вт | Броневой | Броневой, стержневой |
| Свыше 50 Вт, 50 Гц | Броневой | Стержневой |
| Свыше 50 Вт, до 10 кГц | Броневой | Стержневой, тороидальный |
| Свыше 50 Вт, более 10 Гц | Броневой, тороидальный | Стержневой, тороидальный |
Если вам нужна профессиональная консультация, вы можете связаться с квалифицированным специалистом по указанному номеру телефона или оставить заявку на обратный звонок. Инженеры компании ЭЛДЕК помогут вам выбрать подходящую модель сердечника и приобрести трансформатор, который соответствует техническим требованиям вашей сети.
Конструктивные особенности трансформаторных сердечников различных типов
Магнитопроводы отличаются не только своими техническими характеристиками, но и конструкционными параметрами. Сердечник трансформатора собирается из отдельных пластин, форма которых зависит от типа магнитопровода:
- стержневые наборные — используют Г-образные или П-образные пластины. Обмотки размещаются на стержнях, которые затем соединяются ярмом. Они просты в обслуживании и ремонте, что делает их популярными для трансформаторов, работающих на высоком напряжении;
- броневые наборные — пластины, выполненные в виде буквы Ш. Они имеют более сложную конструкцию и требуют специализированного обслуживания; обмотки располагаются на центральном стержне;
- тороидальные — внешний вид напоминает окружность, они отличаются высокой энергоэффективностью и используются в линиях с высоким напряжением и частотой.
В однофазных трансформаторах устанавливаются сердечники с двумя стержнями. В то же время сердечник трехфазного трансформатора должен быть выполнен из трех стержней, сделанных из ферромагнитного материала.
Также существуют другие виды магнитопроводов, такие как пластинчатые, ленточные, Ш-образные с перемычками, цельные и другие. Перед приобретением сердечника для трансформатора обязательно проконсультируйтесь с опытным специалистом.
Общее описание
Электротехническая сталь (ЭТС) является сплавом, который отличается по содержанию примесей, такими как кремнийсодержащие соединения. К примеру, молекулы ферросилиция выступают в роли легирующего элемента для стали, используемой в производстве электрических магнитопроводов.
Использование феррита — материала, обладающего хрупкой природой и сплошной беспластинчатой структурой — не привело к улучшению характеристик по сравнению с традиционными раздельно-склеенными пластинами.
Спрос на сталь, подвергнутую такой текстуризации, постоянно высок. Стоимость одного килограмма трансформаторной стали существенно превышает аналогичную стоимость нержавеющей стали. Сталь с добавлением ферросилиция — это основной материал для создания токовых и силовых трансформаторов, роторных и статорных сборок (сердечников). Примеры использования данного сплава включают силовые трансформаторы на подстанциях и электрогенераторы (турбогенераторы) на электростанциях, но особенно популярен этот материал в производстве двигателей, например, для вентиляторов и стиральных машин.
Удельное электрическое сопротивление ЭТС повышено по сравнению с сопротивлением калёной проволоки (при пересчёте на эквивалентную площадь сечения). Сравнивая, например, сечение броневого сердечника трансформатора с тросом подъёмного крана аналогичной толщины (по площади поперечного сечения), можно заметить, что реальное электрическое сопротивление троса, такой же длины как сердечник, значимо ниже. Увеличение сопротивления сердечника значительно уменьшает потери на вихревые токи, повышая КПД трансформатора и снижая перегрев в рабочем режиме.
Свойства
Кривая намагничивания, согласно стандартам ГОСТ, должна быть такой, чтобы петля гистерезиса (показатель, отражающий затраты на вихревые токи) не была существенно выраженной. Есть еще одна важная характеристика — коэрцитивная сила (КС), которая дополнительно растягивает гистерезисный эффект на графике. В идеальном магнитопроводе оба этих эффекта были бы отсутствующими, и сердечник трансформатора считался бы отличным магнитопроводом с нулевым сопротивлением, как в случае с сверхпроводниками.
