Почему сердечник из электротехнической стали

Магнитопроводы трансформаторов

Почему сердечник из электротехнической стали

By Admin Cat Магнитопровод6 комментариев
Warning: strpos(): Empty needle in /home/users/v/oshkin-mail/domains/transformator220.ru/wp-content/plugins/contextual-related-posts/includes/main-query.php on line 246

Магнитопровод силового трансформатора состоит из стальных пластин. Использование пластин вместо монолитного сердечника уменьшает вихревые токи, что повышает КПД и снижает нагрев.

магнитопроводы трансформаторов

Магнитопроводы вида 1, 2 или 3 получают методом штамповки.
Магнитопроводы вида 4, 5 или 6 получают путём навивки стальной ленты на шаблон, причём магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.

Виды магнитопроводов трансформаторов бывают:

1, 4 – броневые,2, 5 – стержневые,

6, 7 – кольцевые.

Правда, кольцевых штампованных магнитопроводов я никогда не видел.
Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно перемножить размеры «А» и «В». Для расчётов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Стыковая конструкция

В такой конструкции сборка ярм и стержней осуществляется раздельно. Вначале на стержень монтируют обмотку, после этого крепят верхнее ярмо. Для изоляции пластин между стыкующимися элементами укладывают электрокартон.

После монтажа ярма, конструкция прессуется и стягивается с помощью вертикальных шпилек. Такой тип сборки применяется для шунтирующих и токоограничивающих реакторов. Зависит это, в основном, от габаритов установки.

При небольших размерах конечного изделия, такая сборка очень удобна, так как нужно лишь снять верхнее ярмо для монтажа обмоток.

Когда речь идет о применении такой конструкции в силовых трансформаторах, возникает потребность в громоздких устройствах для стяжки изделия. Поверхности стержней и ярм, подлежащих стыковке, должны быть механически обработаны. Это снижает магнитное сопротивление, но требует больших материальных затрат и времени. Поэтому для силовых трансформаторов применяется другой вид сборки – шихтовка.

Шихтованная конструкция

В такой конструкции ярма и стержни представляют собой переплет. Их разбивают на слои определенной толщины. Состоит каждый такой пакет из двух-трех листов стали. Каждый слой содержит пластины, часть которых должна заходить в ярмо. Необходимо следить за тем, чтобы пластины предыдущего слоя перекрывали стыки пластин соседнего элемента.

Преимуществом такого вида сборки являются:

  • небольшой вес конструкции;
  • малые зазоры в зонах стыков;
  • малый ток холостого хода;
  • повышенная механическая прочность.

Из недостатков можно выделить фактор более сложной сборки трансформатора.

Сначала необходимо произвести расшихтовку верхнего ярма на отдельные слои. Затем обмотки насаживают на стержни и повторяют шихтование. Это делает монтаж более трудоемким. Проводить его должен квалифицированный специалист, так как некачественная сборка может ухудшить технические параметры трансформатора.

Влияние некачественной сборки на характеристики изделия

Наиболее распространенным дефектом собранной конструкции может быть плохая стыковка ярма с пластинами стержня. Вследствие этого, появившиеся зазоры приведут к возрастанию тока холостого хода (Iхх) трансформатора. Также ухудшится магнитный поток.

Если при сборке изделия количество пластин, входящих в ярмо, будет менее требуемого, то это вызовет уменьшение поперечного сечения, что спровоцирует рост магнитной индукции и увеличение потерь на холостом ходу. Любые механические повреждения пластин магнитопровода, во время шихтовки, также вызовут ухудшение технических параметров трансформатора.

Конструкция магнитопроводов силовых трансформаторов

У броневых магнитопроводов сечения стержней прямоугольные, а стержневые и бронестержневые магнитопроводы имеют в сечении вид многоугольника, вписанного в окружность (рисунок 8, а, б). В этом случае обмотки имеют вид круговых цилиндров и вследствие ступенчатого сечения магнитопровода коэффициент заполнения сталью полости обмотки получается большим.

Такая конструкция с точки зрения расхода материалов, уменьшения габаритов и стоимости изготовления трансформатора, а также механической прочности обмоток является наиболее рациональной. Число ступеней магнитопровода увеличивается с увеличением мощности.

В мощных трансформаторах в сечении магнитопровода предусматриваются каналы для его охлаждения циркулирующим трансформаторным маслом (рисунок 8, б).

рис 8, Формы сечения стержней трансформаторов, рис. 9 Формы сечения ярем трансформаторов

Для упрощения технологии изготовления ярем их сечение берется прямоугольным или с небольшим числом ступеней (рисунок 9). Форма сечения ярма и его сочленение со стержнем выбираются с учетом обеспечения равномерного распределения магнитного потока в сечении магнитопровода.

Площади сечения ярем выбираются так, чтобы индукция в них была на 10 – 15% меньше, чем в стержнях. Стяжка стержней трансформаторов средней (до 800 – 1000 кВ×А) и большой мощности показана на рисунках 10 и 11. Ярма трансформаторов стягиваются с помощью деревянных или стальных балок.

Для весьма мощных трансформаторов применяются и более сложные конструкции магнитопроводов.

Рис 10. Стяжка стержней трансформаторов средней мощности.  Рисунок 11.

Стяжка стержней трансформаторов большой мощности 1 – деревянная планка; 2 – изоляционный цилиндр; 3 – деревянный стержень 1 – стальная шпилька; 2 – трубка из бакелизированной бумаги; 3 и 5 – шайбы из электротехнического картона; 4 – стальная шайба

Стержни магнитопроводов во избежание распушения спрессовывают (скрепляют).

Делают это обычно наложением на стержень бандажа из стеклоленты или стальной проволоки. Стальной бандаж выполняют с изолирующей пряжкой, что исключает создание замкнутых стальных витков на стержнях. Бандаж накладывают равномерно, с определенным натягом. Для опрессовки ярм 3 и мест их сочленения со стержнями 1 используют ярмовые балки 2, которые в местах, выходящих за крайние стержни (рис.

18), стягивают шпильками.
Во избежание возникновения разности потенциалов между металлическими частями во время работы трансформатора, что может вызвать пробой изоляционных промежутков, разделяющих эти части, магнитопровод и детали его крепления обязательно заземляют.

Заземление осуществляют медными лентами, вставляемыми между стальными пластинами магнитопровода одними концами и прикрепляемыми к ярмовым балкам другими концами.

Магнитопроводы трансформаторов малой мощности (обычно мощностью не более 1 кВ·А) чаще всего изготовляют из узкой ленты электротехнической холоднокатаной стали путем навивки. Такие магнитопроводы делают разрезными (рис. 1.9), а после насадки обмоток собирают встык и стягивают специальными хомутами.

Рисунок 12. Магнитопровод трансформатора небольшой мощностиРисунок 13. Раскрой листов (а) и укладка магнитопровода (б) трансформатора небольшой мощности

В однофазных трансформаторах весьма малой мощности (до 150 – 200 В×А) применяется броневая конструкция магнитопроводов.

При этом стремятся к наибольшему упрощению их изготовления и сборки, а также к уменьшению отходов листовой стали. Обычно штамповка листов магнитопровода производится по одному из вариантов, изображенных на рисунках 12 и 13.

В первом случае лист вырубается одним ударом штампа и имеет прорезь n; при сборке средний лепесток временно отгибается и вводится внутрь катушки обмотки, лепесток последующего листа вводится внутрь катушки с противоположного, торцевого, ее конца и так далее.

Во втором случае одновременно вырубаются Ш-образные листы Ш1 и Ш2 и ярмовые листы Я1 и Я2 (рисунок 13, а), из которых составляются два слоя листов магнитопровода (рисунок 13, б). При этом листы вводятся внутрь катушки также поочередно с одного и второго ее конца.

Магнитопроводы силовых трансформаторов собираются из листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм марок 1511, 1512, 1513 или 3411, 3412, 3413. Применение холоднокатаной стали в последние годы все больше расширяется.

Межлистовая изоляция осуществляется путем односторонней оклейки листов стали изоляционной бумагой толщиной 0,03 мм или двустороннего покрытия изоляционным масляным лаком.

Индукции в стержнях трансформаторов мощностью 5 кВ×А и выше находится в пределах 1,2 – 1,45 Т для горячекатаных сталей и 1,5 – 1,7 Т для холоднокатаных сталей у масляных трансформаторов и соответственно 1,0 – 1,2 Т и 1,1 – 1,5 Т у сухих трансформаторов.

Трансформатор. Ликбез по магнитопроводу

Сегодня поговорим о такой теме как сердечник трансформатора.

