Втрати у стиках магнітопроводу. Як сказано вище, характеристики намагнічування прийнято будувати за напруженістю магнітного поля (АВ/см). Але при цьому магнітний опір сталі магнітопроводу (і переріз) має бути однаковим по всій довжині середньої магнітної лінії магнітопроводу. Магнітопроводом, що задовольняє цим вимогам, є кільцевий магнітопровід, так званий тороїд. Невеликі тороїди широко застосовуються в схемах автоматики, де вони виконуються або набірними зі штампованих кілець листової сталі, або крученими зі стрічки відповідної марки сталі і називаються крученими або стрічковими (див. рис.).
Стрічкові магнітопроводи з довжиною магнітної лінії від 0,4 до 1,5 м знайшли широке застосування під час виготовлення трансформаторів струму, що встановлюються на установках високої напруги. Для напруг 6 і 10 кВ ці трансформатори виконуються як стрічковими, так і набірними зі штампованих Г-подібних пластин. Так як кожна пластина має по два зазори, то на шляху магнітного потоку буде чотири стики. Частина магнітного потоку проходить через зазор, але більша частина потоку переходить з площини дотику до сусідніх пластин, що значно підвищує індукцію в цих пластинах, збільшуючи струм намагнічування. Таким чином, на шляху магнітного потоку є чотири ділянки підвищеного опору. Для орієнтовної оцінки підвищення напруженості в цих стиках можна порівняти характеристики намагнічування, зняті до значних кратностей напруженостей (до 100 АВ/см) на стрічкових магнітопроводах та набірних Г-подібних пластин. На малюнку наведено заводські усереднені характеристики деяких марок стали. Характеристики 1 і 2 подані подвійними лініями, верхні відповідають кращим сталям, нижні гіршим.
1 - магнітопровід стрічковий, сталь Е41, Е42; 2-набірний, із штампованих Г-подібних пластин, сталь Е11. Е-12, Е15, Е45, Е46, Е47, Е48; 3 - стрічковий, сталь Е310.
Характеристики кривої 2 побудовані для магнітолроводів з середньою довжиною магнітного шляху 45 см. подолання підвищеного опору у стиках пластин. Порівнюючи криві 1 і 2, можна приблизно визначити втрати в стиках. Так, при індукції 1,0 Тл струм намагнічування кривою 2 (за усередненою кривою, показаною пунктиром) більш ніж у 2 рази перевищує струм намагнічування кривої 1 (1,8-0,7 Ав/см). Звичайно, сам зазор становить частки міліметра, але слід враховувати і прилеглі ділянки пластин, де відбувається перехід потоку наскрізні пластини. При цьому потік у наскрізних пластинах повинен доходити до 2 Тл, але так як навіть при напруженості 300 Ав/см індукція цих сталей не перевищує 1,9 Тл п. Як ясно з порівняння кривих, робоча індукція при стрічковому магнітопроводі може бути прийнята більш висока, так як за 2,5 Ав/см індукція кривої 1 буде 1,4 Тл, кривою 2-1,1 Тл. Різниця між напругами характеристик 2 і 1 (при однаковій індукції) визначається підвищеним опором стиків. Позначимо Нс напруженість у стиках, Н1 - напруженнями характеристик 2 і 1 (при однаковій Н2 - напруженість, визначальну характеристику 2. Порівняльні дані зведемо у табл. 3).
Коефіцієнт Кс визначає відношення Нс до H1 Найбільше значення коефіцієнта відповідає індукції дещо більшої 1,4 Тл. При подальшому збільшенні індукції значення Кс знижується і межі прагне нулю, що відповідає значенню індукції, що знаходиться далеко за межами робочої частини характеристики.
Так як опір стиків визначається підвищеним значенням індукції в стиках і при цих індукціях характеристики всіх сталей зближуються (див. графік), втрати в стиках мало залежать від якості сталей і за наявності в магнітопроводі стиків входять як постійний і значний компонент, що зрівнює сталі підвищеного і зниженої якості (що видно з кривих 2). Так як у трансформаторах, що мають менші розміри, величина струму намагнічування визначається переважно стиками пластин, робочі індукції в малих трансформаторах приймаються набагато менше, ніж у трансформаторах великої потужності.