Даже если сталь предоставить в этом состоянии, охлаждая её до -270 градусов (температура, близкая к абсолютному нулю), потери на вихревое перемагничивание всё равно останутся, хотя и в минимальных количествах. Для борьбы с вихревыми потерями также применяется метод уменьшения толщины пластин. Так, для частоты 50-60 Гц в питающей сети толщина пластин трансформатора не превышает полумиллиметра.
Для трансформаторов на 400 Гц и микротрансформаторов, например, в зарядных устройствах для смартфонов и планшетов (которые по размеру могут быть меньше напёрстка) с быстрой частотой 10 кГц и более, получаемой путём выпрямления на сетевом диодном мосте и преобразованной в ВЧ-напряжение с помощью простейшего преобразователя частоты, толщина пластин не превышает 1 мм. Для радиочастот вообще используется цельный ферритовый тороид, а не пластины.
Чтобы снизить потери на эффект гистерезиса, процент кремния в стали можно увеличивать. Однако существует предел, выше которого содержание кремния перестаёт быть целесообразным: полезный эффект становится минимальным, а комнатная температура значительно увеличивает хрупкость пластин. Параметры высококремнистой стали оптимально подходят для использования в качестве магнитопровода, в пределах возможностей реальной ситуации.
Кремнийсодержащая сталь позволяет уменьшить потери на 30% по сравнению с потерями в аналогичной калёной, легированной стали. Масса трансформатора, электродвигателя, реле или электромагнита способна значительно снизить расход железа, вплоть до одной пятой от обычной низкоуглеродистой стали, не содержащей кремния. Плотность трансформаторной стали составляет 7650 кг/м³ (у большинства легированных сталей без значительного содержания кремния она составляет около 7,7… 7,8 г/см³, что на несколько процентов выше).
Относительная магнитопроницаемость ЭТС достаточно велика, чтобы обеспечить минимальные потери при преобразовании переменного тока из одного напряжения в другое.
Преимущества электротехнической стали для сердечника трансформатора
Применение электротехнической стали для сердечников трансформаторов способствует повышению общей эффективности работы устройства. Эта сталь обладает высокой магнитной проницаемостью, что позволяет значительно увеличить поток магнитного поля в обмотках трансформатора. В результате, мощность, передаваемая через трансформатор, возрастает, обеспечивая более эффективную работу устройства.
Кроме того, электротехническая сталь демонстрирует низкие уровни гистерезисных и текучих потерь, что приводит к меньшим энергетическим потерям в трансформаторе. Это особенно критично для энергосистем, где каждая процентная доля потерь имеет значение. Применение такой стали в сердечнике трансформатора позволяет существенно повысить общую энергоэффективность устройства.
Электротехническая сталь отличается высокой стабильностью магнитных свойств и отличной коррозионной стойкостью. Это обеспечивает долгий срок службы сердечника трансформатора и его устойчивость к внешним воздействиям. Низкие уровни потерь в том числе помогают уменьшить перегрев устройства, что в свою очередь повышает его надежность.
Увеличение эффективности
Электротехническая сталь обладает высокой электрической проводимостью и низкими магнитными потерями, что позволяет трансформатору работать более эффективно.
Благодаря использованию электротехнической стали в сердечнике трансформатора уменьшается уровень магнитного рассеяния, что приводит к повышению коэффициента использования магнитной энергии и снижению потерь мощности в виде тепла.
Эффективная работа трансформатора приводит к увеличению его общей эффективности и снижению потерь энергии в виде тепла.
Это особенно актуально для энергосистем, где каждая потеря энергии имеет свою ценность. Увеличение эффективности трансформатора, достигнутое благодаря применению электротехнической стали, позволяет существенно сэкономить электроэнергию и улучшить экономическую эффективность всей системы.
