Немагнитный зазор трансформатора что это

Почему в трансформаторе делают минимальные воздушные зазоры, и на что они влияют

Технические условия некоторых типов трансформаторов предусматривают наличие в сердечнике немагнитного зазора. Каково значение этого пространства и почему воздушные зазоры в трансформаторе делают минимальными?

Прежде чем перейти к главному вопросу, проведем краткий экскурс по описанию, характеристикам, видам и предназначению рассматриваемого прибора.

Описание и предназначение трансформатора

Итак, трансформатор – это замкнутый магнитопровод, в составе которого две или более электрически автономные обмотки. Самые распространенные – однофазные модели с двумя обмотками. В основе действия прибора стоит эффект электромагнитной индукции.

Чтобы снизить потери на магнитный гистерезис, магнитопровод делают из трансформаторной стали(с узкой петлей магнитности). Снижение вихревых потерь достигается за счет примеси кремния в составе и конструкции из раздельных пластов.

Первичной обмоткой считается та, на которую идет подача энергии. Другие – вторичны. При подключении источника первичная обмотка производит переменный магнитный ток. Магнитопровод переносит нагрузку на слои следующей обмотки, и в цепи появляется электричество.

Высокочастотные устройства с малой мощностью могут в качестве магнитопровода использовать воздушную среду.

Предназначение, применение

Трансформаторы служат преобразователями электрической энергии, меняя показатели переменного напряжения. Они могут работать как автономные аппараты или состоять частью электротехнического оборудования.

Очень часто замкнутая электромагнитная установка применяется для передачи электроэнергии на большие дистанции, для повышения напряжения, идущего от источников переменного тока.Сама электростанция производит напряжение от 220 до 660V. Магнитопровод способен преобразовать его до тысяч киловольт. Когда напряжение высокое, потери по проводам гораздо ниже, и можно передавать энергию через ЛЭП меньшего сечения. Это приводит к существенной экономии ресурса.

Виды трансформаторов

В основе строения любого аппарата находится сердечник. Он может состоять из пластин или из лент (разъемный или неразъемный). Устройство же сердечника может различаться.

Виды охлаждения

Любое электротехническое оборудование предусматривает систему охлаждения. В трансформаторах эта функция бывает следующих типов:

• Естественное масляное охлаждение;
• Масляное плюс воздушное;
• Масляное с силовой циркуляцией;
• Чисто воздушное.

Масляный вид охлаждения – самый экономичный и оптимальный для наружного монтажа. Правда, использование такого оборудования требует наличие маслоприемников.

Иногда в качестве охлаждающей жидкости используют негорючие материалы (диэлектрики). Такие аппараты защищены от воспламенения, но при этом очень токсичны.

В общественных зданиях устанавливают пожаробезопасные и нетоксичные сухие трансформаторы. Единственный минус этого вида – шумная работа, поэтому их ставят в изолированных помещениях.

Решающим фактором для выбора метода охлаждения является номинальная мощность оборудования. Чем выше этот параметр, тем интенсивнее его необходимо охлаждать

Классификация по применению

Разные типы трансформаторов могут иметь различное применение. Так, низкочастотные силовые аппараты работают на снижение напряжения до стандартного. Их используют в сетях предприятий и населенных пунктов.

Строение автотрансформаторов отлично тем, что обмотки имеют электрическое сообщение друг с другом. За счет этой связи производятся разные величины напряжения. Применяют такую схему в автоматике блоков управления, в высоковольтных коммуникациях.

Если прибор уменьшает значение тока, его называют трансформатором тока. В них вторичные обмотки подсоединяются к измерительным или защитным приборам.

В высокочастотных импульсных трансформаторах сердечник изготовлен из феррита. Компактные габариты и эффективность обеспечили широкую сферу применения – от лампочек до мощных инверторов.

Конструктивные особенности разных типов трансформаторов

Конструкции замкнутых магнитопроводных приборов бывают трех видов:

• Броневые. Эта схема строения подходит для крупного и высоковольтного оборудования. Минимальная мощность – 0,5ВА. Конструкция броневого трансформатора представляет собой ярмо, которое обеспечивает защиту стержня.
• Стержневые. Здесь катушки насажены на сердечник в виде стрежня. Сфера применения данной конструкции – небольшие трансформаторы сухого типа, так как обмотки плохо защищены от коротких замыканий.
• Тороидальные. Сердечник в форме кольца и ленточная неразъемная намотка дают снижение сопротивления при росте КПД. Удобное в монтаже устройство применяется гораздо шире других видов.

