Граничні значення амплітуди індукції, що рекомендуються, для трансформаторів низької частоти із сталі 3411—3424

Потужність трансформатора, Вт	1	3	10	30
Амплітудне значення індукції Вт, Тл	0,46	0,65	0,8	0,95

нелінійних спотворень; перевищення вказаних значень приводить до зростання нелінійних спотворень.

Для трансформаторів малої потужності з сердечником із сплавів 79НМ, 80НХС індукцію не слід брати більше 0,1 Тл, для аналогічних трансформаторів з сердечниками із сплавів 50Н — не більше 0,2 Тл.

У ряді випадків може виявитися, що при розмірі магнітопровода, знайденому на підставі конструктивної постійної А, неможливо отримати необхідну індукцію. В цьому випадку доводиться брати наступний, більший розмір магнітопровода.

Вибір матеріалу для магнітопровода. Вага і вартість трансформаторів дуже різко залежать від магнітної проникності матеріалу. Як видно з (9.45), конструктивна постійна обернено пропорційна, тому застосування таких матеріалів, як 79НМ і 80НХС (мають = 300010 000), здавалося, могло б зменшити конструктивну постійну А в десятки разів і у багато разів зменшити габарити і вагу сердечника (див. табл. 9.2). Проте великі виграші виходять тільки для малопотужних трансформаторів, у яких індукція в сердечнику мала, оскільки при збільшенні індукції магнітна проникність матеріалів сильно падає. Тому сплави з високою магнітною проникністю застосовують для малопотужних малогабаритних трансформаторів з великою індуктивністю первинної обмотки. Вартість матеріалів типу 79НМ і 80НХС приблизно в 15 разів більше вартостей сталей 3411—3424. При їх використовуванні вартість сердечника (з урахуванням скорочення ваги) зростає в 5—10 разів і починає визначати вартість всього трансформатора, яка також різко зростає.

При виборі матеріалу для магнітопровода необхідно враховувати призначення трансформатора, вимоги до його ваги і вартості, наявність постійного подмагничивания, а також потужність трансформатора.

В табл. 9.6 приведені марки матеріалів, застосування яких дає якнайкращі результати з урахуванням приведених міркувань.

Таблиця 9.6

Магнітні матеріали, вживані для виготовлення трансформаторів низької частоти

	За наявності постійного подмагничивания		За відсутності постійного подмагничивания
Потужність трансформатора	для трансформаторів якнайменшої ваги	для трансформаторів якнайменшої вартості	для трансформаторів якнайменшої ваги	для трансформаторів якнайменшої вартості
Десяті частки ватів і менш Одиниці ватів і більш	Н50 3411—3424	1562, 1572 3411—3424 3411—3424	79НМ 80 НХС 3411—3424	1562, 1572 3411—3424 3411—3424

Визначення магнітної проникності сердечника.

Для розрахунку трансформатора низької частоти необхідно знати магнітну проникність сердечника. Як указувалося, магнітна проникність залежить від матеріалу сердечника, постійного і змінного полів, зазору в сердечнику і інших чинників.

При визначенні магнітної проникності слід враховувати, що значення одного з основних параметрів трансформатора — індуктивності первинної обмотки [див. формулу (9.20)] — повинне не менше за знайденого в результаті розрахунок трансформатора. Тому у формулу слід підставляти те мінімальне значення магнітної проникності, яке може вийти при будь-яких можливих значеннях постійного і змінного магнітних полів. При інших обставинах магнітна проникність може бути тільки більше, ніж прийнята при розрахунку, що приведе до зростання індуктивності первинної обмотки і зменшення частотних спотворень підсилювального каскаду в області низьких частот.

Відповідно до сказаного при виборі магнітної проникності для підстановки в розрахункові формули слід керуватися наступними міркуваннями.

У відсутність постійного подмагничивания, якщо трансформатор в схемі повинен працювати при скільки завгодно малому рівні вхідного сигналу, при розрахунку слід орієнтуватися на початкову магнітну проникність . Якщо заданий мінімальний рівень сигналу, при якому працюватиме трансформатор, по формулі (9.18) потрібно визначити відповідне йому значення індукції, а потім по графіках, наприклад, мал. 9.3 або аналогічним — магнітну проникність.

Оскільки для визначення індукції необхідно заздалегідь знати число витків і площу поперечного перетину магнітопровода, то розрахунок ведуть методом послідовного наближення: задаються значенням, обчислюють А, вибирають магнітопровід, розраховують число витків і індукцію в сердечнику, після чого по графіках (мал. 9.3) або аналогічним визначають магнітну проникність і порівнюють її з тим значенням, яким задавалися на початку розрахунку. Якщо два значення відрізняються більш ніж на 10 %, то розрахунок слід повторити, прийнявши за початкове значення, яке було знайдене з графіка.

