Выбор и обоснование конкурентных типов и рядов сердечников

Ферромагнитные сердечники (магнитопроводы) в ТП предназначены для создания замкнутой магнитной цепи для магнитного потока, с помощью которого передается энергия из первичной обмотки во вторичные. Одним из основных требований к ним является обеспечение наименьшего магнитного сопротивления, в связи с чем соответствующие требования предъявляются к конструкциям сердечников и к свойствам магнитных материалов. Магнитопроводы должны обеспечивать наикратчайший путь магнитному потоку, а магнитные материалы должны обладать высокой магнитной проницаемостью и малыми удельными активными потерями в сильных переменных магнитных полях.

Отечественной промышленностью выпускается достаточно большое разнообразие конструкций сердечников и широкая номенклатура ферромагнитных материалов. По конструктивному признаку сердечники разделяются на броневые, стержневые, тороидальные, кольцевые, чашечные, типа “шпуля”, кабельного типа и т.д. [2-4]. Для изготовления сердечников используются электротехнические стали, сплавы железа с никелем (пермаллои) или с кобальтом (пермендюры), магнитодиэлектрики и ферриты.

Сердечники из электротехнических сталей и сплавов конструктивно делятся на ленточные и пластинчатые (шихтованные).

Пластинчатые сердечники набираются из пластин соответствующей формы, которые штампуются из листового материала, обезжириваются и покрываются тонким изолирующим слоем лака или окисла. На рисунке 2.2 представлены броневая и стержневая конструкции пластинчатых сердечников типа Ш и П (ГОСТ 20249 – 80), собранных внахлест из пластин типа Ш-I и П-I, соответственно [9, с. 162]. К достоинствам пластинчатых сердечников можно отнести то, что они могут быть изготовлены из любых, даже очень хрупких материалов. Однако пластины должны обладать достаточной механической прочностью (жесткостью), необходимой при сборке сердечника, что не позволяет использовать слишком тонкие листы. Существенными недостатками шихтованных сердечников являются большой отход материала в процессе штамповки пластин и трудоемкость сборки трансформаторов.

Пластинчатые сердечники изготавливаются преимущественно из листовых горячекатаных сталей марок 1411-1413, 1511-1514 ГОСТ 21427.3-75 толщиной 0,35 и 0,5 мм и используются в ТММ только промышленной частоты (50 Гц). Однако в последнее время ТММ с пластинчатыми сердечниками практически полностью вытеснили трансформаторы на ленточных сердечниках из холоднокатаных электротехнических сталей, а пластинчатые сердечники из горячекатаных сталей нашли преимущественное применение в силовых трансформаторах промышленной частоты мощностью от единиц киловольт-ампер и выше.

Рисунок 2.2 – Конструкции броневого (а) и стержневого (б)

Пластинчатых сердечников

ТММ на ленточных сердечниках по сравнению с пластинчатыми имеют существенно меньшие массогабаритные показатели и значительно меньшие поля рассеянья. Это обусловлено тем, что для изготовления шихтованных сердечников используются преимущественно изотропные горячекатаные стали, у которых допустимая рабочая индукция B_S (при напряженности 2500 А/м) существенно ниже, чем у холоднокатаных текстурованных сталей. Поэтому использование ленточных сердечников из холоднокатаных текстурованных сталей позволяет существенно снизить массогабаритные показатели трансформаторов. Более того, даже при ограничениях по стоимости ТП с ленточными сердечниками во многих случаях оказываются дешевле шихтованных. Это объясняется тем, что более высокая стоимость холоднокатаных текстурованных сталей по сравнению с горячекатаными с лихвой компенсируется снижением массы сердечника и обмоток, а также более высокой технологичностью изготовления сердечника и сборки трансформатора.

Ленточные сердечники изготовляются путем навивки на оправку тонкой ленты, витки которой прочно склеиваются между собой. Конструкции броневого, стержневого и тороидального ленточных сердечников представлены на рисунке 2.3. К достоинствам ленточных сердечников следует отнести: полное использование свойств текстурованных магнитных материалов, простоту изготовления, позволяющую полную автоматизацию производства, отсутствие отходов и возможность изготовлять сердечники из очень тонких ленточных материалов. Для упрощения технологии сборки трансформаторов броневые и стержневые сердечники после навивки разрезаются, а торцы обеих половинок попарно шлифуются для уменьшения немагнитного зазора.

Рисунок 2.3 – Конструкции броневого (а), стержневого (б)