И тороидального (в) ленточных сердечников
Специально для ТММ разработано и выпускается промышленностью страны достаточно большое количество унифицированных рядов (типов) ленточных сердечников, изготовленных из электротехнических сталей, типы и размеры которых установлены ГОСТ 22050-76. Между собою ряды сердечников разделяются по назначению, а их геометрические размеры оптимизированы по различным технико-экономическим показателям. В однофазных ТММ наиболее широкое применение получили следующие ряды сердечников.
ШЛ – броневые ленточные сердечники. Рекомендованы для низковольтных ТММ, оптимальных по массе, мощностью от 0,04 до 950 В×А на частоте 50 Гц и от 3 В×А до 2,7 кВ×А на частоте 400 Гц.
ПЛ – стержневые ленточные сердечники. Рекомендованы для низковольтных ТММ, оптимальных по массе, мощностью от 0,06 до 2,5 кВ×А на частоте 50 Гц и от 4 В×А до 7 кВ×А на частоте 400 Гц.
ОЛ – тороидальные ленточные сердечники, оптимальные по массе. Могут быть использованы для реализации ТММ на частоте 50 Гц (мощностью от 5 мВ×А до 0,7 кВ×А) и на частоте 400 Гц (мощностью от 0,3 В×А до 2,2 кВ×А). Однако следует иметь ввиду, что использование тороидальных сердечников предпочтительнее в ТММ повышенной частоты, где наиболее полно проявляются их преимущества перед броневыми и стержневыми конструкциями.
ШЛМ – броневые ленточные сердечники с уменьшенным отношением площади окна обмотки к площади сечения сердечника QО/QС. Применяются в низковольтных трансформаторах наименьшей массы и стоимости на частоте 50 Гц при мощностях порядка от 40 мВ×А до 110 В×А.
ПЛМ – стержневые ленточные сердечники с уменьшенным отношением площади окна обмотки к площади сечения сердечника QО/QС – продолжение ряда ШЛМ. Применяются в низковольтных трансформаторах наименьшей массы и стоимости на частоте 50 Гц при мощностях порядка от 50 до 500 В×А.
ШЛР – броневые ленточные сердечники с геометрическими размерами, обеспечивающими наименьшую стоимость трансформаторов (с уменьшенной шириной окна обмотки с), рассчитанных на допустимое падение напряжения в обмотках. Рекомендованы для маломощных ТММ промышленной частоты (на мощности ориентировочно от 0,5 до 60 В×А).
ПЛР – стержневые ленточные сердечники с геометрическими размерами, обеспечивающими наименьшую стоимость трансформаторов (с уменьшенной шириной окна обмотки с), рассчитанных на допустимый перегрев обмоток. Рекомендованы для ТММ промышленной частоты мощностью порядка от 1 до 500 В×А.
ШЛО – броневые ленточные сердечники с увеличенным окном обмотки. Рекомендуются для применения в низковольтных трансформаторах, оптимальных по массе, объему и стоимости, на частотах от 1000 до 5000 Гц и в высоковольтных трансформаторах на частоте от 50 до 5000 Гц.
ШЛП – броневые ленточные сердечники с увеличенным отношением ширины ленты к толщине навивки b/a. Рекомендуются для применения в низковольтных трансформаторах, оптимальных по объему на частотах от 400 до 1000 Гц.
В области высоких частот (десятки и сотни килогерц), в частности, в источниках вторичного электропитания с преобразованием частоты, наиболее широкое применение нашли тороидальные трансформаторы с кольцевыми магнитопроводами из никелевых сплавов, магнитомягких ферритов и магнитодиэлектриков. Основные конструктивные характеристики ленточных кольцевых магнитопроводов из никелевых сплавов определены ГОСТ 24011– 80. Обозначаются они так же, как и тороидальные сердечники из электротехнических сталей. Основные конструктивные характеристики кольцевых сердечников из марганцево-цинковых ферритов нетермостабильных марок (рисунок 2.4, а) регламентированы ГОСТ 14208 – 77, а из прессованного альсифера (рисунок 2.4, б) – по ГОСТ 8763 – 77. Условное обозначение типоразмеров кольцевых сердечника состоит из буквы К (кольцевой) и цифр, обозначающих размеры внешнего и внутреннего диаметров и высоты магнитопровода, например К32´16´12.
а – кольцевой из феррита; б – кольцевой из магнитодиэлектрика; в – Ш-образный из феррита; г – броневой из феррита или магнитодиэлектрика
Рисунок 2.4 – Конструкции прессованных сердечников
Наряду с кольцевыми сердечниками в высокочастотных ТММ возможно использование разъемных Ш-образных сердечников из ферритов (ГОСТ 18614 – 79) и броневых чашечных сердечников из ферритов (ГОСТ 19197 – 73) и карбонильного магнитодиэлектрика (ГОСТ 10983 – 75) (см. рисунок 2.4, в,г).
Выбор конкурентных типов и рядов сердечников определяется, прежде всего, частотой питающего напряжения, ограничениями по технико-экономическим показателям, габаритной мощностью и назначением ТП.