Источник: https://transformator220.ru/magnitoprovod/silovyh-transformatorov.html

Магнитопровод

Почему сердечник из электротехнической стали

Магнитопровод это устройство, предназначенное для прохождения магнитных потоков, возникающих от протекающего тока в обмотках различных электроприборов. МП являются неотъемлемыми частями катушек индуктивности, трансформаторов, реле и пр.

Усилитель магнитного поля

Электромагнитное поле неразрывно взаимосвязано с током. Его свойства используются во всех электрических машинах, устройствах электроники и автоматики. Предназначение магнитопроводов состоит в том, чтобы передавать и усиливать магнитное поле.

Усилитель магнитного поля – это сердечник, охваченный витками катушек (обмоток). В зависимости от вида применяемого материала, добиваются определённых характеристик МП.

Усилители по принципу действия бывают двух типов:

  • амплистаты – УМП статической конструкции;
  • трансдукторы – устройство с подвижными элементами.

Зачем нужен магнитопровод

Чтобы понять, что такое магнитопровод, надо рассмотреть устройство простого трансформатора. Две индукционные катушки намотаны на сердечники, объединённые в единую конструкцию. Именно они являются магнитопроводами (МП).

Что является источником магнитного поля

Первичная катушка под напряжением наводит магнитное поле на сердечник, который наводит магнитный поток на вторичную обмотку. В результате МП индуцирует ток во второй катушке, но уже с другими характеристиками.

Важно! Сердечники изготавливают из особой трансформаторной стали – ферритов. Это сплав железа с оксидами других металлов.

Характеристики и принцип действия

Принцип действия МП заключается в том, чтобы увеличивать магнитное поле, направленное на вторичную обмотку электроустройства. Характеризующие величины МП напрямую зависят от состава сплава, применяемого для изготовления сердечников. Самыми эффективными усилителями считаются ферромагнетики.

Чтобы в сердечнике постоянно возрастала сила магнитного потока, нужно повышать силу тока и количество витков в катушке.

Следует понимать! Величина магнитного поля ограничивается характеристиками материала, из которого изготовлен сердечник.

Чтобы чётко выразить характеристики магнитопровода, их отображают графически на осях координат. Изменение величин выглядит в виде замкнутой кривой линии, называемой петлёй гистерезиса.

Петля гистерезиса

Гистерезис по-гречески означает запаздывание. Графическое изображение петли гистерезиса отражает степень намагничивания тела, находящегося во внешнем магнитном поле. Гистерезис – это зависимость векторов намагничивания и напряжённости магнитного поля в какой-либо среде от приложенного внешнего МП.

Состояние тела на данный момент времени сравнивается с его предыдущим состоянием. При этом наблюдается отставание реакции тела на воздействие внешнего МП. Физическое действие отлично проявляется в ферромагнетиках: это железо, кобальт, никель и сплавы из них.

Петля гистерезиса даёт объяснение существования постоянных магнитов.

Обратите внимание! Магнитным гистерезисом ферромагнетика называют отставание изменения степени намагничивания тела от изменения внешнего магнитного поля. То есть петля показывает зависимость степени намагничивания от предыстории образца.

Магнитная проницаемость ферромагнетика – непостоянная величина, она тесно связана с индукцией внешнего поля. Кривая намагничивания сердечника представляет собой изогнутую петлю, при определённой степени насыщения поля ферромагнетика. В дальнейшем эта величина не растёт. Если внешнюю индукцию уменьшить до нуля, то ферромагнетик сохранит остаточное намагничивание. При смене направления внешнего поля ферромагнетик перемагничивается в обратную сторону.

Потери от гистерезиса

При регулярном перемагничивании сердечника в нём происходят необратимые процессы, которые сопровождаются потерей энергии от внешнего источника. Явление обусловлено гистерезисом, вихревыми токами и магнитной вязкостью материала.

Площадь петли определяет энергию, утраченную в объёме ферромагнетика в течение одного цикла перемагничивания. Чтобы уменьшить потери от гистерезиса, используют сердечники из мягких сплавов.

Конструктивные особенности

Магнитопроводы изготавливают в стыковом и шихтованном исполнениях. Конструкции различаются способом соединения сердечников с ярмами (частью стержней без обмоток).

Стыковое исполнение

Собирают части МП раздельно. На вертикальные сердечники устанавливают обмотки. Потом их скрепляют горизонтальным верхним ярмом с помощью шпилек. После этого монтируют нижнее ярмо. Удобна эта конструкция тем, что, удалив шпильки, сняв горизонтальную секцию, можно всегда сменить обмотки. Стыковая конструкция используется в шунтирующих токоограничивающих устройствах реакторов.

Шихтованные конструкции

Стержни и ярма выполнены в виде слоеных плит. Каждый пакет состоит из двух или трёх слоев стальных пластин. Соединения деталей осуществляются вхождением элементов в промежутки между слоями магнитопровода. Такой способ монтажа деталей МП называют шихтованием. Сложность формирования всей конструкции трансформатора обуславливает риск некачественной сборки прибора.

Виды магнитопроводов

Магнитопроводы изготавливают стержневой, броневой и кольцевой конструкций.

Стержневой тип

Вертикальные сердечники ступенчатого сечения образуют с горизонтальными ярмами окружность. Обмотки расположены только на вертикальных элементах. Вся система магнитопровода устроена в виде замкнутой цепи.

Пластинчатые наборные магнитопроводы

Броневой тип

Сердечники в сечении имеют прямоугольную форму. Они занимают горизонтальное положение. Обмотки тоже выполнены в прямоугольном виде. Для того чтобы исполнить такую конфигурацию оборудования, требуется довольно сложная производственная технология. Поэтому такой тип МП используется только в специальных видах трансформаторов.

Кольцевой – тороидальный тип

Кольцевые ленточные магнитопроводы применяют в сборке силовых однофазных трансформаторов. МП изготавливают из холоднокатаной электротехнической стали толщиной 0.08, 0,3 и 0,35 мм. Тороидальные сердечники изготавливают из феррита или карбонильного железа. Их широко применяют в радиоэлектронике.

Кольцевые тороидальные МП

Применение трансформаторов

При передаче электроэнергии на большие расстояния могут возникать довольно большие потери из-за нагрева проводов. Во избежание столь негативного явления многократно применяют трансформаторы. Изначально на электростанции повышают напряжение соответственно со значительным уменьшением силы тока. После прохода энергии через линии электропередач перед доставкой тока потребителю с помощью трансформаторов снижают напряжение до приемлемого уровня (220 в).

Поскольку в сетях электролиний проходит трёхфазный ток, то для его преобразования применяются группы из 3 однофазных трансформаторов, соединённых в звёздную или треугольную схему. Также используются трёхфазные трансформаторы с единым магнитопроводом. Оборудование обладает высоким КПД. В связи с этим происходит выделение большого количества тепла. Поэтому мощные трансформаторы помещают в ёмкости, заполненные специальным маслом.

Мощный силовой трансформатор

Различные электроприборы нуждаются в питании током определённой величины напряжения. Для этого в их корпуса встраивают трансформаторы с нужными характеристиками. Для питания современных радиотехнических и электронных приборов используют высокочастотные импульсные трансформаторы.

Трансформаторы являются основой контрольно-измерительных устройств. Смысл использования таких приборов заключается в безопасной передаче формы импульсов напряжения исследуемой электроцепи. Например, измерительные трансформаторы применяют в системах дизельных генераторов с токами средней мощности (до 1 мегаватта).

Согласующие трансформаторы применяют при подключении устройств с низкоомным сопротивлением к каскадам электроники с высокими входными или выходными показателями сопротивления. Примером может служить соединение усилителя звуковой частоты с динамиками, которые имеют очень низкое сопротивление.

Дополнительная информация. Величина энергетических потерь в трансформаторе напрямую зависит от качества электротехнической стали сердечника. Минимальные потери на нагрев, гистерезис и вихревые токи происходят там, где сердечники собраны из большого количества секций.

Марки ферритов

Ферриты по своему составу подразделяются на две группы: марганцово-цинковые и никель-цинковые. Марганцово-цинковые ферриты обозначают буквами НМ, соответственно, никель-цинковые вещества маркируют литерами – НН.

Число перед буквенным обозначением феррита означает величину начальной магнитной проницаемости в единицах µнач. Этот показатель даётся с корректировкой номинального значения.

Например, феррит марки 4000НМ имеет магнитную проницаемость с отклонением в пределах от – 800 до + 500 µнач.