Штамповані пластини для магнітопроводів. Більшість трансформаторів малої потужності виконується на магнітопроводах двох типів, броньовому-зібраному з Ш-подібних пластин стрижневому зібраному з П-образих, Г-подібних і прямогольних пластин. Пластини штампуються з листової сталі товщиною 0,35 та 0,5 мм відповідної конфігурації.
У броньових трансформаторів (див. рис.1) середній стрижень є основним, на ньому міститься обмотка (зазвичай на каркасі). Пластини збираються вперекришку, щоб зазори в пластинах розташовувалися почергово з різних сторін обмотки. У пластин, показаних малюнку перемичка (замикаюча сторона) є окремою деталлю. У пластин, наведених на рис.б і, перемичка становить одне ціле з основною пластиною. Складання всіх пластин стрижневого магнітопроводу проводиться вперекришку. Розглянемо співвідношення розмірів магнітопроводу. Основними розмірами є: ширина основного
стрижня А і товщина пакета магнітопроводу.
а-в - броньові Ш-подібні: г-е - стрижневі: П-подібний, Г-подібний, набірний з прямокутних пластин; ст - стики в магнітоіводі.
Їх добуток АВ = Sс - переріз сталі магнітопроводу. Ширина вікна магнітопроводу, його довжина D-перетин вікна магнітопроводу: BD = S0.
Наведемо орієнтовні співвідношення інших розмірів магнітопроводу. Товщину пакета зазвичай приймають B=(1-2)*A. Для Ш-подібних пластин ширина крайніх стрижнів (і перемичок) приймається З=(0,5-0,6)*A. Для стрижневих магнітопроводів ширину вікна для однокотушкових трансформаторів приймають В = (1-1,5) * А, для двокотушкових В = (1,5-2,5) * А. Довжину вікна приймають D = (2-3) * A. Потрібно мати на увазі, що ці співвідношення в ряді випадків можуть значно
відрізнятиметься від наведених.Вище було показано вплив стиків магнітопроводу на опір магнітного шляху. Розглянемо Ш-подібні пластини. Найчастіше застосовуються пластини, показані на рис. а, рідше -на рис. Пластини, показані на рис.в, раніше зустрічалися часто, але останнім часом застосовуються рідко. Магнітопровід,
зібраний на пластинах, наведених на рис. б і в, має два стику на шляху магнітного потоку; магнітопровід, зібраний на пластинах, показаних на рис., має чотири стику. При ширині крайніх стрижнів, 0,6 середнього індукція в крайніх стрижнях (і в перемикаючих сторонах) знижена на індукції 20% в основному стрижні. Отже, якщо останньому індукція 1,2 Тл, то крайніх стрижнях 1Тл. У такому разі опір у стиках з індукцією 1 Тл буде приблизно в 2 рази менше опору в стиках з індукцією 1,2 Тл (крива 2 на графіку). У магнітоіводі на пластинах, показаних на рис. б, обидва стику припадають на ділянки з індукцією 1,2 Тл. Опір стиків залежить від ширини крайніх стрижнів. У пластинах на мал. у стики припадають на ділянки зі зниженою індукцією. Опір стиків знижується майже вдвічі. На пластинах з чотирьох стиків два стики припадають на ділянки зі зниженою індукцією. Опір менше, ніж при ширині крайніх стрижнів, рівних 0,5 ширини середнього стрижня, але більше, ніж на пластинах (рис. б), і значно більше, ніж на пластинах (мал. е.). 5 середньої пластини (рис. в) мають перевагу проти пластин (рис. б) у більш простій складання та можливості застосування каркаса нормальної довжини.
Стрижневі магнтопроводи (рис., г, д) мають чотири стики. Обидва стрижні виконуються зазвичай однакової ширини незалежно від того, є один або обидва робітниками (мають обмотку). Щодо них залишається в силі те, що сказано про Ш-подібні пластини. Магнітопровід з прямокутних пластин (мал. е) має настільки великий струм намагнічування, що не може бути рекомендований навіть для трансформаторів потужністю 1-2 кВА.
