Общие сведения. Трансформаторы малой мощности проектируются при самых различных комбинациях электрических параметров и других условий

Трансформаторы малой мощности проектируются при самых различных комбинациях электрических параметров и других условий. Чтобы облегчить проектирование и изготовление трансформаторов в производстве, их необходимо максимально унифицировать. Сейчас уже есть несколько серий полностью унифицированных трансформаторов малой мощности. Их применение, однако, возможно далеко не всегда: унификация охватывает лишь какой-то определенный набор условий, часто электрические параметры или конструкции унифицированных трансформаторов не удовлетворяют потребителей, перед проектантами непрерывно возникают все новые требования, наконец, унифицированы далеко не все виды трансформаторов.

Тем не менее какая-то базисная унификация необходима. Таким базисом является унификация конструкций и всех элементов конструкции, при использовании которых любой трансформатор можно спроектировать, меняя лишь нужным образом обмоточные данные. Поскольку материальной основой конструкции является сердечник, первоначалом всякой унификации является унификация сердечников.

Чтобы охватить весь диапазон размеров трансформатора, унифицированные сердечники должны существовать в достаточном ассортименте, начиная от самых маленьких и кончая самыми большими. Так возникают ряды сердечников, включающие в себя определенную номенклатуру типоразмеров сердечников. Типоразмер характеризует одновременно тип сердечника и его наиболее показательные размеры.

Идеальным было бы создание одного единственного ряда для всех случаев и условий проектирования. Но это невозможно. Неизбежными разновидностями будут шихтованные и ленточные сердечники. Кроме того, для каждого такого вида сердечников неизбежны различия для разных конструктивных типов трансформатора - нужны сердечники броневые, стержневые, тороидальные, трехфазные. Следовательно, неизбежно различие нескольких рядов как шихтованных, так и ленточных сердечников.

Но и такого разнообразия недостаточно. Так, трудно объединить некоторые сердечники для низковольтных и особо высоковольтных трансформаторов. Не всегда получается совмещение рядов для трансформаторов разного схемного назначения, скажем, силовых и согласующихся, хотя часто такое совмещение возможно и имеет место. Усложняют дело и различная частота питания - 50 Гц и повышенные частоты - и различные критерии проектирования.

Наконец, вмешивается еще один фактор - различные области применения, тактико-технические и технико-экономические требования. К сожалению, не удалось ограничиться едиными рядами сердечников даже для трансформаторов одного назначения, и появились отдельные ряды для трансформаторов наименьшей стоимости и трансформаторов наименьшего веса и даже внутри последних - для трансформаторов наибольшей и повышенной частоты. В этом отношении допущены известные излишества, так как определенные идеи позволяли унифицировать ряды для некоторых из этих различных условий проектирования.

Так или иначе, но, говоря об унификации сердечников, имеют в виду не один, а несколько рядов сердечников. Эти ряды установлены специальными нормалями, поэтому унифицированные сердечники называют также нормализованными. Некоторое время назад существовало множество самых различных ведомственных нормалей, действовавших в пределах отдельных предприятий, групп предприятий, отраслей промышленности и отличавшихся друг от друга (помимо указанных принципиальных отличий) порой весьма незначительно в силу тех или иных узковедомственных причин и местных условий. Сейчас в нормализации сердечников установлен должный порядок. Вместо множества ведомственных нормалей введены единые межведомственные, которыми пользуются практически повсеместно.

Нормали устанавливают основные размеры сердечников a,b,c,h каждого унифицированного ряда (Рисунок 9.1). Эти размеры указываются всегда в миллиметрах. Часть из этих размеров входит в условное обозначение сердечника, причем цифры берутся также в миллиметрах. Во всех остальных случаях, в формулах расчета и теоретических выражениях, эти размеры a,b,c,h берутся в сантиметрах.

