Ш-образная пластина трансформатора: особенности, схема, как и чем склеить

Конструктивные особенности Ш-образной пластины трансформатора

Любой трансформатор содержит две основных детали: замкнутый сердечник и медные обмотки. Сердечник, в свою очередь, состоит из пластин, для создания которых используется особая электротехническая сталь. Толщина пластин сердечника напрямую влияет на рабочую частоту трансформатора: чем деталь тоньше, тем больше параметр.

Трансформатор с Ш-образным сердечником также называют броневым. Главные условия, при которых используются такие пластины:

частота не более 8кГц;
максимальная мощность 150В*А.

Ш-образная пластина увеличивает поток рассеяния за счет раздвоения магнитного потока. Положение обмоток на среднем стержне сердечника защищает их от помех и механического воздействия.

Детали для высокочастотных трансформаторов предпочтительно изготавливают из трех основных материалов: пермаллоя, альсифера и феррита. Последний обладает широким диапазоном рабочих частиц, что объясняет использование феррита для создания импульсных трансформаторов.

В описании к магнитопроводу трансформатора даются параметры набора пластин. К примеру, если указано, что необходимо взять железо Ш15Х10, это означает, что:

Ширина средней части пластины должна составлять 15 мм.
Толщина получившейся стопки Ш-образных пластин – 10 мм.

Главным достоинством сердечника, собранного из пластин, является его устойчивость к механическим воздействиям. Это позволяет собирать магнитопровод даже из хрупких материалов. Минус конструкции – повышенная чувствительность к магнитным полям, имеющих низкую частоту.

Собирая сердечник, к пластине Ш-образной формы добавляют перемычки.

Чтобы минимизировать зазор, образованный между перемычкой и пластиной, магнитопровод собирают «вперекрышку».

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Основные характеристики трансформатора:

входное напряжение;
значения выходных напряжений;
мощность;
напряжение и ток холостого хода.

Отношение напряжений на первичной и вторичной обмотках представляет собой коэффициент трансформации. Он зависит только от соотношения количества витков в обмотках и остается постоянным в любых режимах работы.

Мощность трансформатора зависит от сечения сердечника и диаметра проводов в обмотках (соответственно — допустимого тока). Мощность со стороны первичной обмотки всегда равна сумме мощностей вторичных за вычетом потерь в обмотках и сердечнике.

Напряжение холостого хода — это напряжение на вторичных обмотках без нагрузки. Разница между ним и напряжением под нагрузкой характеризует потери в обмотках за счет сопротивления провода. Таким образом, чем толще проводники в обмотках, тем меньше будут потери и меньше разница в напряжениях.

Величина тока холостого хода зависит, в основном от качества сердечника. В идеальном трансформаторе ток, проходящий через первичную обмотку, создает переменное магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, за счет магнитной индукции создает ЭДС противоположного направления.

Индуцированная ЭДС компенсирует подаваемое напряжение и ТХХ равен нулю. В реальных условиях, за счет потерь в сердечнике, величина ЭДС всегда меньше первичного напряжения, в результате чего возникает ТХХ. Для уменьшения тока для изготовления сердечника нужен материал высокого качества, между пластинами должен отсутствовать немагнитный зазор.

Последнему требованию в максимальной степени соответствуют тороидальные сердечники — в них немагнитный зазор отсутствует.

В каких случаях необходима склейка

Специалисты отмечают два признака того, что Ш-образные пластины расслоились, им требуется перемотка и склейка:

ощутимое нагревание первичной обмотки;
возникновение гула.

Непонятному шуму и повышению температуры в трансформаторе есть физическое объяснение.

Как уже говорилось выше, магнитопровод состоит из пластин, каждая из которых обладает ферромагнитыми свойствами. Когда по первичной обмотке протекает электрический ток, вокруг образуется магнитное поле, способствующее рождению энергии во вторичной обмотке. При неизменной частоте тока, напряжение может расти или падать.

Изменение напряжения воздействуют на воздух, окружающий трансформатор: в нем возникают колебания, звуковые волны. Имея определенную частоту, некоторые из них доступны для уха человека. Но, к примеру, в импульсных трансформаторах гула не слышно.

Более распространен силовой трансформатор. Если раньше устройство издавало тихий гул, а теперь гудит заметно громче, проблема кроется в расслоившихся пластинах. В случае если устройство не только сильно гудит, но и нагревается, значит, повышена токовая нагрузка.

Пути снижения пусковых токов

Рассмотрим, что следует предпринять для понижения стартовых бросков. Есть несколько вариантов:

Подключение трансформатора с пониженной индукцией. Подобная силовая характеристика значительно утяжеляет прибор, увеличивает его стоимость. Пусковой ток при включении трансформатора, понизится до значения равного номинальной величине тока или ниже без подключения активной нагрузки, если индукция меньше номинала вдвое.
Подача на обмотки напряжения в период, когда оно наивысшее. Эффективность этого действия достигается применением дополнительных соединительных приборов.
Последовательно с первичной обмоткой преобразователя подсоединяется активное сопротивление. У этого варианта есть минус – перегрев сопротивления, которое приводит к понижению коэффициента полезного действия.

Если применить сопротивление с обратным температурным коэффициентом, эффективность будет выше. Это происходит из-за того, что термистор при нагреве имеет свойство понижать свое сопротивление.

Специалистам-энергетикам известно, что сейчас на рынке стали предлагать так называемые пакетники серий ESB и ESBH на предельные параметры (ампер), соответственно, 10 и 16. Работа данных приборов предполагает включение последовательно с нагрузкой сопротивления ограничивающего напряжение. Параметр этого полупроводника, как правило, 5 Ом. В описанном случае сопротивление замыкается контактными прерывателями со срабатыванием от 20 до 50 мсек.