Слід зазначити велику залежність струму намагнічування від якості штампування та складання пластин. Як сказано
вище, частина потоку на місці стику проходить безпосередньо через зазор. При невисокій якості штампування та наявності задирок, а також при неякісному складанні зазор може збільшитися, що призведе до збільшення струму намагнічування. Особливо неякісне штампування позначається на збиранні пластин за рис. б. Так як стики припадають на кінці гільзи каркаса, то в цих місцях виходить здуття, що знижує щільність складання пакета. Розглянемо магнітопровід, зібраний на Ш-подібних пластинах. Ці пластини від наведених раніше відрізняються відсутністю верхньої замикаючої пластини. Нижня перемичка виконується тієї ж ширини, що середній стрижень. Збираються пластини вперекришку. Зверху і знизу з торця виходить ґрати з поздовжніми просвітами. Перетин сталі по всьому магнітопроводу виходить однаковим, крім кутів, де перетин удвічі більший. Перехід потоку в поперечні пластини відбувається по площині дотику пластин, що становить для магнітного потоку величину A2 * (n-1), де n - Число пластин в пакеті. Якщо в пластинах (на малюнку) перехід потоку в сусідні пластини створював ділянки підвищеного опору, то в магнітопроводі з розширеною основою на пластинах індукція на ділянках переходу потоку майже в 2 рази нижче за індукцію в стрижнях, тому перехід потоку в сусідні пластини не призводить до збільшення струму намагнічування. Аналогічно виконуються й стрижневі трансформатори. При цьому перемикаючі сторони повинні мати ширину, що дорівнює подвійній ширині стрижня, тобто 2А. Площа зіткнення збільшується порівняно з Ш-подібними магнітопроводами до величини 2A2(n-1).
Слід сказати, що пластини такої конфігурації застосовувалися в окремих випадках вже давно. Але їх застосування визначалося стабільністю магнітопроводу і сталістю струму намагнічування, що практично не залежить від якості штампування і складання, ніж ці пластини вигідно відрізняються від пластин на малюнку. Крім того, значно спрощується складання магнітопроводу.
Але переваги магнітних показників цієї зміни залишалися довгий час поза увагою. Звичайно, коли при пластинах на малюнку необхідно знижувати індукцію на 20-25%, а для малих трансформаторів на 40-50% так, щоб індукція в стиках наскрізних пластинах не перевищувала допустиму, характер зміни струму намагнічування залишається також незмінним. Трансформатор працює задовільно, але сталь використається неповноцінно.
Сплави пермалою. Тільки після появи листових магнітних матеріалів з дуже малими втратами (з вузькою петлею гістерези), з різким переходом характеристики в область насичення почали впроваджуватись різні пристрої автоматики, магнітні перетворювачі, магнітні підсилювачі, імпульсні схеми та інші пристрої; при цьому виявилася повна непридатність магпітопроводів, що мають стики по дорозі магнітного потоку. Для з'ясування можливості використання нових магнітних матеріалів не тільки у вигляді тороїдів, але й із застосуванням пластин сталі, зручнішою за технологією виробництва, повсюдно проводилися випробування. Торроїди для нових магнітних матеріалів у багатьох випадках виявилося можливим замінити магнітопроводами із пластин. Листовими матеріалами з дуже високою початковою проникністю та дуже малими втратами є сплави пермалою. Ці сплави містять від 40 до 80% нікелю, до 10% легуючих металів (у деяких сплавах вони відсутні), решта заліза. Найменування марки деяких сплавів входить його склад, наприклад: Н50 (нікель 50%, інше залізо), Н79М5 (нікель 79%, молібден 5%, інше залізо). Основною якістю сплавів (крім високої початкової проникності та малих втрат) є висока лінійність початкової частини характеристики, різкий перехід
у насичену частину та мала залежність цієї частини характеристики від напруженості. Якщо для звичайної електротехнічної сталі застосування магнітопроводу зі стиками лише знижує якість магнітопроводу, то при застосуванні таких магнітних матеріалів, як пермалло, останній втрачає свої основні якості, необхідні для високоефективних магнітних перетворювачів.
Для пермалоєвих сплавів непридатність застарілої зміни пластин магнітопроводу була очевидна, що сприяло широкому впровадженню цих матеріалів нової конфігурації пластин.
Виті магнітопроводи броньового та стрижневого типу. У разі дрібносерійного виробництва можуть виконуватися магнитопроводы виті (стрічкові, спіральні). Вони виготовляються як броньового, і стрижневого типу (рис. 2).