Все нормализованные ряды сердечников рассмотрены ниже. Они применяются не только для трансформаторов малой мощности, но и для дросселей фильтров и других элементов. Коснемся некоторых общих вопросов построения рядов. Ряд включает в себя N_c типоразмеров сердечников, охватывающих тот или иной диапазон размеров и мощностей трансформаторов малой мощности. Можно представить себе ряд, у которого все размеры сердечников a, b, c, d монотонно возрастают от типоразмера к типоразмеру. Практически так и делается. Если встать на подобный путь, то для каждого типоразмера сердечника потребуется целиком своя технологическая оснастка для изготовления, для каждого типоразмера трансформатора - целиком свои отдельные элементы конструкции (арматуры), а у ленточных сердечников - своя специальная ширина ленты для каждого сердечника. Это практически неудобно и противоречит идее унификации. Поэтому стремятся при наращивании размеров, пока это возможно, менять только один размер, а три остальные сохранять неизменными. (Это не относится к прессованным сердечникам). В числе неизменных базисный размер a. Набрав, таким образом группу сердечников, включающую в себя n_ζ сердечников, дискретно меняют базисный размер и все прочие размеры и вновь приступают к вариации того же, что и в предыдущей группе, размера при сохранении остальных групп постоянными. В итоге весь ряд разбивается на несколько групп, содержащих по n_ζ сердечников. Обычно n_ζ для всех групп величина одинаковая, но может несколько и колебаться. Практически n_ζ = 3 ÷ 7, чаще всего 4.

Какой же размер менять в пределах группы? Это один из вопросов, требующих оптимально решения. Рассмотрим возможные варианты. В принципе возможны любые комбинации, демонстрируемые такой схемой, которая представлена в таблице 9.1.

Таблица 9.1мбинации изменения размера в пределах группы.

Помимо технико - экономической оптимальности того или иного способа вариации размеров большую роль играют соображения технологии, которые иногда прямо - таки диктуют выбор. Особенно это относится к шихтованным сердечникам, для которых единственно приемлем вариант 1 изменения толщины сердечника b. Тогда из одних и тех же штампованных пластин можно отбирать разные типоразмеры сердечников. Для ленточных сердечников свобода выбора несколько больше, но варианты 3 и 4 уступают двум первым ( исключая ТТ ) по возможности унификации элементов конструкции. Условия вариации можно записать и через параметры геометрии ζ (x, y, z), так как представлено в таблице 9.2.

Таблица 9.2 Условия вариации, записанные через параметры геометрии.

У нормализованных сердечников применены только способы вариации 1 и 2.

Увеличение одного из размеров сердечника позволяет увеличить мощность трансформатора, проектируемого на этом сердечнике. Это увеличение по сравнению с предыдущим сердечником называют шагом ряда по мощности κ_Р . Если группа ряда заключает в себе диапазон мощности D_P , то

(9.1)

При условии P == ζ в выражении (9.1) D_P=D_ζ, где D_ζ - диапазон изменения в группе одного из размеров a, b, c ,d ( или параметра ζ). Но это условие весьма не точно, и для разных условий проектирования существуют более точные условия.

Выбор шага κ_Р - важная, но и сложная задача. Его следовало бы связать с уровнем мощности, повторяемостью типоразмеров и т.д. Однако решения этой задачи пока нет и величина κ_Р получается как следствие выбранного шага геометрического размера κ_ζш. Последний должен следовать тому или иному ряду предпочтительных чисел по ГОСТу. При этом для разных условий получаем κ_Р = 1,1 ÷ 1,8.

При создании рядов возникает и такой важный вопрос, как выбор оптимальной геометрии сердечников. Должна ли эта геометрия сохраняться постоянной для соответственных сердечников на протяжении всего ряда, т.е. должны ли эти сердечники быть геометрически подобны? Эти вопросы изучаются отдельно. К сожалению, не все нормализованные ряды сердечников созданы на базе выводов теории геометрической оптимизации, что, в частности, объясняется сложившимися практическими условиями.

Заметим, что по тем или иным причинам не всегда удается или нежелательно применять унифицированные сердечники, и для разрабатываемого Трансформатора малой мощности проектируют специальный сердечник произвольных размеров. Такой подход оправдан иногда при создании трансформаторов массового производства ограниченной номенклатуры и специальных трансформаторов.