Считается, что тороидальный тип гораздо лучше в работе. В действительности, гораздо важнее качество производства оборудования.

Для чего в сердечнике нужен воздушный зазор?

Когда по первичной обмотке низкочастотного прибора проходит не только переменный, но и постоянный ток, это уменьшает показатель индуктивности катушки. Для предотвращения таких изменений делается воздушный зазор в трансформаторе.

Величина зазора зависит от следующих показателей:

• Габариты сердечника;
• Индуктивность обмотки;
• Сила постоянного тока, идущего по катушке.

Бывает, что зазор создается ненамеренно во время сборки магнитопроводов трансформатора. Но в некоторых механизмах он требуется по принципу действия.

Применение воздушного зазора несущественно влияет на индуктивность. Немагнитные промежутки на сердечнике увеличивают магнитное сопротивление. При этом амплитудное значение магнитного тока постоянно (если не меняется амплитуда напряжения).

Есть устройства, в принципе не подразумевающие зазоров. Такая технология применяется в ленточных неразъемных сердечниках. Примером служит тороидальный трансформатор. Причина, почему в них не делают промежутков, связана со строением сердечника.

Форма тора минимизирует размер магнитной цепи, а обмотка имеет сравнительно немного витков и малое сопротивление. Как результат, тороидальное оборудование имеет малые потоки рассеяния и устойчиво к перегрузкам. Зато устройство подвержено негативному влиянию высокого напряжения и подмагничиванию постоянным током. А причина как раз в отсутствии воздушного зазора в магнитопроводе трансформатора.

Величина зазора в магнитопроводе

Параметры работы катушки зависимы от длины немагнитного промежутка в обмотке. Как именно?

Известно, что длина зазора не влияет на показатели магнитного потока. Однако удлинение немагнитного промежутка вызывает рост магнитного сопротивления. А поскольку магнитный поток имеет постоянное значение, происходит увеличение тока.

Итак, можно сделать вывод, что разные размеры зазора в сердечнике вызывают протекание токов различной величины. А магнитный поток при этом не изменяется.

Вот почему воздушные зазоры в трансформаторе делают минимальными. Чтобы уменьшить величину тока в обмотке, нужно уменьшать длину немагнитного промежутка.

Если в техусловиях оборудования не указана определенная величина, зазору придают минимальное значение. Таким методом снижают показатели намагничивающуюся составляющую тока холостого хода.

Источник

Для чего ЗАЗОР в сердечнике.Как работают прямоходовый и обратноходовый преобразователи

В импульсных преобразователях применяют ферритовые сердечники с зазором,но не во всех преобразователях,в основном так делают в прямоходовых и обратноходовых инверторах.Рассмотрим их принцип работы.

Прямоходовый преобразователь.Когда транзистор открыт,по обмотке 1 трансформатора протекает ток,на обмотке 2 индуцируется ЭДС или высокое напряжение.Знаки плюс и минус на обмотке 2 будут соответствовать знакам на обмотке 1.Плюс на диоде и ток будет заряжать конденсатор и идти в нагрузку через диод.Когда транзистор закрыт,на диоде будет минус и он тоже будет закрыт, ток в нагрузку будет идти через заряженный конденсатор.Зазор в таком преобразователе делают для устранения насыщения сердечника,уводят как можно дальше это состояние.

Обратноходовый преобразователь.Здесь все точно также как и в прямоходовом,только изменена фазировка выводов обмоток 1 и 2.Когда транзистор открыт,ток протекает по обмотке 1,на обмотке 2 индуцируется ЭДС,но вот знаки двух обмоток будут разноименными.При открытом транзисторе диод будет закрыт,так как на аноде диода будет минус,при закрытом транзисторе на обмотке 2 знаки поменяются,на аноде теперь будет плюс и диод открывается.Обмотка 2 здесь работает как дроссель-накопитель энергии.Зазор в таком преобразователе делают для того,чтобы увеличить магнитное сопротивление сердечника,тем самым дроссель накапливает больше энергии и преобразователь работает эффективней.

