книги / Электротехнические устройства радиосистем

Кроме того, для создания активной, индуктивной и емкостной нагрузок необходимо громоздкое оборудова­ ние (реостаты, индуктивные катушки и конденсаторы). Вместе с тем непосредственное испытание трансформа­ тора не обеспечивает требуемой точности результатов измерений.

Все рабочие свойства трансформатора могут быть определены по данным опытов холостого хода и корот­ кого замьжания. Для производства опытов холостого хода и короткого замыкания требуется сравнительно малая затрата энергии и отпадает надобность в гро­ моздком нагрузочном оборудовании. Кроме того, такое определение рабочих свойств дает высокую точность.

При опыте холостого хода измеряются напряжение первичной и вторичной обмоток Ui и t/2, ток холостого хода /0 и потребляемая при холостом ходе мощность Р0. По данным опыта холостого хода определяются коэф­ фициент трансформации пу потери в стали Рст и сопро­ тивления (полное, активное и реактивное) трансформа­ тора при холостом ходе Z0, г0 и Х0.

Указанные величины определяются соответственно по следующим формулам:

При опыте короткого замьжания измеряются напря­ жение короткого замыкания £/к, ток в первичной обмот­ ке, который устанавливается равным номинальному току /я, и мощность РКу -потребляемая трансформатором при опыте короткого замыкания. По данным опыта коротко­ го замыкания определяются потери в проводах обмоток Рп.п при номинальном токе, сопротивление (полное, активное и реактивное) трансформатора -при коротком замыкании ZI{, ги и ХКу а также напряжение короткого замыкания цк и его составляющие — активная ил и реак­ тивная их-

Напряжение короткого замыкания определяется с помощью вольтметра, включаемого в цепь первичной обмотки, при опыте короткого замыкания трансформа­ тора. Мощность, потребляемая трансформатором при

ной обмотки не остается постоянным при изменении тока нагрузки трансформатора. Изменение вторичного напряжения происходит вследствие того, что обмотки трансформатора обладают как активным, так и индук­ тивным сопротивлениями. При этом напряжение вто­

ние понижается с увеличением нагрузки, а при емкост­ ном характере нагрузки (при достаточно больших фаз­ ных сдвигах ср2) с ростом нагрузки происходит повыше­ ние вторичного напряжения.

Из векторной диаграммы легко установить, что при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной величины напряжение вторичной обмотки трансформа­

где ил и их — соответственно активная и реактивная со­ ставляющие напряжения короткого замыкания транс­ форматора, %, ф2 — фазный сдвиг между напряжением

и током вторичной обмотки.

Если ввести коэффициент нагрузки трансформатора р, рав­ ный отношению тока при любой нагрузке к номинальному току

Напряжение вторичной обмотки трансформатора при на­ грузке

у = = у = . ( ' - - ш г ) ’

ствуюш.ий наибольшему значению к. п. д. рмакс. Опустив при определении производной несложные предваритель­ ные преобразования, можно записать:

[рРн cos <Р2 + Р0+ р3Рк] — [Рлcos <р2 + 2ряJ р = О,

откуда

Р. Рмакс^к == О И Рмакс ^ р *

Следовательно, наибольший к. п. д. будет при равенст­ ве потерь постоянных потерям переменным, т. е. при Р0 =

Как указывалось ранее, потери постоянные — это потери в стали сердечника трансформатора, пропорцио­ нальные квадрату магнитной индукции. Потери пере­ менные— это потери в проводах обмоток трансформа­ тора, пропорциональные квадрату плотности тока.

Изменяя электромагнитные нагрузки трансформато­ ра, можно варьировать соотношением потерь постоянных и переменных и тем самым изменять коэффициент за­ грузки, доводя его до значения Рмакс, соответствующего наибольшему значению Т]макс*

является обычным в трансформаторах малой мощности. Если же трансформатор работает в режиме частых и значительных недогрузок (силовые, осветительные и другие трансформаторы), то желательно получить наи­ больший к. п. д. при нагрузках меньше номинальных, Т. е. При Рмакс^Е

1-6. КОНСТРУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Для изготовления сердечников трансформа­ торов используются высоколегированные горячекатаные стали и повышеннолегированные холоднокатаные стали. При использовании горячекатаной стали сердечники собираются (шихтуются) из отдельных пластин, изоли­ рованных друг от друга слоем лака, окалины или бу­ маги для уменьшения потерь на вихревые токи. Из хо-

ЛоДНбкатаной стали сердечники выполняются лёнтб4ными (спиральными). Такие сердечники наматываются из стальной ленты на специальных приспособлениях.