Таким образом, использование электротехнической стали для сердечника трансформатора ведет к увеличению его эффективности и снижению энергетических потерь, что играет важную роль при выборе материала для изготовления сердечника.
Снижение энергетических потерь
Электротехническая сталь характеризуется высокой электропроводностью и магнитной проницаемостью, что способствует снижению энергопотерь, возникающих в процессе магнитного флуктуирования в сердечнике трансформатора. Это является особенно важным для энергетических систем, где каждый процент сэкономленной энергии имеет критическое значение.
Кроме того, электротехническая сталь проявляет минимальные вихревые токи, что ещё больше помогает сократить энергетические потери. Вихревые токи возникают в кольцевом сердечнике трансформатора и могут вызывать перегрев материала, что ведет к дополнительным потерям энергии. Использование электротехнической стали снижает эти потери и повышает общую эффективность работы трансформатора.
Снижение энергетических потерь также имеет экономическое значение. За счёт применения электротехнической стали в сердечнике трансформатора можно уменьшить затраты на энергоресурсы и улучшить эффективность производственного оборудования или энергетической системы в целом.
Увеличение надежности и долговечности
Применение электротехнической стали для сердечника трансформатора значительно повышает надежность и долговечность этого устройства. Электротехническая сталь обладает высокой механической прочностью и хорошей устойчивостью к коррозии, что позволяет ей эффективно выдерживать как высокие нагрузки, так и длительное время эксплуатации.
Особенности использования электротехнической стали для сердечника трансформатора
Первая особенность электротехнической стали — это её низкие магнитные потери. Это свойство обеспечивает эффективное преобразование электрической энергии и вносит значительный вклад в снижение энергетических потерь.
Вторая особенность — низкая насыщаемость электротехнической стали, что означает, что она не подвергается значительным изменениям своих магнитных свойств при колебаниях интенсивности магнитного поля. Это качество позволяет обеспечивать стабильное и точное преобразование энергии.
Третья особенность — высокая насыщаемость электротехнической стали. Это означает, что данный материал может насыщаться магнитными частицами на высоком уровне. Это позволяет создавать сердечники с высокой эффективностью и компактностью, что особенно важно для трансформаторов, работающих в ограниченных пространствах.
Четвёртая особенность — низкая утомляемость электротехнической стали, которая означает, что данный материал способен выдерживать циклические нагрузки, возникающие из-за изменения магнитного поля трансформатора, без потери своих свойств и долговечности.
Использование электротехнической стали для сердечника трансформатора является оптимальным выбором, поскольку она сочетает в себе все необходимые качества для эффективной и надежной работы трансформатора. Правильный выбор марки и класса стали также важен для достижения оптимальных характеристик и долгосрочной эксплуатации трансформатора.
Выбор марки и класса стали для сердечника трансформатора
При выборе стали для сердечника трансформатора основными критериям являются: магнитная проводимость, магнитная индукция насыщения, коэффициент температурной зависимости магнитной индукции и электротехнические свойства материала.
Марка стали определяется её химическим составом и свойствами. Наиболее распространенные марки сталей, использующихся для сердечников трансформаторов — это марки M270-35A и M270-50A. Эти марки обладают высокой магнитной проводимостью, умеренными значениями магнитной индукции насыщения и низким коэффициентом температурной зависимости магнитной индукции, что обеспечивает хорошую эффективность работы трансформатора при самых разных температурных условиях.
Выбор класса стали также имеет значение, так как он определяет электротехнические свойства материала. Класс стали может обозначаться буквами N, H, SH, UH и EH, где каждый следующий класс обладает более высокой электротехнической прочностью и улучшенными магнитными свойствами. Например, сталь класса EH характеризуется высокой магнитной проводимостью и коэффициентом температурной зависимости магнитной индукции, близким к нулю — это позволяет её эффективную работу при высоких частотах.