Источник

Немагнитный зазор трансформатора что это

Это сообщение прежде всего предназначено для тех, кто знает, что немагнитный зазор в сердечнике с подмагничиванием нужен, но, как этот зазор расчитать, не знает. Например, для данного случая – каскада с трансформатором на этом, М6, железе и токе покоя в 10 мА.

В ПЕРВОМ ПРИБЛИЖЕНИИ зазор расчитывается так. По графику для ЭТОЙ стали находим МЮ макс.=30000(очень я сомневаюсь, что у стали проницаемость, как у пермаллоя; во всяком случае, будем считать, что это число верно, а если ошибёмся примерно в 10 раз, то зазор просто в 10 раз увеличим) при напряженности поля
25 А/м. Этому соответствует (если я не ошибся в расчёте, см. предыдущее моё сообщение) 2,1 мА через 3000 витков. Нам надо СНИЗИТЬ напряжённость, пропорциональную току через обмотку, в 10мА/2,1мА=5раз. «ВИРТУАЛЬНАЯ» длина средней силовой линии для данного сердечника и желательного магнитного режима укорачивается в МЮ макс. раз, т.е. равна
25см/30000=0,0083мм(?!). Одна часть напряжённости должна приходиться на само железо, а четыре части-на немагнитный зазор. Всего 5 нужных для ослабления напряжённости частей или «раз». Поэтому немагнитный зазор будет 0,0083*4=0,0332мм. Если же произошла ошибка в «отсчёте» МЮ макс. по графику в 10 раз, то зазор приобретёт более реальный для стали размер- 0,332мм. Т.к. на РАЗБОРНОМ с НЕГНУЩИМИСЯ пластинами сердечнике чисто геометрически(топологически) может быть минимум два РАЗРЕЗА, то зазор составляется из двух немагнитных прокладок в два раза меньших, т.е. 0,332/2=0,166мм. Если учесть ВСЕГДА присутствующий «технологический зазор» в 0,05мм на каждую прокладку, то выйдет две по 0,11мм. В «пермаллоевом случае» реализовать нужную прокладку не удастся.
Но зазор всегда надо ПРОВЕРЯТЬ на оптимальность в РЕАЛЬНОМ режиме и каскаде!

Предлагаю расчитать ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ ОПТИМАЛЬНЫЙ ТОК для твоих 2300 витков на таком же железе, как у Саши, при сборке «встык», считая, что минимально возможный (технологический) зазор составляет 2х0,05мм=0,1мм, для «точки подмагничивания» с максимальным МЮ=42000 (уточнено относительно предыдущего моего расчёта по графику, опубликованному Соколовым).

Напряженность поля в точке МЮ макс= 25А/м. Это соответствует 0,25/42000=0,006 мм «виртуальной» длины силовой линии. На технологический зазор поэтому должно приходиться в 0,1/0,006=17 раз больше напряжённости подмагничивающего поля. А всё поле должно в (17+1)раз превышать 25А/м. Т.е. составит 450А/м. Поэтому ОРИЕНТИРОВОЧНО твой ОПТИМАЛЬНЫЙ ток будет 450*0,25/2300=49мА.

Давай, ОРИЕНТИРОВОЧНО оценим твой ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЗАЗОР и ПОЛУЧИВШУЮСЯ МЮ магнитной цепи, полагая, что ты верно определил оптимальный размер немагнитного зазора 2х0,02=0,04мм для подмагничивающего тока в 35мА на 2300 витках.

Напряжённость поля ВДОЛЬ ВСЕЙ магнитной цепи составит 35*2300/0,25*1000=322А/м. Она превосходит оптимальное значение в 322/25=13 раз. Поэтому 12 частей этого поля должны приходиться на немагнитный зазор, который должен быть длинее «виртуального» в 12 раз: 0,006*12=0,072мм. Так, как ты подложил 0,04мм, то ОРИЕНТИРОВОЧНО твой технологический зазор составит
0, 072–0 ,04=0,032мм. При этом ПОЛУЧИВШЕЕСЯ МЮ ОРИЕТИРОВОЧНО снизится в 13 раз и составит 42000/13=3200.