Магнитопроводы трансформаторов для «работы в се­ ти с частотой тока 50 гц изготовляются из сталей сле­ дующих марок: горячекатаные Э41, Э42, Э43, Э43А и холоднокатаные стали Э310 Э320, Э330, ЭЗЗОА с тол­ щиной пластин или ленты 0,5 и 0,35 мм. При повышен­ ных частотах (400 гц и более) применяют стали марок Э44, Э45, Э46, Э47, Э48, Э340, Э370 с толщиной пластин или ленты 0,2; 0,15; 0,1 и 0,08 мм.

В обозначении марок буква Э указывает на то, что сталь электротехническая, первые цифры после буквы обозначают степень легированное!и (1 — слаболегиро­ ванная; 2 — среднелегированная, 3 — повышеннолегиро­ ванная; 4 — высоколегированная сталь).

Вторые цифры указывают гарантированные электро­ магнитные свойства стали: цифры 1, 2, 3 означают удельные потери в стали при частоте 50 гц — нормаль­ ные (1), пониженные (2) и низкие(З), цифра (4) свиде­ тельствует о нормальных удельных потерях в стали при работе трансформатора на частоте 400 гц; цифры (5) и

(6) указывают нормальную (5) и повышенную (6) маг­

в обозначении марки стали означает особо низкие удельные потери.

Потери в стали магнитопровода складываются из потерь на гистерезис (перемагничивание стали) и по­ терь на вихревые токи. В ферромагнитных материалах, из которых выполняются магнитопроводы трансформа­ торов и других электрических аппаратов и машин, маг­ нитная индукция отстает (запаздывает) в своих изме­ нениях от напряженности поля. Перемагничивание маг­ нитного материала связано с затратой энергии, которое проявляется в нагревании перемагничиваемого материа­ ла. Чем труднее намагничивание материала, тем обыч­ но труднее размагничивание и, следовательно, тем большую работу необходимо затратить на перемагничи­ вание. Таким образом, потери на гистерезисе зависят от перемагничи.вания и от величины наибольшей магнит­ ной индукции, причем они пропорциональны частоте

в первой степени и магнитной индукции примерно во второй степени.

В массе магнитопровода, пронизываемой перемен­ ным магнитным полем, возникают вихревые токи. Эти токи, подобные токам от э. д. с. индукции в проводни­

проводы трансформаторов и других электромагнитных устройств изготовляются не из сплошных масс, а из от­ дельных пластин, изолированных друг от друга. Кроме того, для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы собираются из пластин, высоколегированной стали (с присадкой кремния до 4,8%). Легирование стали значительно увеличивает удельное электрическое сопротивление (примерно в 4 раза) и уменьшает потери на вихревые токи.

Потери на вихревые токи пропорциональны квадра­

Обычно потери на гистерезис и на вихревые токи оцениваются совместно и называются потерями в стали

щий от марки стали, толщины стальных листов, часто­ ты и максимальной магнитной индукции; GCT, кг — вес магнитопровода.

Холоднокатаная сталь отличается от горячекатаной не только меньшими потерями, но и более высокой маг­ нитной проницаемостью. При этом в зависимости от направления магнитных линий магнитная проницаемость различна. По направлению проката (вдоль) для холод­ нокатаных сталей ома значительно больше магнитной проницаемости горячекатаной стали. В направлении, перпендикулярном направлению проката, магнитная проницаемость холоднокатаной стали низкая. Поэтому стремятся выполнять магнитопроводы трансформаторов из холоднокатаной стали так, чтобы магнитный поток замыкался вдоль проката стальных листов или ленты.