Для таких магнітопроподів найкраще застосовувати стрічкову сталь, наприклад марки Е310, Е320 та інші товщиною 0,35 мм (або 0,2 мм для забезпечення більш щільного намотування). Від льон-
ти стали відрізати смужки необхідної ширини. Можна застосовувати інші марки сталей і відрізати смуги від листа сталі. За відсутності аркушів необхідної довжини смуги можна стикувати. Стикування виконується внахлестку (рис.3)
, при цьому наступний лист перекриє та затягне місце стикування. У місцях перегинів рекомендується прокладати вкладиші, які можуть бути виконані із щільного дерева або гетинаксу по одному з наведених зразків (залежно від товщини листа сталі та ширини просвіту). Вкладиші забезпечать більш щільну намотування сердечника. Намотування ведеться до повного заповнення вікна каркаса, потім заклинюється смужкою гетинаксу завтовшки 0,5-1,0 мм. При намотуванні сердечника двокаркасного магнітопроводу смуга сталі проходить через обидва каркаси (при складанні врахувати правильну полярність обмоток). Попередньо, до намотування сердечника, рекомендується скріпити обидва каркаси. Для броньового трансформатора намотування сердечника ведеться одночасно двома стрічками, щоб вони заходили у вікно каркаса з одного боку. Обидва напівсердечники заклинюються однією смужкою гетинаксу. Перевагами таких магнітопроводів є: розмір каркаса не обмежений попередньо визначеними розмірами магнітопроводу, у магнітопроводі відсутні ділянки підвищеного опору. До недоліків слід віднести складність виготовлення та ремонту. В даний час стрічкові сердечники починають широко застосовувати в різних пристроях автоматики та електроніки. Однак виконання, наведене вище, не можна поставити на конвеєр, що є серйозною перешкодою. У заводських умовах стрічковий осердя проклеюють, розрізають на дві підковки і торці пришліфовують. Трансформатори зазвичай виконують стрижневими із двома каркасами. Стики магнітопроводу припадають усередині каркасів. За даними інженерів
Ульріха Крабле та Герхарда Гезінхагеї, на підставі проведених ними випробувань при шліфуванні стиків з точністю до 5 мк опір магнітопроводу підвищується до 20%. Це значно менше, ніж на магнітопроводі, що має стики. У напівкустарних майстернях неможливо забезпечити точність припасування. При ремонті такого трансформатора та наявності корозії торців магнітопроводу або за недостатньо якісного склейки сердечника якість магнітопроводу значно знизиться. Вплив отворів для стяжки магнітопроводу. Раніше, як правило, пластини забезпечувалися отворами для стяжки магнітопроводу шпильками. Крім того, шпильки ізолювалися від сталі та від металевих скоб, щоб уникнути утворення короткозамкнених витків. І тому отвори пробивалися з урахуванням ізоляції. Більшість спеціалізованих підприємств повністю відмовилися від пробивання отвору для стяжки невеликих магнітопроводів, а ряд заводів виконують стяжку магнітопроводів 100-200 Вт і більше без пробивання отворів. Однак у неспеціалізованих підприємствах ще широко застосовується штампування пластин з отворами. Останні, зменшуючи переріз, збільшують магнітний опір і, отже, струм намагнічування. В дуже великій мірі це позначається на Ш-подібних пластинах з окремою накладкою, так як отвори припадають на ділянки, які вже мають підвищений опір, додатково підвищуючи його. Особливо це дається взнаки при ширині крайніх стрижнів 0,5 ширини середнього. У стрижневих магпітопроводів опір стиків також велике, але внаслідок подвійної ширини стрижнів вплив отворів значно менше. При застосуванні пластин з розширеною основою вплив отворів мало, але при ширині крайніх стрижнів 0,5 середнього позначається. Додатково слід розглянути, наскільки обґрунтовано застосування ізоляції шпильок від сталі магнітопроводу та від стяжних скоб. На рис.4,а показано напрямок магнітних ліній у стрижневому магнітопроводі.
Якщо всі шпильки з'єднані з кожної сторони магнітопроводу стяжними накладками, то від внутрішнього кута магнітопроводу, де магнітні лінії ущільнені, вони частково йдуть під утворений шпильками та накладками виток, але до наступного кута повертаються назад. У кожній половині витка наводиться е.р.с. але в обох половинах ці е. д. с. спрямовані зустрічно, при цьому струму у витку не буде. Тому отвори слід робити по шпильках без зайвих запасів, щоб не послаблювати переріз сталі. При Ш-подібному магнітопроводі потік, що виходить із середнього стрижня, розходиться в обидві сторони. , що контактують зі шпильками. Величина потоку, що проходить по зовнішнім сторонам отворів, становить до 20% повного потоку (залежно від індукції). Короткозамкнений виток, утворений шпильками та накладками, може у кілька разів знизити цю частину потоку, особливо при збільшенні перерізу сталі, коли е. д. с. витка значно підвищується. У цьому підвищуються втрати. За відсутності накладок залишаються короткозамкнені витки за рахунок пластин, що контактують зі шпильками сталі. Ізоляція шпильок від сталі та накладок вимагає збільшення отворів, що також призводить до збільшення втрат. Потрібно зазначити, що ці втрати випадкові та обліку не піддаються.