Я опять обращаю внимание на то, что эти расчёты носят ПРИБЛИЗИТЕЛЬНЫЙ характер.
Я буду благодарен всякому, кто укажет мне на ПРИНЦИПИАЛЬНУЮ ОШИБКУ в этом методе ориентировочных оценок элементов НЕЛИНЕЙНОЙ магнитной цепи.

С уважением,
Игорь Гапонов.

Твой расчет слишком сложный. И приблизительный

Действие 1. Делим длину силовой линии на приблизительное мю: 250 мм/45000 = 0.006 мм. Если это много меньше того, что получится ао Действию 2, то магнитным сопротивление железа пренебрегаем. Смысл действия 1 – убедиться, что магнитное сопротивление цепи будет определяться лишь воздушным зазором.

Действие 2. Вычисляем зазор по формуле
d (мм)=I*N/(800*Bo) = 0.01*3000/(800*1.3)=0.029 мм.

где Bo – выбранная рабочая индукция в Тл. Для немецкого железа 1,3.
I – в амперах.
d – полный зазор в мм

Эту формулу легко запомнить

Чёт очень мало – если магнитопровод не битый, то максимум мю у тех железяк, с которыми приходилось работать, ниже 0,7Т не было. А сейчас немецкого железа с 1,3Т уже много у кого есть. Да и израильское с 1,6Т купить можно.

С уважением.
Алексей Бурцев

Сокол правильно предлагает, измерять «малосигнальную МЮ», т.к. это более соответствует её ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОМУ определению.
Т.е. МЮ(Н)=dB/dH .

Поэтому надо задавать ТОК через обмотку, который ТОЧНО определит напряжённость поля, действующую на сердечник, и тем самым ТОЧКУ измерения по «аш». Т.к МАЛОСИГНАЛЬНАЯ ИНДУКТИВНОСТЬ в точке измерения будет практически ЛИНЕЙНА и ПРОПОРЦИОНАЛЬНА задаваемой ТОКОМ проницаемости МЮ, то надо измерять ЭТУ индуктивность. Легче всего её, ИНДУКТИВНОСТЬ, измерить косвенно, по РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО КОНТУРА, в который входит измеряемая индуктивность и (может быть) известная ЁМКОСТЬ. Ёмкость тут влиять на токовую ТОЧКУ определения МЮ не будет.
Логично использовать АКТИВНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ НАПРЯЖЕНИЕМ(ТОКОМ) ГЕНЕРАТОР ТОКА в измерительной установке. Например, как предлагает Саша,- пентод. И установка превращается в РЕЗОНАНСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ. Переменный сигнал, регистрируемый на контуре, должен быть МАЛЫМ, чем меньше, тем точнее измерения.

Очень интересное практическое применение этой установки- ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАЛЬНОГО ОПТИМАЛЬНОГО ПО МЮ макс. НЕМАГНИТНОГО ЗАЗОРА.
Надо по ДВУМ точно известным ТОЛЩИНАМ прокладок определить два подмагничивающих ТОКА, при которых резонансная частота минимальна. Оптимальный зазор, как известно, практически ПРОПОРЦИОНАЛЕН подмагничивающему ТОКУ.
«Вторая» измерительная точка нужна, чтобы «снять» вычислительную неопределённость по ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ЗАЗОРУ.

Если у нас имеется ТРИОДНЫЙ однотактный трансформаторный каскад, то в нём очень даже возможен следующий нелинейный эффект.
Т.к. у триода кроме, «первой» и «нулевой» степени, в апроксимации амплитудно-амплитудной характеристики рядом Тейлора существенны ещё и «чётные» члены, то наблюдается ДЕТЕКТИРОВАНИЕ входного воздействия на ВЫХОДЕ каскада. Оно проявляется в приблизительно пропорциональном амплитуде входного напряжения приросте ПОСТОЯННОГО ТОКА каскада. Причём, НЕЗАВИСИМО от ЧАСТОТЫ, а при «равных энергетиках» отрицательной и положительной «полуволн»– независимо от «абсолютной фазы».

Поэтому, средняя НАМАГНИЧЕННОСТЬ сердечника в ДИНАМИКЕ будет ВСЕГДА ВЫШЕ, чем в СТАТИКЕ(в точке покоя) каскада.

Источник