Особенности трансформаторов малой мощности (ТММ) с воздушным охлаждением

 

Конструкция ТММ должна обеспечивать его надежную работу в течение всего заданного срока службы (10 000 – 20 000 часов и более), поэтому в зависимости от места установки к конструкции могут предъявляться следующие требования: высокая механическая прочность, нагревостойкость, влагостойкость, электрическая прочность, экономичность.

Основными элементами конструкции трансформаторов являются магнитопровод и катушки с обмотками.

В зависимости от технологии изготовления магнитопроводы трансформаторов небольшой мощности делятся на пластинчатые (при толщине листа не менее 0,15 мм) и ленточные. По конструктивному исполнению и пластинчатые, и ленточные магнитопроводы делятся на три основные типа: стержневые, броневые и кольцевые (рис.1).

Стержневые пластинчатые магнитопроводы обычно собираются из прямоугольных пластин одинаковой ширины, одинаковых П-образных пластин (см. рис.1, а) или из П-образных пластин и прямоугольных перекрышек.

Броневые пластинчатые магнитопроводы собираются из: Ш-образных пластин и прямоугольных перекрышек (см. рис.1, б); из одинаковых Ш-образных пластин с разъёмом по середине стержня или из сплошных пластин с просечкой среднего стержня.

Для уменьшения магнитного сопротивления в местах стыка отдельных пластин их собирают впереплет, т.е. в одном слое перекрышка находится вверху, а в соседних – внизу (разъем по ярму, см. рис.1, б).

Кольцевые пластинчатые магнитопроводы (см. рис.1, д) собираются из отдельных штампованных колец.

 

Стержневые и броневые витые ленточные магнитопроводы собираются встык из отдельных сердечников подковообразной формы с поперечным или продольным разрезом (см. рис.1, в и г)

Для получения возможно меньшего магнитного сопротивления в местах стыка разрезных ленточных сердечников их торцевые поверхности подвергаются шлифовке.

Кольцевые ленточные магнитопроводы (см. рис.1. е) изготавливаются путем навивки ленты требуемой ширины на оправу заданного диаметра; они обладают минимальным магнитным сопротивлением, но сложны для изготовления трансформатора (намотка обмотки).

Для уменьшения магнитного сопротивления разрезных ленточных магнитопроводов обе его части при сборке трансформатора склеиваются при помощи специальной ферромагнитной пасты, содержащей карбонильное железо. Иногда склеивают и собираемые встык пластинчатые магнитопроводы.

Катушки трансформаторов представляют собой совокупность обмоток и системы изоляции. Обмотки изготавливаются из изолированных проводов; кроме того, предусматривается изоляция катушек от магнитопровода, межслоевая изоляция, внешняя (наружная) изоляция катушек.

Изоляция обмотки от стержневых и броневых магнитопроводов осуществляется при помощи каркасов, изготовляемых из негигроскопичного материала, обладающего требуемой электрической и механической прочностью.

Простейший и наиболее распространенный тип каркаса представляет собой гильзу, изготовляемую из электротехнического картона (электрокартон) (рис.2, а). Часто применяются склеенные из электрокартона каркасы (см. рис.2, б).

При массовом производстве трансформаторов используются сборные каркасы, изготовленные из твердых изоляционных материалов (гетинакса или текстолита) или прессованные из пластмассы каркасы.

 

 

Кроме магнитопровода и обмоток, в конструкцию трансформатора малой мощности входят детали для сборки отдельных частей сердечника, крепления собранного трансформатора, клеммы для присоединения концов обмоток, защиты от механических повреждений и влагозащиты.

Пластинчатые магнитопроводы трансформаторов после сборки стягиваются шпильками, посредством металлических пластинок или специальных накладок, которые одновременно используются и для крепления трансформатора.

При малых размерах магнитопровода для стяжки железа иногда используют обойму специальной формы, в которую запрессовывают собранный трансформатор. Обойма имеет ушки для крепления к шасси. Применяется также сборка пластинчатых магнитопроводов в пластмассовых обоймах.

На рис.3, 4 и 5 изображены варианты конструктивного исполнения трансформаторов малой мощности.

Броневой тип трансформатора (пластинчатый – рис.3 или ленточный – рис.4) имеет одну катушку. Его достоинства – более высокий коэффициент заполнения окна сердечника обмоточным проводом, частичная защита обмотки ярмом сердечника от механических повреждений.

Стержневой тип трансформатора (рис.5) может быть как однокатушечным, так и двухкатушечным. Преимущество однокатушечного варианта – лучшая технологичность исполнения. В двухкатушечном варианте

Рис. 3. Броневой пластинчатый трансформатор

 

 

Рис. 4. Броневой ленточный трансформатор

Рис. 4. Броневой ленточный трансформатор

 

 

 

на каждой катушке размещается половина витков каждой обмотки. Достоинства двухкатушечного – малая индуктивность рассеяния вследствие меньшего числа витков на каждой катушке, меньшая толщина намотки, меньший расход обмоточных проводов из-за уменьшения средней длины витка, относительно увеличенная поверхность охлаждения.