Магнитопроводы имеют исключительное значение в формировании таких приборов, как трансформаторы и другие электротехнические устройства. От их качественного состава во многом зависят исходные технические характеристики приборов.

Источник: https://amperof.ru/teoriya/magnitoprovod.html

Ответы на вопросы о трансформаторах

Почему сердечник из электротехнической стали

За время работы нашей компании, а это, на минуточку, более 15 лет, нами был накоплен ценный опыт, который помогает в решении повседневных сложных задач наших заказчиков, и которым мы бы хотели поделиться с пользователями нашего сайта.

Благодаря рубрике «Вопрос-ответ» мы производим обратную связь с нашими клиентами, и некоторые вопросы нам показались интересными.

Одни вопросы задают очень часто, другие – не очень, однако, в любом случае, мы приняли решение осветить в данной статье те моменты, которые, безусловно, являются очень важными в процессе повседневной эксплуатации трансформаторов.

Итак, начнем с вопросов, которые являются ключевыми. На эти вопросы мы отвечали не раз, однако, они по-прежнему волнуют многих наших посетителей:

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как работает дуговая сварка

— На каком принципе основывается работа трансформатора?

Ответ: В основе принципа действия любого трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Т.е. явлении, связанном с возникновением электрического тока в замкнутом контуре трансформатора.

— Что такое анцапфа?

Ответ: Анцапфа – это, так называемый, переключатель ПБВ (сокр., переключение без возбуждения). В силовом трансформаторе такой переключатель устанавливается со стороны высшего напряжения (ВН) и предназначается, в первую очередь, для изменения коэффициента трансформации.

При изменениях высшего напряжения в пределах +- 10% от номинального значения, анцапфа позволяет поддерживать напряжение на вторичной обмотке постоянным.

Переключение положения ПБВ (анцапфы) необходимо производить только при отключенном трансформаторе (снимая напряжение на стороне ВН).

— Почему сердечник трансформатора изготавливают из нескольких изолированных пластин, а не из цельного куска стали?

Ответ: Сердечник трансформатора изготавливается с использованием изолированных пластин для уменьшения или практически полного исключения потерь, вызываемых протеканием вихревых токов.

Таким образом, благодаря сердечнику из изолированных пластин, общая сумма потерь, будет в разы ниже, чем потери при использовании цельного сердечника.

Стоит отметить, что сердечник может быть изготовлен цельным, однако, обязательным условием является высокое удельное сопротивление материала (это могут быть, например, ферритовые сплавы).

— Зачем пластины сердечника трансформатора стягиваются шпильками?

Ответ: Сделано это для того, чтобы обеспечить максимально плотное прилегание изолированных пластин друг к другу, а также, чтобы сделать пакет пластин сердечника прочным и достаточно устойчивым к механическим повреждениям.

— Что такое холостой ход трансформатора? Как трансформатор работает в этом режиме?

Ответ: Режим холостого хода трансформатора — это такой режим работы трансформатора, при котором одна из его обмоток запитана от источника переменного тока (напряжения) (линия электропередач), а цепи остальных обмоток разомкнуты. В реальности, такой режим работы встречается у трансформатора, в случае, когда он подключен к сети, а нагрузка, запитываемая от его вторичной обмотки, ещё не подключена.

За время ведения рубрики «Вопрос-ответ» нам не раз приходилось вникать в тонкости частных проблем, возникающих у пользователей. Часто, вопросы задают студенты, или просто люди сомневающиеся, как, например, в следующих вопросах:

— Что происходит на вторичных обмотках трансформатора в случае понижения напряжения на первичной обмотке трансформатора?

Ответ: Напряжение на вторичных обмотках трансформатора снижается строго пропорционально коэффициенту трансформации.

— Мы имеем в собственности шесть смежных земельных участков без электричества, однако, рядом проходит ЛЭП на 380В. Для целей электропитания будущих строений, мы собираемся приобрести понижающий трансформатор. Пожалуйста, подскажите какой выбрать?

Ответ: Для начала, необходимо определить планируемую суммарную мощность потребления. Здесь, следует учесть возможность увеличения количества потребителей (и соответственно увеличения потребления). Затем присылайте заявку нам, а мы, по Вашим данным, подберем подходящий вариант понижающего трансформатора.

Нам также задают вопросы, которые косвенно касаются выбора трансформатора. Можно назвать их «вопросы от любознательных». И хотя информацию по таким вопросам, часто, можно найти в открытом доступе, мы охотно идем навстречу:

— От чего зависит межповерочный интервал трансформаторов тока?

Ответ: Сроки межповерочных интервалов трансформаторов устанавливаются, непосредственно, заводом-изготовителем, исходя из характеристик данной конкретной модели трансформатора. Как правило, межповерочный интервал трансформатора составляет 4 года.

— Что означают обозначения обмоток защиты 5Р и 10Р на трансформаторе?

Ответ: Обозначения 5Р и 10Р применяются для отображения погрешности релейной защиты в 5% и 10% соответственно.

— Трансформатор тока и трансформатор оперативного тока – в чем разница?

Ответ: Главное отличие состоит в назначении этих трансформаторов. Трансформаторы тока предназначаются для преобразования тока до таких значений, которые были бы удобны для измерения, а, следовательно, используются для подключения различного измерительного оборудования. Трансформатор оперативного тока предназначается для питания различных цепей управления оборудованием (реле, приводы, и т.п.), автоматики, а также сигнализации и защиты.

— Чем отличаются трансформаторы с изолированной нейтралью и глухо заземленной нейтралью?

Ответ: В цепях трансформаторов с глухозаземленной нейтралью, вторичную обмотку соединяют по схеме «звезда с нулевым выводом», и поэтому такой трансформатор имеет 4 вывода. Один из выводов – нулевой. При этом, он соединен с контуром заземления.

В цепях трансформаторов с изолированной нейтралью, используют схему соединения вторичной обмотки — «звезда», выводов при этом получается 3.

Трансформаторы с глухозаземленной нейтралью, при обрыве одной из фаз – безопаснее, а с изолированной – не прекращают подачу электроэнергии.

Источник: https://www.tdtransformator.ru/podderzhka/stati/preobrazovateli-davleniya-i-sily/

Изготовление пластин магнитопроводов трансформаторов из электротехнической стали

Подробности Категория: Практика

В зависимости от конструкции магнитопровода пластины электротехнической стали изготовляют с отверстиями, если стержни и ярма прессуются горизонтальными шпильками, или без отверстий, если прессовка выполняется стальными бандажами (полубандажами) или бандажами из стеклоленты.

В любом случае для качественной сборки магнитопровода его пластины нужно изготовлять с выполнением определенных технических требований.

Во-первых, пластины не должны иметь волнистости и коробоватости, большей, чем это допустимо по ГОСТ 21427.1—75. Коробоватость стали искажает размеры пластин при изготовлении и не позволяет собрать магнитопровод правильной формы и сечения. Волнистость листов делает стержни и ярма криволинейными, волнистыми и ухудшает условия прессовки.

Во-вторых, кромки пластин должны обладать определенной чистотой. Дело в том, что при изготовлении пластин, особенно при затупившейся режущей части или плохо отлаженных штампах, на кромках образуются заусенцы, размеры которых часто превышают допустимые.

Заусенцы, перекрывая листы или нарушая изоляцию соседней пластины, образуют контуры для протекания вихревых токов, которые могут вызвать значительные местные нагревы при работе трансформатора («пожар» в стали), а также дополнительно увеличивают потери в магнитопроводе.

Для снятия или уменьшения заусенцев (допустимый размер — 0,005 мм для стали 0,35 мм и 0,007 мм — для стали 0,5 мм) пластины приходится пропускать через специальные закатные валки или обрабатывать на шлифовальных станках.

В-третьих, пластины должны иметь форму и размеры с минимальными отклонениями по длине и ширине. Допускаемое отклонение по длине составляет для пластин до 400 мм — 0,4 мм, для пластин 400—800 мм — 0,5 мм. По ширине такие отклонения не должны превосходить +0,5 мм для ширины пластин до 400 мм и +0,6 мм — для пластин большей ширины. Жесткие допуски на размеры должны исключить образование зазоров или перекрытий (налезаний) пластин друг на друга при сборке магнитопровода.

Наконец, пластины стали должны иметь надежную межлистовую изоляцию. Рулонная сталь выпускается промышленностью уже с жаростойким изоляционным покрытием, и изготовленные из этой стали пластины трансформаторов I—III габаритов, как правило, не требуют дополнительной изоляции.