При выборе марки и класса стали для сердечника трансформатора следует учитывать требования к техническим характеристикам, условиям эксплуатации и необходимой эффективности трансформатора. В дополнение, электротехническая сталь должна соответствовать стандартам и нормам, принятым в данной отрасли.
Почему сердечники сделаны из пластин? Ответы пользователей
Сердечники низкочастотных маломощных трансформаторов изготавливаются не из цельного куска ферромагнитного материала, а из отдельных пластин, которые изолированы друг от друга. Это.
27 декабря 2018 года — Устройства необходимо собирать из тонких отдельных пластин сердечника — это приводит к уменьшению вихревых потерь. С применением трансформатора.
Сердечники изготавливаются из специальной электротехнической стали, обладающей улучшенными магнитными свойствами материала. Устройство собирается из отдельных тонких пластин .
Статор генератора сделан из набора пластин трансформаторной стали, которые формируют сердечники электромагнитов, на которые навиваются катушки. При вращении магнита.
5 декабря 2012 года — Для уменьшения потерь повышают электрическое сопротивление сердечника. Для этого его собирают из пластин, покрытых слоем окиси (диэлектрика), .
Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, сердечник (магнитопроводы) трансформатора обычно изготавливают из тонких штампованных металлических пластин, которые складываются.
20 апреля 2020 года — Сердечники (магнитопроводы) изготавливают из железных пластин, потому что во время работы возникают токи Фуко (также известные как вихревые токи). Эти.
30 ноября 2021 года — Производители силовых трансформаторов нашли решение: они собирают магнитопровод из металлических листов. Для сердечника используются стальные пластины.
Ответ: Сердечник трансформатора изготавливается с использованием изолированных пластин для уменьшения или практически полного исключения потерь, вызванных протеканием вихревых токов.
Почему сердечники сделаны из пластин? Видео-ответы
Сердечники трансформатора-МАГНИТОПРОВОДЫ. Для чего нужен зазор, токи Фуко и другие аспекты. Как это работает
Сердечник трансформатора или магнитопровод — это трансформаторное железо или феррит, реактивное, активное и .
Типы сердечников трансформатора
Сердечник трансформатора помогает эффективно передавать магнитный поток от первичной обмотки ко вторичной.
Зачем нужен сердечник в трансформаторе?
Сердечник трансформатора выполняет две главные функции. Во-первых, он способствует сцеплению магнитного потока, .
Зачем нужен зазор в сердечнике трансFORMатора. Петля Гистерезиса. Магнитная проницаемость. Опыт.
Это показывает влияние зазора в сердечнике трансформатора на петлю Гистерезиса и его свойства. Зазор позволяет уменьшить.
Вопрос 1. Почему сердечник трансформатора выполняют из электротехнической стали?
I ВАРИАНТ
Задание : выберите правильный ответ из предложенных вариантов.
Вопрос 1. Почему воздушные зазоры в трансформаторе делают минимальными?
1) Для увеличения механической прочности сердечника.
2) Для уменьшения намагничивающей составляющей тока холостого хода.
3) Для уменьшения магнитного шума трансформатора.
4) Для увеличения массы сердечника.
Вопрос 2. Для преобразования напряжения в начале и конце линии электропередачи применили трансформаторы с коэффициентом трансформации К
1=1/25 и
К
2=25. Как изменится потеря в линии электропередачи, если передаваемая мощность и сечение проводов остались такими же, как и до установки трансформаторов:
1) Уменьшатся в 25 раз.
2) Увеличатся в 25 раз.
3) Уменьшатся в 100 раз.
4) Увеличатся в 125 раз.
5) Уменьшатся в 625 раз.
Вопрос 3. Какое определение якорной обмотки является наиболее близким к реальному представлению?
1) Разомкнутая система проводников, уложенная по определенной схеме и соединенная с коллекторными пластинами и щетками.
2) Совокупность секций, коллекторных пластин и щеток.
3) Замкнутая система проводников, расположенных по определенной схеме и соединенная с внешней сетью с помощью коллектора и щеток.