Для облегчения выбора конкурентных типов и рядов сердечников можно воспользоваться таблицей 2.1, составленной на основании анализа результатов исследований Р.Х.Бальяна [4, с.484, подраздел 14.2] и собственного опыта. В правой колонке таблицы в порядке предпочтительности приведены типовые ряды сердечников, позволяющие выбрать из них наиболее конкурентные 2-4 ряда.
Таблица 2.1 – Рекомендуемые ряды предпочтительных
типов конструкций ТММ и типовых сердечников
| Частота, Гц | Габаритная мощность, Вт | Оптимизируемый ТЭП | Рекомендуемые типы ТММ | Рекомендуемые ряды сердечников |
| Малые ТММ, PГ £ 25 | Масса | БТ, СТ | ШЛМ, ШЛ, ШЛР, ПЛ, ПЛР | |
| Габариты | БТ, СТ | ШЛМ, ШЛ, ШЛР, ПЛ, ПЛР | ||
| Стоимость | БТ, СТ | ШЛМ, ШЛР, ШЛ, ПЛР, ПЛ | ||
| Средние ТММ, PГ = 25-150 | Масса | СТ, БТ | ПЛМ, ШЛМ, ПЛ, ШЛ, ПЛР | |
| Габариты | СТ, БТ | ПЛМ, ШЛМ, ПЛ, ШЛ, ПЛР | ||
| Стоимость | СТ, БТ | ПЛР, ШЛР, ПЛМ, ШЛМ, ШЛ | ||
| Большие ТММ, PГ > 150 | Масса | СТ, ТТ, БТ | ПЛМ, ПЛ, ПЛР, ОЛ, ШЛ,ШЛМ | |
| Габариты | СТ, ТТ, БТ | ПЛМ, ПЛ, ПЛР, ОЛ, ШЛМ,ШЛ | ||
| Стоимость | СТ, БТ, ТТ | ПЛР, ПЛМ, ПЛ, ШЛМ, ШЛ | ||
| Малые ТММ, PГ £ 40 | Масса | ТТ, СТ, БТ | ОЛ, ПЛ, ШЛ | |
| Габариты | ТТ, БТ, СТ | ОЛ, ШЛ, ПЛ | ||
| Стоимость | БТ, СТ, ТТ | ШЛ, ПЛ, ОЛ | ||
| Средние ТММ, PГ = 40-250 | Масса | СТ, ТТ, БТ | ПЛ, ОЛ, ШЛ | |
| Габариты | СТ, БТ, ТТ | ПЛ, ШЛ, ОЛ | ||
| Стоимость | БТ, СТ, ТТ | ШЛ, ПЛ, ОЛ | ||
| Большие ТММ, PГ > 250 | Масса | СТ, БТ, ТТ | ПЛ, ШЛ, ОЛ | |
| Габариты | ||||
| Стоимость |
Для ТП промышленной частоты (f = 50 Гц) при оптимизации по массеи габаритам в области малых мощностей (PГ < 25 Вт) лучшие показатели имеют броневые ленточные сердечники (ЛС). Несколько худшие массогабаритные показатели у стержневых сердечников. Причем, чем больше мощность ТП, тем меньше преимущество броневых ЛС перед стержневыми. В области средних и больших мощностей стержневые ЛС становится предпочтительнее броневых. ТТ на ленточных сердечниках ОЛ для промышленной сети (50 Гц, 220 В) имеют большое количество витков первичной обмотки и существенно проигрывают БТ и СТ в технологичности и габаритном объеме, хотя в работе [4, с.438] в области малых и средних мощностей предпочтение отдается ТТ. Очевидно, их следует рассматривать в качестве конкурентных лишь в том случае, если требование минимальной массы является определяющим.
При оптимизации по стоимости для ТП промышленной частоты в области малых мощностей безусловное предпочтение отдается броневым ЛС. Вторыми в ряду стоят стержневые ЛС. В области средних мощностей оптимальными по стоимости могут быть как броневые, так и стержневые конструкции, а в области больших мощностей преимущество имеют только стержневые конструкции. ТТ на ленточных сердечниках в данном случае выпадают из списка конкурентных как самые нетехнологичные конструкции.
При частоте 400 Гц предпочтение отдается рядам ленточных сердечников ШЛ, ПЛ, ОЛ, разработанных для ТММ наименьшей массы. В зависимости от габаритной мощности и минимизируемого ТЭП меняются лишь их приоритеты (см. таблицу 2.1).
В области повышенных частот (от 1 кГц и более) предпочтение отдается ТТ на тороидальных ленточных сердечниках, изготовленных из холоднокатаных текстурованных электротехнических сталей, железо-никелевых и железо-кобальтовых сплавов или на кольцевых прессованных сердечниках из магнитомягких ферритов и магнитодиэлектриков (см. рисунок 2.4, а,б). При этом конкуренцию ленточным сердечникам ряда ОЛ могут составить ЛС ряда ШЛО, но последние не нашли широкого применения.
Более подробные сведения о сердечниках можно найти в [2-4, 9, 13].