При отсутствии такого покрытия (листовая сталь) или при использовании стали для трансформаторов большей мощности пластины магнитопроводов должны быть дополнительно изолированы лаком, жидким стеклом, керамическим покрытием или другим способом.

Особые требования предъявляются к обращению с пластинами: при изготовлении, разгрузке, раскладе пластины недопустимо бросать, перегибать или ломать; их нельзя укладывать в стопы высотой более 200 мм; недопустима установка каких-либо грузов на пластины, в том числе и контейнеров со сталью.

Изготовление пластин из рулонной стали

Технология изготовления пластин из рулонной стали разделяется на два основных процесса: 1) продольная резка рулонов, поставляемых с металлургических заводов, на отдельные рулоны шириной, равной ширине пластин;

2) поперечная резка каждого раскроенного рулона на пластины указанной в чертежах длины и штамповка отверстий (если они предусмотрены конструкцией магнитопровода).

Рулоны стали, получаемые с заводов, нередко имеют поврежденные кромки шириной 3—10 мм, которые должны быть обязательно обрезаны. При продольном разрезе подбирают (с учетом обрезанных кромок) такое сочетание ширины пластин, при котором отходы были бы минимальными, а коэффициент использования рулонной стали — наибольшим. При оптимальном раскрое рулона коэффициент использования достигает 0,93.

Резка стали на рулоны требуемой ширины производится многодисковыми ножницами на поточных линиях продольного раскроя, которыми в настоящее время оснащено большинство отечественных трансформаторных заводов.

Качество реза и ширина разрезаемых полос зависят от качества и заточки режущих дисков, их настройки и точной установки. Боковой зазор между ножами — дисками — настраивают с помощью калиброванных распорных (дистанционных) втулок и тонких пластмассовых прокладок.

Скорости резания на линиях продольной резки достигают 60—80 м/мин и более.

Резка пластин заданной длины из ленты рулона шириной, равной ширине пластины, производится на автоматических линиях поперечного раскроя. Штамповка отверстий и высечка пазов (при необходимости) могут осуществляться одновременно с разрезкой ленты.

Для поперечного раскроя стальную ленту из рулона, закрепленного на разматывателе, специальным устройством подают под отрезные и вырубные штампы, где отрезают пластину и, если это необходимо, пробивают в ней отверстия.

Подачу производят на длину, равную заданной длине пластины.

Поперечная резка пластин на автоматических линиях производится автономными гильотинными ножницами. Резка косоугольных пластин осуществляется с помощью поворотных гильотинных ножниц. Универсальные беспрессовые линии (т. е.

линии только для резки) обычно совмещают поперечную резку пластин прямоугольной формы и пластин с косыми торцами. После отрезки пластины укладывают в ровную стопу специальными стопоукладчиками и размещают для хранения в многоярусном накопителе.

Аккуратные укладка, хранение и перевозка имеют большое значение для надлежащего качества пластин трансформаторной стали.

Изготовление пластин из листовой стали

Известно, что холоднокатаная электротехническая сталь обладает резко выраженной анизотропией, т. е. она неодинаково намагничивается относительно направления прокатки: наилучшее намагничивание происходит по направлению прокатки, наихудшее — под углом в 55° к прокатке.

При раскрое рулонной стали длина пластин всегда совпадает с направлением прокатки — это получается уже при резке рулона на отдельные части, ширина которых соответствует ширинам пластин.

Другое дело — листовая сталь: раскрой листов должен выполняться с минимальными отходами, и с учетом не только размеров пластин, но обязательно — направления прокатки. Для этого на каждый тип магнитопровода, собираемого из пластин листовой стали, составляют схему, последовательность и порядок раскроя заготовок. Однако даже при самом тщательном раскрое использовать полностью листовую сталь не удается: коэффициент ее использования редко превышает 0,85.

Листовая электротехническая сталь раскраивается, как правило, на гильотинных ножницах, имеющих по два ножа: нижний — неподвижный и верхний — подвижный. Лист стали вручную подкладывают (до упора) под кромки ножниц и специальным устройством прижимают к столу, предохраняя таким образом лист от горизонтального перемещения и искривленного разреза. Ножницы включаются в работу ножной педалью.

Для получения прямого угла у листа отрезают вначале кромки шириной 5—10 мм, а затем разрезают его на пластины заданной ширины. Основным недостатком гильотинных ножниц является их низкая производительность.

Обрезку пластин по длине и штамповку отверстий выполняют на кривошипных или эксцентриковых прессах. Размеры отштампованных пластин проверяют на контрольном столе: прямой угол — угольником, а ширину и длину — линейкой.

Для получения пластин с малыми (в пределах допуска) заусенцами необходимо постоянно поддерживать в хорошем состояния режущий инструмент (ножницы матрицы, пуансоны), периодически его затачивать и точно соблюдать технологические процессы.

Отжиг пластин

В процессе продольного и поперечного раскроя, штамповки электротехническая сталь подвергается ударам и перегибам, в результате чего в ней возникают механические повреждения (наклеп), повышается твердость, значительно увеличиваются потери в стали и ток холостого хода.

Для снятия напряжения и восстановления начальных электромагнитных характеристик пластины магнитопровода подвергают отжигу. Установлено, что отжиг пластин из стали марки 3413 (Э-330) по ГОСТ 21427.0—75 снижает потери до 8%, а ток холостого хода на 25—30% по сравнению с трансформаторами, изготовленными из неотожженной стали.

Отжиг пластин производят в специальных печах путем постепенного повышения температуры печи до 800—820° С, выдерживания стали при этой температуре, а затем ее медленного охлаждения. Для этой цели используют печи разных конструкций, но наиболее производительной является отжиговая рольганговая печь непрерывного действия.

Она состоит из следующих основных элементов: загрузочного стола для приемки и транспортировки пластин к камерам нагрева, собственно камеры нагрева с электрическими нагревателями и камеры охлаждения с водоохлаждаемыми и вентиляторными установками.

Где это возможно, отжиговые печи ставят в одну линию с лакировальными машинами для изолировки пластин, если в этом есть необходимость.

Источник: https://leg.co.ua/transformatory/praktika/izgotovlenie-plastin-magnitoprovodov-transformatorov-iz-elektrotehnicheskoy-stali.html

Импульсный трансформатор: принцип работы, расчет

Различные типы трансформаторного оборудования применяются в электронных и электротехнических схемах, которые востребованы во многих сферах хозяйственной деятельности. Например, импульсные трансформаторы (далее по тексту ИТ) — важный элемент, устанавливаемый практически во всех современных блоках питания.

Различные модели импульсных трансформаторов

Конструкция (виды) импульсных трансформаторов

В зависимости от формы сердечника и размещения на нем катушек, ИТ выпускаются в следующих конструктивных исполнениях:

  • стержневом;Конструкция стержневого импульсного трансформатора
  • броневом;Конструкция импульсного трансформатора в броневом исполнении
  • тороидальном (не имеет катушек, провод наматывается на изолированный сердечник);Конструкция тороидального импульсного трансформатора
  • бронестержневом;Конструктивные особенности бронестержневого импульсного трансформатора

На рисунках обозначены:

  • A — магнитопроводный контур, выполненный из марок трансформаторной стали, изготовленной по технологии холодного или горячего металлопроката (за исключением сердечника тороидальной формы, он изготавливается из феррита);
  • В — катушка из изолирующего материала
  • С — провода, создающие индуктивную связь.

Заметим, что электротехническая сталь содержит мало добавок кремния, поскольку он становится причиной потери мощности от воздействия вихревых токов на контур магнитопровода. В ИТ тороидального исполнения сердечник может производится из рулонной или ферримагнитной стали.

Пластины для набора электромагнитного сердечника подбираются толщиной в зависимости от частоты. С увеличением этого параметра необходимо устанавливать пластины меньшей толщины.

Принцип работы

Основная особенность трансформаторов импульсного типа (далее ИТ) заключается в том, что на них подаются однополярные импульсы с постоянной токовой составляющей, в связи с чем магнитопровод находится в состоянии постоянного подмагничивания. Ниже показана принципиальная схема подключения такого устройства.

Схема: подключение импульсного трансформатора

Как видите, схема подключения практически идентична с обычными трансформаторами, чего не скажешь о временной диаграмме.

Временная диаграмма иллюстрирующая работу импульсного трансформатора

На первичную обмотку поступают импульсные сигналы, имеющие прямоугольную форму е(t), временной интервал между которыми довольно короткий. Это вызывает возрастание индуктивности во время интервала tu, после чего наблюдается ее спад в интервале (Т-tu).