На рис.4 приведена конструкция трансформатора с ленточным магнитопроводом броневого типа мощностью до 100 ВА. Она состоит из штампованного кожуха 1, удерживающей пластины 2 и нажимных винтов 3. Сборка трансформатора выполняется в следующей последовательности. При снятой пластине 2 вставляются нижние половины сердечников 4, затем надеваются катушки 5, вставляются верхние половины сердечников 6, отгибаются вертикальные стойки кожуха 1, и в отверстия в кожухе вставляются заплечики 7 удерживающей пластины 2. И, наконец, с помощью нажимных винтов 3 сжимаются верхние и нижние половины сердечника. Для фиксации катушки в вертикальном положении служит выступ 8 в кожухе.

Для защиты обмоток от воздействия влаги их пропитывают изоляционными лаками. Пропитка повышает влагостойкость обмотки, увеличивает ее электрическую и механическую прочность, повышает допустимую температуру нагрева и увеличивает теплопроводность от нагретых частей к наружной охлаждаемой поверхности.

 

Материалы, применяемые при изготовлении ТММ

Магнитные материалы. К магнитным материалам, используемым для изготовления магнитопроводов ТММ, предъявляются следующие требования: высокая магнитная проницаемость, малые потери на вихревые токи и перемагничивание, малая себестоимость. Для изготовления сердечников ТММ в диапазоне от единиц до нескольких сотен вольт-ампер в качестве магнитного материала широко используются горяче- и холоднокатаные электротехнические стали разных марок и толщин.

Магнитные свойства горячекатаных сталей практически одинаковы во всех направлениях проката. Холоднокатаные стали обладают меньшими удельными потерями и значительно лучшими электромагнитными характеристиками вдоль направления проката по сравнению с горячекатаными. Поэтому из горячекатаных сталей выполняются пластинчатые магнитопроводы, а из холоднокатаных – ленточные.

При расчете трансформатора на минимум стоимости следует выбирать горячекатаные стали, а на минимум массы – холоднокатаные.

С учетом наибольшего практического применения при курсовом проектировании ТММ рекомендуются следующие марки сталей:

1) при частоте 50 Гц для пластинчатых магнитопроводов – горячекатаная сталь марки 1512 или 1521 с толщиной листов 0,35 мм;

2) при частоте 400 Гц для пластинчатых магнитопроводов – горячекатаная сталь марки 1512 или 1521 с толщиной листов 0,2 мм;

3) при частоте 50 Гц для ленточных магнитопроводов – холоднокатаная сталь марки 3411 или 3412 с толщиной ленты 0,35 мм;

4) при частоте 400 Гц для ленточных магнитопроводов – холоднокатаная сталь марки 3411 или 3412 с толщиной ленты 0,2 мм.

Обмоточные провода. При изготовлении обмоток используются обмоточные провода широкой номенклатуры, в качестве материала проволоки берется в основном медь, имеющая малое удельное сопротивление. Для расчета ТММ рекомендуются следующие марки проводов:

1) ПЭЛ – провод эмалированный лакостойкий, предназначен для работы при температуре до 105⁰С. По стоимости – относительно дешевый, применяется в трансформаторах, которые рассчитываются на минимум стоимости. Недостаток провода – малая механическая прочность его изоляции;

2) ПЭВ-1 – провод, изолированный высокопрочной эмалью (ванифлекс) в один слой. Применяется при напряжениях до 500 В, удовлетворяет повышенным требованиям надежности, рабочая температура до 105⁰С. Рекомендуется для трансформаторов наименьшей массы;

3) ПЭВ-2 – аналогичный провод, но с изоляцией в два слоя. Применяется при требованиях большой надежности и при напряжениях обмоток свыше 500 В.

Если диаметр обмоточного провода находится в пределах 0,35-2,0 мм, то выводные концы обмоток выполняются из самого обмоточного провода, если же меньше 0,35 мм или больше 2,0 мм, – то специальными проводами марок: МГШДО – при рабочем напряжении до 127 В, ПТЛ – от 250 до 250 В и МГТФЛ – до 500 В.

Электроизоляционные материалы. Данные материалы в трансформаторах применяются для изоляции токоведущих частей. В зависимости от назначения изоляции бывает межобмоточной, межслоевой, межвитковой и основной (изоляция между катушкой и сердечником).

К изоляции с рабочей температурой до 105⁰С (класс изоляции А, указанный в задании на курсовой проект) относятся отдельные материалы на основе хлопчатобумажной и шелковой тканей или на основе целлюлозы, не пропитанные или пропитанные лаками.

В качестве материалов, используемых для межслоевой и междуобмоточной изоляции, применяются бумаги, пропитанные изоляционным компаундом: кабельная марки К-12, телефонная КТН; конденсаторная КОН-1; пропиточная марок ЭПИ-50 и ЭПИ-63Б. Из тканевых материалов используются лакоткани марок: ЛХ1, ЛХ2, ЛШ1, ЛШ2.

Материалом для каркасов катушек служит: для сборных – текстолит, гетинакс, электрокартон; для прессованных и литых – пресс-порошки К21-22, К-114-35 и др.