При подсоединении преобразователя к электролинии используют элементы защиты (автоматы). Стандарты, которым должны соответствовать характеристики срабатывания следующие: IEC/МЭК 898 (отключение D) и ДИН ВДЕ 0660 (отключени K). Прерывающие элементы с указанными параметрами производятся для электрических двигателей, трансформаторов. То есть для аппаратов с большой кратностью стартового тока к номинальной величине. Выключатели D имеют кратность 15, для автоматов K этот параметр равен 10.

Что делать, если надо подсоединить трансформатор, а элементы защиты с указанными характеристиками отсутствуют? В таком случае возьмите самые распространенные выключатели, на которых стоит маркировка B, C. Помните, что такие элементы надо предусмотреть с дву- или трехкратным заделом по напряжению. Автомат сработает, если сила стартового броска превысит номинальный параметр в 2 – 3 раза, то есть основная функция защиты значительно снизится.

Технология склейки сердечника

Когда проблема определена, нужно позаботиться о восстановлении сердечника. Не всегда конструкция требует склейки. Гул часто становится результатом неправильной сборки, а расслоение можно устранить, стянув их плотнее.

Если склеивание все же необходимо, поможет следующая инструкция:

Рассчитать рабочий ток первичной обмотки.
Аккуратно зачистить керны.
Промазать их небольшим количеством клея.
Собрать трансформатор.
Подключить первичную обмотку к источнику тока.
Оставить до отвердевания клея.

Рассмотрим каждый шаг подробно.

Специалисты советуют пропускать ток для намагничивания пластин сердечника и их нагрева. Так половинки магнитопровода плотнее прижмутся друг к другу. Для того чтобы понять, какое напряжение необходимо, нужно произвести простые расчеты. Измерив сопротивление первичной обмотки (R), подсчитать силу первичного тока по формуле I=220/P. Следовательно, подходящее напряжение – U=IR, но можно поставить и больше.

Зачищать керны нужно максимально аккуратно. Ручная шлифовка приведет к потере плоскостности сердечника.

Далее керны промазывают клеем и собирают трансформатор. Важно следить за тем, чтобы половинки сердечников не были перепутаны. Желательно заранее их пометить.

Подключив обмотки к источнику тока, остается лишь ждать затвердевания клея. Процесс заметно ускорит нагрев, производимый током.

Некоторые мастера советуют смешивать эпоксидный клей с ферритным порошком. Проблема в том, что достать его сложно. Можно сделать его из куска ненужного феррита, подточив его. Больше значение имеет чистота и структура порошка. Если в клеевую массу попадут крупные частицы, это испортит сцепку между пластинами.

Формула расчета стартового броска

Как мы уже выяснили, для защиты линии включения трансформатора необходимо подключить выключатель с соответствующей характеристикой. Чтобы правильно подобрать автомат, необходимо сделать расчет пускового тока трансформатора. Для этого понадобится техническая документация на прибор. Выпишите оттуда данные:

мощность (Pн) номинальная;
напряжение (UH) номинальное;
КПД;
коэффициент мощности cos φH:
кратность постоянного тока по отношению к номинальному значению Кп.

Для расчета номинального значения трехфазного аппарата используется формула:

Iн = 1000Pн / (UH х cosφH х √КПД), А.

Следующим шагом определяем величину стартового броска. Расчет производим по следующей формуле:

IП = IH х Кп, А, где

IH – определенная ранее номинальная величина;

Кп – кратность постоянного тока к номинальному значению.

После произведенных расчетов, подберите подходящий по параметрам выключатель.

Как выбрать клей, чтобы заклеить

Для склейки пластин используется универсальное средство на основе эпоксидной смолы. Эпоксидный клей широко используется не только в быту, но и в промышленности. Популярность вещество получило за высокое качество сцепки между материалами различного происхождения.

Клей является синтетическим продуктом. В составе, помимо основного ингредиента, содержатся растворители, отвердители и прочие добавки, влияющие на качество продукта.

Плюсы эпоксидного клея:

эластичность, не позволяющая шву разрываться при небольших сдвигах;
устойчивость к трещинам;
высокая степень адгезии (состав склеивает разные материалы);

Выбирая клей для работы с сердечником трансформатора, нужно помнить о двух типах эпоксидной смолы. Клей может быть конструкционным и декоративным. Декоративный предназначен для бытовых нужд, его швы отличаются аккуратностью и прозрачностью.

Конструкционные эпоксидные клеи обладают более мощными сцепляющими свойствами. Для склеивания Ш-образных пластин стоит использовать KER-828 и ЭД-20. Оба состава устойчивы к изменениям температуры и химическим воздействиям, отличаются высокой прочностью.

Между этими марками есть несколько несущественных различий. Так, клей российского производства ЭД-20 желтеет под лучами ультрафиолета. При этом смола намного тверже аналога и не стирается твердыми материалами.

KER-828 – корейская марка, обладает меньшей вязкостью. Практически не желтеет с течением времени, но перед действием абразивов уязвима. Однако этот небольшой минус в эксплуатации склеенных предметов не проявляется.

Иногда клей продается в двух тюбиках и называется двухкомпонентным. В одном тюбике содержится жидкая эпоксидная смола, в другом – густое вещество, напоминающее пластилин. Для работы требуется смешать содержимое обоих тюбиков.

Если сердечник трансформатора, состоящий из Ш-образных пластин, издает непривычные звуки и нагревается, проблема в расслоении. Иногда достаточно использовать стяжки, чтобы восстановить целостность магнитопровода. В других ситуациях поможет эпоксидная смола. Четко следуйте инструкции и покупайте качественный клей.

Пример работы

В сети есть примеры работ людей, столкнувшихся с проблемой расслоения пластин сердечника. На фото представлены уже сцепленные пластины.