Перепады индукции происходят со скоростью, которую можно выразить через постоянную времени по формуле: τp=L0/Rн

Коэффициент, описывающий разность индуктивного перепада, определяется следующим образом: ∆В=Вmax — Вr

  • Вmax – уровень максимального значения индукции;
  • Вr –остаточный.

Более наглядно разность индукций представлена на рисунке, отображающем смещение рабочей точки в магнитопроводном контуре ИТ.

График смещения

Как видно на временной диаграмме, вторичная катушка имеет уровень напряжения U2, в котором присутствуют обратные выбросы. Так проявляет себя накопленная в магнитопроводе энергия, которая зависит от намагничивания (параметр iu).

Импульсы тока проходящего через первичную катушку, отличаются трапецеидальной формой, поскольку токи нагрузки и линейные (вызванные намагничиванием сердечника) совмещаются.

Уровень напряжения в диапазоне от 0 до tu остается неизменным, его значение еt=Um. Что касается напряжения на вторичной катушке, то его можно вычислить, воспользовавшись формулой:

при этом:

  • Ψ — параметр потокосцепления;
  • S – величина, отображающая сечение магнитопроводного сердечника.

Учитывая, что производная, характеризующая изменения тока, проходящего через первичную катушку, является постоянной величиной, нарастание уровня индукции в магнитопроводе происходит линейно. Исходя из этого, допустимо вместо производной внести разность показателей, сделанных через определенный интервал времени, что позволяет внести изменения в формулу:

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как правильно доливать электролит в аккумулятор

в этом случае ∆t будет отождествляться с параметром tu , который характеризует длительность, с которой протекает входной импульс напряжения.

Чтобы вычислить площадь импульса, с которым напряжение образуется во вторичной обмотке ИТ, необходимо обе части предыдущей формулы  умножить на tu. В результате мы придем к выражению, которое позволяет получить основной параметр ИТ:

Um x tu=S x W1 x ∆В

Заметим, что от параметра ∆В прямо пропорционально зависит величина площади импульса.

Вторая по значимости величина, характеризующая работу ИТ, — перепад индукции, на него влияют такие параметры, как сечение и  магнитная проницаемость сердечника магнитопровода, а также числа витков на катушке:

Здесь:

  • L0 — перепад индукции;
  • µа — магнитная проницаемость сердечника;
  • W1 — число витков первичной обмотки;
  • S — площадь сечения сердечника;
  • lcр — длинна (периметр) сердечника (магнитопровода)
  • Вr — величина остаточной индукции;
  • Вmax – уровень максимального значения индукции.
  • Hm — Напряженность магнитного поля (максимальная).

Учитывая, что параметр индуктивности ИТ полностью зависит от магнитной проницаемости сердечника, при расчета необходимо исходить из максимального значения µа, которое показывает кривая намагничивания. Соответственно, что у материала, из которого делается сердечник, уровень параметра Вr, отображающий остаточную индукцию, должен быть минимальным.

подробное описание принципа работы импульсного трансформатора

Исходя из этого, в качестве на роль материала сердечника ИТ, идеально подходит лента, изготовленная из трансформаторной стали. Также можно применять пермаллой, у которого такой параметр как коэффициент прямоугольности, минимальный.

Высокочастотным ИТ идеально подходят сердечники из ферритовых сплавов, поскольку этот материал отличается незначительными динамическими потерями. Но из-за его низкой индуктивности приходится делать ИТ больших размеров.

Расчет импульсного трансформатора

Рассмотрим, как необходимо производить расчет ИТ . Заметим, КПД устройства напрямую связано с точностью вычислений.  В качестве примера возьмем схему обычного преобразователя, в которой используется ИТ тороидального вида.

Схема преобразователя

В первую очередь нам потребуется вычислить уровень мощности ИТ, для этого воспользуемся формулой:  Р=1,3 х Рн.

Значение Рн отображает, сколько мощности будет потреблять нагрузка. После этого рассчитываем габаритную мощность (Ргб), она должна быть не меньше мощности нагрузки:

Необходимые для вычисления параметры:

  • Sc – отображает площадь сечения тороидального сердечника;
  • S0 – площадь его окна (как наитии это  и предыдущее значение показано на рисунке);

Основные параметры тороидального сердечника

  • Вмакс – максимальный пик индукции, она зависит от того, какая используется марка ферромагитного материала (справочная величина берется из источников, описывающих характеристики марок ферритов);
  • f – параметр, характеризующий частоту, с которой преобразуется напряжение.

Следующий этап сводится к определению количества витков в первичной обмотке Тр2:

(полученный результат округляется в большую сторону)

Величина UI определяется выражением:

UI=U/2-Uэ ( U – питающее преобразователь напряжение; Uэ— уровень напряжения, поступающего на эмиттеры транзисторных элементов V1 и V2).

Переходим к вычислению максимального тока, проходящего через первичную обмотку ИТ:

Параметр η равен 0,8, это КПД, с которым должен работать наш преобразователь.

Диаметр используемого в обмотке провода вычисляется по формуле:

Осталось рассчитать выходную обмотку ИТ, а именно, количество витков провода и его диаметр:

Если у вас возникли проблемы с определением основных параметров ИТ, в интернете можно найти тематические сайты, позволяющие в онлайн режиме рассчитать любые импульсные трансформаторы.

Источник: https://www.asutpp.ru/impulsnyj-transformator.html

115. Почему магнитопроводы из ферритов не применяются на низких частотах (50-1000 Гц)?

Т.к. у ферритов наибольшая индукция внесколько раз меньше чем у электростатическихсталей, а на низких частотах потеристали наиболее приемлемы.

116. Приведите примеры обозначения марок магнитомягких ферритов, расшифруйте элементы обозначения?

М7ВН (М — магнитомягкий феррит, 7 — начальнаямагнитная проницаемость, В — высокочастотный,Н — никель-цинковый).

117. Почему в отличие от сталей и сплавов магнитопроводы из ферритов изготавливают монолитными без деления на пластины или слои ленты?

Т.к. ферриты – не металлы, то проблемавихревых токов отпадает.

118. Приведите параметры конструкций магнитопроводов, изобразите их

Некоторые типы изделий из ферритов: а,б – круглый и прямоугольный стержни; в– кольцо; г – Ш-образный магнитопровод(половина); д – П-образный магнитопровод(половина), е – броневой магнитопровод(половина). Изделия каждого типавыпус­каются разных размеров. Например,кольца выпускаются диаметрами от 1 до45 мм, броневые магнитопроводы –диаметрами от 9 до 48 мм.

Магнитомягкие ферриты применяются вмагнитных антеннах, ка­тушкахиндуктивности, трансформаторах,дросселях, магнитных голов­ках,отклоняющих системах кинескопов.

119.В каком диапазоне частот применяются магнитомягкие ферриты?

Ферриты применяются на повышенных (от20 кГц), высоких (единицы–сотни МГц)и сверхвысоких частотах (до 30 ГГц).

120.Что собой представляютмагнитодиэлектрики?

Магнитодиэлектрики не являютсясамостоятельным магнитным ма­териалом,а представляют собой композицию измелких магнитных час­тиц, отделенныхдруг от друга и в то же время механическисвязан­ных в монолит немагнитным инепроводящим связующим. В результатемагнитные свойства материала определяютсяне столько свойствами магнитных частиц,сколько расстояниями между ними, тоесть концентрацией магнитного порошкав композиции.

121.Перечислите известные вамвиды магнитодиэлектриков, укажитеобласти их применения.

— МД на основе карбонильного железа

— МД на основе сплава альсифер

— МД на основе молибденового пермаллоя

— МД на основе ферритовых порошков

Применение: для подстройки катушкииндуктивности; в виде магнитногокомпаунда; для создания дросселей,трансформаторов, фильтров, источниковпитания.

122.Изобразите в одном масштабепетли гистерезиса магнитодиэлектрикаи материала, из которого изготовленымагнитные частицы этого магнитодиэлектрика,объясните причину различий.

Причинав том что имеются немагнитные промежуткимежду частицами магнитодиэлектрика.

123.Каковы области применениямагнитотвердых материалов?

Магнитотвердые материалы применяютсядля создания постоянных маг­нитныхполей, используемых в некоторыхэлектродвигателях, в гене­раторныхприборах СВЧ (магнетронах, лампах бегущейволны и дру­гих), для регулированияэлектронного луча в кинескопах, вгромко­говорителях, магнитоуправляемыхконтактах и таких прочих.

124.Какой специфический параметрмагнитотвердых материалов имеетразмерность Дж/м3?