Стяжка та кріплення трансформатора.Вище було сказано, що пластини стали повинні мати ізоляцію. При індукціях нижче 09-10 Тл зазвичай достатньою ізоляцією є окалина. Однак для запобігання корозії пластини повинні мати двостороннє покриття лаком. Практикується іноді обклеювання пластин папером не рекомендується: знижується заповнення сталі та посилюється корозія. Вона застосовується у великих трансформаторах, переважно працюють у маслі. Стяжка малих трансформаторів проводиться найчастіше обоймами чи скобами.
На малюнку 5 а-б показані стяжка та кріплення Ш- та П-подібних магнітопроводів обоймами. Обойми на шасі кріпляться лапками (двома або чотирма), що проходять у прорізі в шасі, або гвинтами. Часто магнітопровід в обоймі закріплюється вільними лапками - мал. 5, г (показані знизу, без шасі), або лапки відрізаються. При горизонтальному розташуванні магнітопроводів (як Ш-, так і П-подібних) на шасі їх можна кріпити скобами, а більші - стягувати планками та шпильками (рис. 5,е). В останньому виконанні нижня планка розташована під шасі, що створює жорсткіший зв'язок з шасі. При вертикальному кріпленні магнітопроводу ширини латини (малі розміри виконуються без пазів). Іноді виконують аналогічні пази на Ш-подібних пластинах звичайного виконання. При пазах створюються значно менші втрати, ніж при отворах, особливо при пластинах з підвищеною шириною крайніх стрижнів з боку, що замикає. Крім того, при цьому короткозамкнені витки не утворюються. При стяжці магнітопроводу двома шпильками неминуче застосування стяжних рамок, щоб уникнути вібрації пластин сталі. Для стяжки застосовувати рамки з відбортуванням для жорсткості, які досить просто виконуються на подвійних оправках зі сталі 8-10 мм. Між оправками в лещатах затискається заготовка (з листа сталі від 1,2 до 1,8 мм залежно від розмірів магнітопроводу). Заготівля відгинається легкими ударами молотка, у ній прорізається вікно. Стрижневі магнітопроводи потужністю 100 Вт і вище найпростіше стягувати накладками (або куточками) та шпильками, як показано на рис.5,е. Але часто, особливо при великих розмірах магнітопроводів, їх кріплять шпильками (або болтами) через отвори. Така стяжка простіше за технологією та надійна. Хоча це кріплення і не створює замкнутих витків, але при встановленні на шасі (або великих трансформаторів на рамі) можуть з'явитися замкнуті витки для частини перерізу сталі від зовнішньої сторони магнітопроводу до отвору за рахунок шпильок, кріпильних скоб та шасі (або рами), що показано на рис. 6. При кручених магнітопроводах між магніптопроводом і стяжними скобами слід прокладати тонкий прессшпан або гетинакс, не допускаючи утворення замкнутих витків. (Стрілка показує шлях короткозамкнутого витка)
мені потрібна сталь Е43А завтовшки 0,35 10 м.кв
Доброго дня ми сталь не продаємо, ми її купуємо
Привіт а якої товщини листів найкраще для трансів на пермале 50 відсотків? 0,05 або 0.1 мм
Найкраще на аморфному залозі. Форма сердечника будь-яка циліндричні котушки.
Дуже хорошу ідею підглянув у вас для вихідного трансформатора, дякую! Мотаю два каркаси, вставляю великою бухтою сталеву стрічку і затягую стрічку, починаючи зсередини.
Односторонній розріз тороїдального трансформаторного заліза із вставленою прокладкою з ізоляційного матеріалу в проміжок розрізу. З якою метою це роблять?
Наочний зразок дивіться за цим посиланням.
https://tolstushechka.ru/album_file.php?user=vasyiliy&album_id=13028&media_id=122747