4) Совокупность проводников, припаянная к коллекторным пластинам, имеющая электрическое соединение со щетками.
Вопрос 4. Как уменьшают искрение щеток в коллекторных машинах постоянного тока средней мощности?
1) Сдвигом щеток из геометрической нейтрали за физическую нейтраль.
2) Установкой дополнительных полюсов (ДП).
3) Установкой компенсационной обмотки (КО).
4) Сдвигом щеток и установкой ДП.
5) Сдвигом щеток и установкой КО.
Вопрос 5. Почему пусковой момент асинхронного двигателя при введении реостата в фазный ротор увеличивается?
1) Увеличивается индуктивное сопротивление ротора.
2) Увеличивается активное сопротивление ротора.
3) Увеличивается активная составляющая роторного тока.
4) Уменьшается роторный ток.
Вопрос 6. Почему электрическая машина называется асинхронной?
3) n
1 ≠
n
2
Вопрос 7. Какой ток компенсирует синхронный компенсатор?
Вопрос 8. Что нужно сделать, чтобы нагрузить синхронный генератор реактивным индуктивным током?
1) Увеличить ток возбуждения.
2) Уменьшить ток возбуждения.
3) Увеличить момент приводного двигателя.
4) Уменьшить момент приводного двигателя.
II Вариант
Задание: выберите правильный ответ из предложенных вариантов.
Вопрос 1. Почему сердечник трансформатора выполняют из электротехнической стали?
1) Для уменьшения тока холостого хода.
2) Для уменьшения намагничивающей составляющей тока холостого хода.
3) Для уменьшения активной составляющей тока холостого хода.
4) Для улучшения коррозионной стойкости.
Первый метод
Первый подход аналогичен методу расчета магнитной цепи машины постоянного тока (подробности см. в статье «Методы расчета магнитной цепи машины постоянного тока»). Здесь магнитная цепь вдоль средней магнитной линии (см. рисунок 1) разбивается на различные участки (стержни, ярма и воздушные зазоры или щели между ними), в пределах которых магнитные индукции Bст, Bя, Bδ можно считать постоянными. Задаваясь амплитудой потока стержня Фст, определяются амплитуды индукций Bст, Bя, Bδ = Bст, а затем по кривым намагничивания стали находятся Hст и Hя. Таким образом, намагничивающая сила для однофазного трансформатора (см. рисунок 1, а)
| Рисунок 1. Магнитная цепь однофазного (а) и трехфазного стержневого (б) трансформатора. |
где δ — величина зазора, который для шихтованных магнитопроводов составляет 0,003 – 0,005 см, а для стыковых магнитопроводов больше этого значения на толщину изоляционного слоя в стыке.
Магнитная цепь трехстержневого трансформатора, как правило, немного несбалансирована, и длины магнитных линий для крайних фаз заметно больше, чем для средней. Поэтому намагничивающая сила и намагничивающие токи крайних фаз также будут несколько выше. В практическом использовании это различие часто игнорируют, и рассчитывают среднюю намагничивающую силу F для одной фазы. Тогда намагничивающая сила может быть представлена следующим образом (см. рисунок 1, б)
Здесь nф — среднее число стыков или зазоров на фазу. Для трехстержневого трансформатора с шихтованным магнитопроводом (см. рисунок 2, б) число nф составит 7/3, а для стыкового магнитопровода nф = 2.
Действующее значение основной гармоники реактивной составляющей намагничивающего тока может быть описано следующим уровнем формул, где w является числом витков обмотки, а k — коэффициентом, который учитывает наличие высших гармоник в намагничивающем токе. При Bст = 1 Т и Bст = 1,4 Т соответственно k = 1,5 и k = 2,2.
Таким образом, магнитная характеристика Фст = f(i0r) имеет вид, аналогично представленному на рисунке 1 в статье «Явления, возникающие при намагничивании магнитопроводов трансформаторов.»