(рисунок ниже)!  0,5ВDНD  =Wmax.Эта  величина  –  МАКСИМАЛЬНАЯУДЕЛЬНАЯ МАГНИТНАЯ ЭНЕРГИЯ, важнейшаяхарактеристика магнитотвердогоматериала. Зада­ча конструкторамагнитной системы заключается в том,чтобы выбором ее геометрии реализоватьмаксимальную магнитную энергию материала.Имеет максимум приВ=ВD иН=НD:

Диапазон значений Wmaxсовременныхматериалов достаточно ши­рок: от 1до 80 кДж/м3. Кроме удельноймагнитной энергии, к основ­нымпараметрам магнитотвердых материаловотносятся остаточная ин­дукцияВr икоэрцитивная силаНС.

Источник: https://studfile.net/preview/1966918/page:4/

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.

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.

Основные виды сердечников

Трансформаторы имеют различные сферы применения, технические характеристики, габариты. Они отличаются и по типу магнитопроводов. Конструктивно сердечники разделены на три основных вида:

  • стержневые;
  • броневые;
  • тороидальные.

Стержневой сердечник сконструирован в виде буквы П и состоит из двух стержней, соединённых ярмом. При необходимости защитить обмотки от внешних воздействий используют броневые магнитопроводы. Ярмо находится с внешней части и полностью закрывает, расположенный внутри стержень с обмоткой.

Сердечники классифицируют так же по способу сборки пластин:

  • наборка из штампованных пластин. К преимуществам магнитопроводов из листов относят возможность их изготовление из не очень прочных материалов;
  • навитые металлические ленты. Такие сердечники более полно используют магнитную энергию, но при этом имеют повышенный уровень потерь. Тороидальная намотка лент самая сложная, но энергетически наиболее выгодная.

Имеются различия в соединении стержней с ярмом. Их собирают двумя способами:

  • встык, когда все элементы собираются из пластин отдельно. Соединяются в единый сердечник на последнем этапе сборки трансформатора: после того, как уложены обмотки;
  • впереплёт. Такие магнитопроводы называют шихтованными. Они почти не имеют потерь в местах соединения.

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.

Расчёт мощности преобразователя

Каждый трансформатор имеет технические характеристики, указанные в паспорте. Бывает необходимо провести самостоятельные расчёты обмотки и мощности если данные утеряны. Значение мощности важно для определения возможности использования конкретного преобразователя.

Перед тем как определить мощность трансформатора по сечению сердечника, изучают тип магнитопровода. Если сердечник имеет Ш форму выполняют такие вычисления:

  • измеряют толщину набора пластин;
  • делают замер центральной части;
  • перемножаются полученные результаты.

После этого проводится расчёт по формуле:

где Sплощадь сечения, 1,33 коэффициент. Полученное значение покажет возможность установки данного трансформатора в прибор известной мощности. Если расчёты дали показатель меньше чем у аппаратуры, значит трансформатор использовать нельзя.

Статья была полезной? Оцени и поделись ей в соц. сетях:

Источник: http://ExpertElektrik.ru/osobennosti-stroeniya-serdechnika-transformatora.html

Для чего используется сталь электротехническая? :

Металлургическая промышленность занимается производством деталей, конструкций из металла, одним из видов которого является электротехническая сталь. Она широко применяется для изготовления электрических и электронных конструкций и деталей.

Электротехническая сталь

Этим термином в металлургической промышленности называют сталь кремнистую электротехническую, а также железо чистое. Электротехническими сталями называют материалы, из которых производят различные детали для нужд электрической и электронной промышленности. Определенные свойства данного вида металла обеспечивают нормальную работу и продляют срок эксплуатации приборам, изготовленным из него.

Кремнистая сталь

Этот вид данного металла – основной магнитомягкий материал, который имеет массовое потребление. Кремний в составе стали содержится в различных количествах. Это зависит от того, какой уровень магнитных свойств требуется. Благодаря кремнию удельное сопротивление стали увеличивается, а коэрцитивная сила уменьшается, также снижаются потери на гистерезис.

Если кремния содержится 5 % и более, механические свойства значительно ухудшаются: хрупкость и твердость повышаются. Такая сталь для штамповки непригодна.

Чистое железо

Сплавы, содержание углерода в которых составляет 0,02 % и меньше, называют чистым железом. Оно технически относится к сталям электротехническим и является материалом, который называют магнитно-мягким. Из него производят сердечники, электромагниты, полюсные наконечники, пластины для аккумуляторов.

Технически чистым железом называют низкоуглеродистую сталь, в которой содержание углерода составляет до 0,05 %. Другие примеси в ней если и содержатся, то в минимальном количестве. Такую сталь получают в результате восстановления чистых руд. Ее магнитные свойства зависят от того, в каком количестве содержатся примеси.

Для получения чистого железа с малым содержанием примесей используют два способа:

  • Электролиз, в результате чего получают электролитическое железо.
  • Термическое разложение, посредством которого осуществляется производство карбонильного железа.

Виды стали

Технология производства влияет на конечный продукт. В зависимости от этого электротехническая сталь бывает:

  • Холоднокатаная с содержанием кремния в ней 3,3 %, которая разделяется на изотропную и анизотропную.
  • Горячекатаная – изотропная, содержание кремния составляет 4,5 %.

Легирующей добавкой может быть алюминий, его количество в составе стали — 0,5 %. Данный вид металла иногда разделяют условно, согласно чему сталь бывает:

  • Динамная (изотропная).
  • Трансформаторная (анизотропная).
  • Релейная (изотропная, нелегированная).

Как кремний влияет на магнитные свойства стали?

Кремний в твердом состоянии растворяется в железе при температуре, достигающей 800 оС. Его растворимость в этом случае составляет 15 %. Сплавы, в которых кремния содержится до 2,5 %, имеют область, обладающую способностью расширяться при условии, что содержание углерода увеличивается.

К ним относятся электротехнические стали марок 1212, 2011 и другие. Кремний – единственный элемент, благодаря которому увеличивается магнитная проницаемость стали и ее электрическое сопротивление. Он также способствует понижению коэрцитивной силы, в результате чего уменьшаются потери на перемагничивание. Технология выплавки стали строится так, чтобы готовый продукт содержал меньше примесей при достаточном содержании кремния.

Углерод: его влияние

Магнитным свойствам стали особенно вредит влияние углерода. Его примесь значительно затрудняет образование текстуры. Данные свойства стали находятся в прямой зависимости от количества примесей углерода и от вида его содержания в сплаве. Если углерод из цементита переходит в графит, происходит значительное улучшение магнитных свойств стали.

Листовая сталь

В электронике этот вид металла применяется больше всего. Листы электротехнической стали представляют собой сплав, состоящий из железа и кремния, причем его содержание может достигать 4,8 %. Стали с низким содержанием веществ, благодаря которым их свойства улучшаются, носят название легированных.

Для получения электротехнической стали используются мартеновские печи. Для изготовления листов применяются слитки из стали, от состояния которых зависит способ прокатки: холодный или горячий. По этому признаку электротехническая сталь бывает холоднокатаная и горячекатаная.

Кроме легированных сталей, производятся текстурованные, обладающие более высокими магнитными свойствами, чем стали обычные, полученные способом горячей прокатки. Достигается это за счет повторной прокатки листов, где они подвергаются сильному обжатию.

Кроме того, далее следует отжиг в атмосфере, наполненной водородом. Применение данных манипуляций очищает сталь от таких элементов, как углерод и кислород.

Для производства листовой стали текстурованной применяются оба вида прокатки, но больше ценится металл, произведенный холодным методом.

Классификация

Ее основу составляют различия стали по таким параметрам, как назначение, магнитные свойства, химический состав. Классифицируется металл по следующим показателям:

  • В зависимости от способа прокатки и структурного состояния сталь делится на первый, второй и третий классы.
  • По количественному составу кремния. Если его содержится менее 0,4 %, то эта сталь — не легированная.
  • В зависимости от основных нормирующих характеристик сталь делится на группы: от «0» до «7».
  • Цифры, указанные в марке стали, обозначают: первая – класс в зависимости от вида прокатки и структурного состояния; вторая – количество кремния; третья – группу основных характеристик, четвертая – тип стали по порядковому номеру.

ГОСТ электротехнической стали соответствует стандартам и обозначается цифрами: для листов – 11036, для лент – 3863.