В трансформаторе броневого типа (рис. 1-11,6) пер­ вичная и вторичная обмотки помещаются на среднем стержне сердечника. Таким образом, в этом трансфор­ маторе обмотки частично охватываются (бронируются) ярмом. Магнитный поток, пронизывающий стержень сердечника, разветвляется на две части. Поэтому ярмо имеет поперечное сечение, вдвое меньшее сечения стержня.

Ленточные разрезные сердечники из холоднокатаной стали подобны стержневым (рис. 1-11,в) или броневым (рис. 1-11,г),

При сборке трансформатора с ленточным сердечни­ ком магнитопровод разрезается для того, чтобы поме­ стить обмотки на сердечнике, и затем верхняя и нижняя половины магнитопровода скрепляются стяжной лентой.

Трансформаторы больших и средних мощностей вы­ полняют стержневыми, так как в бро'невых трансфор­ маторах изоляция обмоток высшего напряжения от сер­ дечника представляет большие трудности.

Трансформаторы малой мощности часто выполняются с броневым сердечником.

Броневой сердечник обладает рядом конструктивных достоинств. К ним относятся следующие: необходимость только одного каркаса с обмотками вместо двух при стержневом сердечнике; более высокий коэффициент заполнения окна сердечника обмоточным проводом; ча­ стичная защита обмотки ярмом сердечника от механи­ ческих повреждений.

Для измерительных и лабораторных трансформато­ ров, а также в трансформаторах, работающих на повы­ шенной частоте, применяются тороидальные сердечники. Достоинствами трансформатора с тороидальным сер­ дечником являются относительно малое магнитное со­ противление, почти полное отсутствие внешнего потока рассеяния и нечувствительность к внешним магнитным полям, независимо от их направления, при условии рав­ номерного распределения обмоток трансформатора по окружности тороида. Обмотки таких трансформаторов наматываются на специальных станках челночного типа.

Для уменьшения 'намагничивающего тока сердечни­ ки трансформаторов делают с уширенным ярмом. В этом случае сечение ярма делают у стержневого трансфор­ матора больше сечения стержня, а у броневого — боль­ ше половины сечения стержня.

Магнитопроводы трансформаторов собираются встык или внахлест. При сборке встык все пластины сердеч­ ника составляются вместе, располагаясь одинаковым об­ разом. Такой сердечник состоит из двух частей. После размещения обмоток на сердечнике обе части его скреп­ ляются между собой.

При сборке встык монтаж и демонтаж трансформа­ тора осуществляются просто, но в месте стыков необхо­ димо поместить немагнитную -прокладку, представляю­ щую собой большое магнитное сопротивление. При установке ярма его пластины не будут точно совпадать с пластинами стержня, так что пластины стержня и ярма окажутся замкнутыми. Такое замыкание пластин пове­ дет к увеличению вихревых токов, которые могут выз­ вать недопустимо высокий нагрев стали в месте стыка. Нагрев может быть настолько большим, что стальные

Сборка внахлест позволяет уменьшить магнитное сопротивление магнитопровода (пластины могут плотно прилегать друг к другу в месте стыка), но усложняет монтаж и демонтаж трансформатора. При сборке внахлест пластины чередуются так, чтобы у лежащих друг на друге листов разрезы были с разных сторон сердечника.

После сборки магнитопровода его стягивают болта­ ми или шпильками. Стяжные планки, болты и т. д. изолируют от тела магнитопровода электрокартоном или бумагой для того, чтобы предотвратить возможность образования короткозамкнутых витков вокруг сердечни­ ка или его части. Образование короткозамкнутых витков приводит к значительным потерям энергии и выходу трансформатора из строя.

Обмоткам трансформатора придают преимуществен­ но цилиндрическую форму, выполняя их при малых то­ ках из круглого изолированного -провода, а при больших токах — из шин прямоугольного поперечного сечения.

Ближе к сердечнику располагается обмотка низшего напряжения, так как ее легче изолировать от него, чем обмотку высшего напряжения (рис. 1-12).

Обмотка низшего напряжения изолируется от сер­ дечника прослойкой из какого-либо изоляционного ма­ териала. Такая же изолирующая прослойка имеется между обмотками высшего и низшего напряжений.