За наявності постійного подмагничивания значення оптимальної початкової проникності і відповідне йому значення оптимального зазору можуть бути знайдено по мал. 9.6. Проте на початку розрахунку, коли число витків котушки і розміри магнітопровода ще не відоме, визначають орієнтовне значення магнітної проникності по графіку (мал. 9.12) залежно від значення твору. Після визначення розмірів магнітопровода і числа витків слід уточнити значення опт по мал. 9.6 і розрахунок повторити.

Визначення числа витків обмоток. Після того, як вибрані розміри магнітопровода, може бути знайдено число витків обмоток. Число витків первинної обмотки можна знайти виходячи із заданої індуктивності по формулі, отриманій шляхом нескладних перетворень з формули (9.20):

(9.50)

де — індуктивність первинної обмотки, Гн;— середня довжина магнітної силової лінії, см;— магнітна проникність сердечника; — площа поперечного перетину магнітопровода, см2.

Мал. 9.12. Орієнтовне значення початкової магнітної проникності сердечника за наявності постійного подмагничивания

Число витків первинної обмотки, необхідне для того, щоб індукція не перевищувала певних значень, можна знайти з формули (9.16), якщо заздалегідь визначити первинної обмотки. Значення не рівно підведеній напрузі Різниця між і залежить від КПД трансформатора. Проте з достатньою для практики ступенем точності можна вважати, що

(9.51)

Ця формула дає помилку не більше 10 % при зміні КПД трансформатора від 65 до 100 %•

З формул (9.16) і (9.51) можна знайти мінімально допустиме число витків обмотки, необхідне для того, щоб індукція в сердечнику не перевищувала встановленого значення. Число витків

(9.52)

де — напруга, підведена до первинної обмотки, В; — значення амплітуди індукції, що рекомендується, Тл; — низька частота робочого діапазону, Гц; —площя поперечного перетину магнітопровода, см2.

З двох значень числа витків і знайдених по формулах (9.50) і (9.52), слід вибрати більше, оскільки в цьому випадку індукція в сердечнику буде не більше, а індуктивність обмотки — не менше заданої.

Якщо в результаті розрахунку по формулах (9.50) і (9 52) виявиться, що значно більше, ніж, тобто небезпека, що обмотка з таким числом витків не розміститься на вибраному сердечнику. В цьому випадку доцільно по каталогу вибрати сердечник з великим значенням конструктивної постійної А і повторити розрахунок числа витків з урахуванням нових значень і .

Число витків вторинної обмотки можна знайти по формулі (9.19).

Визначення діаметра дроту обмотки. Діаметр дроту кожної обмотки можна знайти виходячи із заданого значення її опору:

(9.53)

де d — діаметр дроту, мм; — довжина дроту обмотки, м [див. (9.14)];— опір обмотки, Ом.

По знайденому значенню діаметра дроту слід підібрати найближчий стандартний діаметр, вибрати марку дроту і по довідниках знайти діаметр дроту в ізоляції [див. табл. 8.1].

Визначення розмірів обмотки і індуктивності розсіяння трансформаторів. Після визначення числа витків і діаметра дроту в ізоляції може бути проведений розрахунок розмірів обмотки, як було вказане в §9.4.

Індуктивність розсіяння трансформатора можна визначити по формулі

(9.54)

тут — індуктивність розсіяння, Гн; до — коефіцієнт, значення якого залежить від конструкції обмотки; для двохобмотувального трансформатора до = 0,80,9; — середня довжина витка обмотки, см; з і — радіальна товщина обмоток, см; — товщина междуобмоточной ізоляції, див.

Якщо знайдене по (9.54) перевищує задане при розрахунку, слід застосувати чергування обмоток. Найпростіший приклад чергування показаний на мал. 9.13: обмотка з великим числом витків розбита на дві частини і між ними розташована інша обмотка.

а) б)

Мал. 9.13. Схема чергування обмоток трансформатора: а — нечергуюча обмотка; б — чергуюча обмотка (=3)

В загальному випадку за наявності чергування обмоток індуктивність розсіяння зменшується в (—I)², де — загальне число частин, з яких складаються первинна і вторинна обмотки. Для чергування, показаного на мал. 9.13,6 =3 і індуктивність розсіяння зменшується в чотири рази. Якщо необхідно зменшити індуктивність в ще більше число раз, слід одну з обмоток розбити на три частини, а іншу — на дві частини (=5).