Свойства стали

Сталь электротехническая листовая обладает следующими свойствами:

  • Удельным сопротивлением. Качество материала лучше, если этот показатель высокий. Благодаря сопротивлению электрический ток при прохождении испытывает препятствия. Для производства проводников используется сталь с минимальными значениями данного показателя. А вот для их экранирования, а также для изготовления корпусов, наоборот, важно, чтобы электричество удерживалось внутри и его потери в пути были минимальными. Поэтому и сталь как сырье должна соответствовать данным требованиям.
  • Низкой коэрцитивной силой. По показателям данного параметра судят, насколько магнитное поле внутри материала способно к размагничиванию. Электротехническая сталь для трансформаторов и электродвигателей должна хорошо размагничиваться, то есть обладать высокой способностью к этому. Электромагниты, наоборот, производятся из стали, обладающей высокой коэрцитивной силой. Такой металл получил название анизотропной электротехнической стали.
  • Соответствующей шириной петли гистерезиса. Этот показатель оказывает влияние на способность элементов, участвующих в работе электрической цепи, снова возвращаться в начальное состояние после того, как прибор будет выключен. Когда в цепь будет прекращена подача электричества, в ее составных частях какое-то время сохраняется напряжение, которое называют механическим. В деталях прибора первоначальное состояние восстановится гораздо быстрей, если петля гистерезиса будет иметь меньшие размеры по ширине.
  • Магнитной проницаемостью. Если этот показатель высокий, это означает, что со своими функциями материал справляется отлично.
  • Значимым показателем, особенно в электронике, является толщина листа, которая не должна превышать одного миллиметра.
ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Какие диэлектрические перчатки допустимо применять в электроустановках

Применение листовой стали

Промышленность выпускает листы, достигающие ширины 240-1000 мм, длины – 720-2000 мм, толщины – от 0,1 до 1,0 мм. Кроме этого, производятся узкие ленты 0,15 – 1,0 мм толщиной. Свойства листовой стали позволяют использовать ее в электронике.

Из нее изготавливают сердечники, магнитопроводы, дроссели, роторы и статоры для динамомашин, реле, электродвигатели, стабилизаторы, трансформаторы тока и многое другое.

В большинстве случаев применяется текстурованная сталь, так как ее магнитные характеристики имеют большее значение.

Дефекты стали

Почему электротехническая сталь имеет дефекты? Причины их появления различные. В процессе производства стали металлургические дефекты могут появляться из-за высокого содержания кремния в составе сплава, в результате чего образование газовых пузырьков и рослости слитков гарантировано.

Другой дефект появляется, когда при разливе стали заворачиваются корочки. В результате образуются плены, которые значительно снижают качественные характеристики поверхности стали.

Значительно снижает качество металла такой дефект, как внутренние трещины, которые называются «скворечниками». Они появляются, если охлаждение происходит на большой скорости и низкой температуре – 120 оС.

Марки электротехнической стали

На каждом листе цифрами нанесена марка. Она обозначает назначение стали.

  • Полюса у электромашин, работающих от постоянного тока, детали двигателей, мощность которых достигает менее 100 кВт, магнитопроводы приборов производятся из малотекстурованной стали холодной прокатки марки 2211 или нетекстурованного металла горячей прокатки марок 1211-1213. Металл обладает высокой пластичностью.
  • Роторы и статоры двигателей, мощность которых составляет 100-400 кВт, изготавливаются из нетекстурованной электротехнической стали горячей прокатки таких марок, как 1312 и 1311. У металла хорошая пластичность.
  • Роторы и статоры двигателей, мощность которых 400-1000 кВт, силовые трансформаторы малой мощности, двигатели, частота которых повышенная, производятся из мало текстурованной стали холодной прокатки марки 2411 или нетекстурованной стали горячей прокатки марок 1412, 1411.

Магнитопроводы

Данный вид оборудования представляет собой конструкции из пластин или ленты, то есть из отдельных элементов набирается трансформатор. В зависимости от формы пластин, из которых собираются магнитопроводы, они называются броневыми и стержневыми. В ленточных магнитопроводах из электротехнической стали используются свойства, которыми характеризуется холоднокатаный анизотропный металл данного вида. Чтобы удобней осуществлять намотку, изготовляются магнитопроводы в разрезанном виде.

Сердечник электротехнической стали

Для изготовления сердечников статоров и роторов, которыми комплектуются электрические машины, работающие от переменного тока, используется листовая сталь второго класса. Сердечник из электротехнической стали применяется в силовых трансформаторах.

Для его изготовления используют нелегированный металл этого вида, имеющий нормированные свойства. По своему химическому составу эта сталь бывает разной.

Но ее магнитные свойства как после обжига, который осуществляется при температуре до 950 оС и без присутствия кислорода, так и после охлаждения в течение 10 часов при температуре 600 оС, не должны быть ниже разработанных норм.

Сердечник якоря электротехнической стали, которым комплектуется машины, работающие от постоянного тока, набирается из листов именно этого металла. А почему? Применение данного материала целесообразно потому, что изменение магнитного потока в сердечнике влечет за собой возникновение вихревых токов. Чтобы от них не происходило нагревание сердечника якоря, для его изготовления используют изолированные пластины, которые будут преграждать путь току.

Источник: https://www.syl.ru/article/359749/dlya-chego-ispolzuetsya-stal-elektrotehnicheskaya

Почему трансформатор из пластин

За время работы нашей компании, а это, на минуточку, более 15 лет, нами был накоплен ценный опыт, который помогает в решении повседневных сложных задач наших заказчиков, и которым мы бы хотели поделиться с пользователями нашего сайта.

Благодаря рубрике «Вопрос-ответ» мы производим обратную связь с нашими клиентами, и некоторые вопросы нам показались интересными.

Одни вопросы задают очень часто, другие – не очень, однако, в любом случае, мы приняли решение осветить в данной статье те моменты, которые, безусловно, являются очень важными в процессе повседневной эксплуатации трансформаторов.

Итак, начнем с вопросов, которые являются ключевыми. На эти вопросы мы отвечали не раз, однако, они по-прежнему волнуют многих наших посетителей:

— На каком принципе основывается работа трансформатора?

Ответ: В основе принципа действия любого трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Т.е. явлении, связанном с возникновением электрического тока в замкнутом контуре трансформатора.

— Что такое анцапфа?

Ответ: Анцапфа – это, так называемый, переключатель ПБВ (сокр., переключение без возбуждения). В силовом трансформаторе такой переключатель устанавливается со стороны высшего напряжения (ВН) и предназначается, в первую очередь, для изменения коэффициента трансформации.

При изменениях высшего напряжения в пределах +- 10% от номинального значения, анцапфа позволяет поддерживать напряжение на вторичной обмотке постоянным.

Переключение положения ПБВ (анцапфы) необходимо производить только при отключенном трансформаторе (снимая напряжение на стороне ВН).

— Почему сердечник трансформатора изготавливают из нескольких изолированных пластин, а не из цельного куска стали?

Ответ: Сердечник трансформатора изготавливается с использованием изолированных пластин для уменьшения или практически полного исключения потерь, вызываемых протеканием вихревых токов.

Таким образом, благодаря сердечнику из изолированных пластин, общая сумма потерь, будет в разы ниже, чем потери при использовании цельного сердечника.

Стоит отметить, что сердечник может быть изготовлен цельным, однако, обязательным условием является высокое удельное сопротивление материала (это могут быть, например, ферритовые сплавы).

— Зачем пластины сердечника трансформатора стягиваются шпильками?

Ответ: Сделано это для того, чтобы обеспечить максимально плотное прилегание изолированных пластин друг к другу, а также, чтобы сделат ь пакет пластин сердечника прочным и достаточно устойчивым к механическим повреждениям.

— Что такое холостой ход трансформатора? Как трансформатор работает в этом режиме?

Ответ: Режим холостого хода трансформатора — это такой режим работы трансформатора, при котором одна из его обмоток запитана от источника переменного тока (напряжения) (линия электропередач), а цепи остальных обмоток разомкнуты. В реальности, такой режим работы встречается у трансформатора, в случае, когда он подключен к сети, а нагрузка, запитываемая от его вторичной обмотки, ещё не подключена.

За время ведения рубрики «Вопрос-ответ» нам не раз приходилось вникать в тонкости частных проблем, возникающих у пользователей. Часто, вопросы задают студенты, или просто люди сомневающиеся, как, например, в следующих вопросах:

— Что происходит на вторичных обмотках трансформатора в случае понижения напряжения на первичной обмотке трансформатора?

Ответ: Напряжение на вторичных обмотках трансформатора снижается строго пропорционально коэффициенту трансформации.

— Мы имеем в собственности шесть смежных земельных участков без электричества, однако, рядом проходит ЛЭП на 380В. Для целей электропитания будущих строений, мы собираемся приобрести понижающий трансформатор. Пожалуйста, подскажите какой выбрать?

Ответ: Для начала, необходимо определить планируемую суммарную мощность потребления. Здесь, следует учесть возможность увеличения количества потребителей (и соответственно увеличения потребления). Затем присылайте заявку нам, а мы, по Вашим данным, подберем подходящий вариант понижающего трансформатора.

Источник: https://kalkulyator-laminata.ru/pochemu-transformator-iz-plastin/

Сталь электротехническая: производство и применение

Производство этого вида стали занимает главенствующее место среди прочих магнитных материалов. Сталь электротехническая — это сплав железа с кремнием, доля которого составляет от 0,5% до 5%. Широкую популярность изделий данного вида можно объяснить высокими электромагнитными и механическими свойствами. Изготавливают такую сталь из широко распространенных компонентов, дефицита в которых нет. Это объясняет ее низкую стоимость.

Влияние кремния

Данная составляющая во взаимодействии с железом образует плотный раствор с высоким удельным сопротивлением, величина которого зависит от того, какой процент кремния в сплаве. При воздействии его на чистое железо оно теряет свои магнитные свойства. А вот при воздействии на техническое, наоборот, сказывается положительно.

Проницаемость железа возрастает и происходит улучшение стабильности металла. Благоприятное действие кремния (Si) можно объяснить следующим образом. Под влиянием этого элемента происходит переход углерода в графит из состояния цементита, который обладает меньшими магнитными свойствами. Элемент Si оказывает нежелательное воздействие на снижение индукции.

Влияние его распространяется на теплопроводность и на плотность железа.

В своем составе сталь электротехническая может содержать и другие компоненты: серу, углерод, марганец, фосфор и прочие. Самый вредный из них — углерод (С). Он может находиться в форме как цементита, так и графита. Это по-разному влияет на сплав, так же, как и процент содержания углерода. Чтобы избежать нежелательных включений элемента С, нельзя сталь быстро охлаждать для следующего старения и стабилизации.

Отрицательное воздействие на свойства материала оказывают следующие компоненты: кислород, сера, марганец. Они снижают его магнитные качества. Техническое железо в своем составе обязательно имеет примеси. Здесь их приходится учитывать в совокупности, не так, как для чистого железа.

Можно улучшить свойства стали, применив очистку от примесей. Но такой метод не всегда выгоден на масштабном производстве. А вот с помощью холодной прокатки листовая электротехническая сталь образует в своей структуре магнитные свойства. Это позволяет добиться лучших результатов. Но обязательно необходим дальнейший обжиг.

Холодная прокатка

На протяжении длительного времени считали, что кремний увеличивает хрупкость стали. Производство проходило в основном с помощью горячей прокатки. Рентабельность холодной прокатки была низкой.

Только после того, как было обнаружено, что холодная обработка вдоль направления повышает магнитные свойства материала, она получила широкое применение. Другие направления показали себя только с худшей стороны. Холодная прокатка благотворно повлияла на механические свойства, а также на улучшение качества листовой поверхности, повысила его волнистость и дала возможность штампования.

Отличительные свойства, которые получила сталь электротехническая за счет применения холодной обработки, можно объяснить образованием в ней кристаллографической текстуры. Она отличается несколькими степенями. Они, в свою очередь, зависят от того, при какой температуре проходит прокатка, также от толщины необходимого листа и от того, в какой степени он обжат.

Себестоимость листа одной толщины горячекатаной стали в 2 раза ниже, чем холоднокатаной. Но данное отрицательное качество полностью компенсируется низкими теплопотерями (их меньше примерно раза в два), высоким качеством и возможностью хорошей штамповки холоднокатаного сплава. Различие в этих сталях — содержание кремния. Его количество составляет от 3,3% до 4,5% соответственно.

ГОСТ

Производители выпускают всего два вида стали, которые соответствуют по ГОСТу. Первый вид — 802—58 «Электротехническая тонколистовая». Второй — сталь электротехническая ГОСТ 9925—61 «Лента холоднокатаная рулонная из электротехнической стали».

Обозначение

Маркируется буквой «Э», за ней идет номер, цифры которого имеют определенное значение:

  • Первая цифра в значении маркировки означает степень легирования стали с кремнием. От слаболегированной до высоколегированной, соответственно в цифрах от 1 до 4. Динамные – это стали из групп Э1 и Э2. Трансформаторные – Э3 и Э4.
  • Вторая же цифра маркировки имеет диапазон от 1 до 8. Она показывает электромагнитные свойства материала при применении ее в определенных эксплуатационных условиях. По этой маркировке можно узнать, в каких областях можно применять ту или иную сталь.

Цифра ноль следом за второй цифрой означает, что сталь текстурированная. Если стоят два ноля, то она мало текстурированная.

В конце маркировки можно встретить следующие буквы:

  • «А» — удельные потери материала очень низкие.
  • «П» — материал с высокой прочностью проката и высокой отделкой поверхности.

Сфера эксплуатации

Делится сплав по области применения на три вида:

  • пригодный для работы в сильных и средних магнитных полях (чистота перемагничивания 50 Гц);
  • подходящий для работы в средних полях при частоте до 400 Гц;
  • сталь, которая эксплуатируется в средних и малых магнитных полях.

Листы электротехнической стали выпускают следующих размеров: ширина от 240 до 1000 мм, по длине могут быть от 720 мм до 2000 мм, толщина — в диапазоне от 0,1 до 1 мм. Больше всего применение находят текстурированные стали, так как они обладают высоким значением электромагнитных свойств. Листы такого материала часто используют в электротехнике.

Электротехническая сталь — свойства

Свойства сплава:

  • Удельное сопротивление. От этого показателя напрямую зависит качество материала. Сталь применяется там, где необходимо сдержать электричество внутри проводника и доставить его по назначению.
  • Коэрцитивная сила. Отвечает за способность внутреннего магнитного поля к размагничиванию. Для определенных устройств это свойство требуется в разной степени. В трансформаторах и электродвигателях используют детали с высокой способностью размагничивания. У стали данный показатель имеет низкое значение. А вот в электромагнитах нужна, наоборот, высокая коэрцитивная сила. Чтобы скорректировать магнитные свойства, в сплав стали добавляют нужный процент кремния.
  • Ширина петли гистерезиса. Этот показатель должен быть как можно меньше.
  • Магнитная проницаемость. Чем выше данный показатель, тем лучше материал «справляется» со своими задачами.
  • Толщина листа. Для изготовления многих приборов и деталей используют материалы, толщина которых не превышает одного миллиметра. Однако при необходимости данный показатель уменьшают до значения 0,1 мм.

Применение

Из листовых материалов первого класса можно изготовить разные виды магнитопроводов для реле и регуляторов.

Электротехническая сталь марки второго класса может быть использована для стартеров электромашин постоянного и переменного токов, сердечников роторов. Третий класс будет пригоден для изготовления магнитопроводов для силовых трансформаторов, а также стартеров крупных синхронных машин.

Чтобы изготовить остов для электрической машины, нужно применить стальное литье, в котором содержание углерода равно не более 1%. Изделия из такого материала подвергают постепенному отжигу. Углеродистую сталь применяют при изготовлении деталей машин, подвергающихся сварке. Из таких видов материалов делают главные полюсы для машин постоянного тока.

Для тех деталей машин, которые несут максимальную нагрузку (пружины, роторы, валы якорей), применяют сплавы с высокими механическими свойствами. Такой материал может содержать в себе никель, хром, молибден и вольфрам. Возможно изготавливать магнитопроводы из электротехнической стали. Они используются для трансформаторов низких частот – 50Гц.

Стержневой магнитопровод

Магнитопроводы делятся они на броневые и стержневые. Каждый вид имеет свои особенности.

Стержневой: у такого магнитопровода стержень вертикальный и имеет ступенчатое сечение, вписанное в окружность. На них особой цилиндрической формой расположены обмотки магнитопровода.

Броневой

Изделия такой конструкции имеют прямоугольную форму, а их стержни имеют поперечное сечение, расположены они горизонтально. Такой тип магнитопровода применяется только в сложных приборах и конструкциях. Поэтому такие конструкции не получили большого распространения.

Итак, мы выяснили, что собой представляет сталь электротехническая и где она используется.

Источник: https://FB.ru/article/236386/stal-elektrotehnicheskaya-proizvodstvo-i-primenenie

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электрогенератор
Что такое диод простыми словами

Закрыть