ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

Transkript

1 ISŠT Mělník Číslo projektu Označení materiálu Název školy Autor Tematická oblast Ročník Anotace CZ.1.07/1.5.00/ VY_32_INOVACE_H.2.12 Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec Elektrotechnika 2ME Elektrické stroje netočivé - transformátory Metodický pokyn Zhotoveno květen 2012 Frontální vyučování doplněné metodou průběžného kladení otázek pro objasnění probírané látky. Po výkladu následuje zpětnovazební test a individuální řešení úlohy pomocí pc programu malování. Vyhledání odpovědí pro řešení samostatné úlohy pomocí internetu a zpětná kontrola dataprojektorem

2 Jádro transformátoru tvoří uzavřený magnetický obvod a je složeno z tenkých navzájem izolovaných (lakovaných) plechů vyrobených z feromagnetického materiálu s úzkou hysterezní smyčkou (tj.magneticky měkkého); například z křemíkové oceli válcované za studena. Takový materiál je schopen rychle reagovat na střídavé změny mg.toku vyvolané střídavým proudem tj. rychle měnit polarizaci namagnetování i demagnetizace Magnetický indukční tok Φ, vyvolaný průchodem střídavého proudu I 1 primárním vinutím, se šíří celým jádrem a indukuje v sekundárním vinutí žádané elektrické napětí U 2. Část mg.toku, který se kolem cívek uzavírá mimo mg.obvod transformátoru, se nazývá rozptylový tok Φ a způsobuje úbytky indukčního toku i napětí U 2 * Šíření mg.toku Φ různými jádry

3 Kvalita jádra magnetického obvodu má tedy podstatný vliv na výsledné vlastnosti magnetického obvodu transformátoru, neboť jádro vlastně tento obvod tvoří V případě, že by jádro transformátoru bylo složeno z masivního kusu železa, vznikaly by v něm silné vířivé proudy a zahřívalo by se. Vlivem tepelných ztrát se zhoršuje účinnosti transformátoru, kterou při přenosu el.energie vykazuje Jádra magnetických obvodů se vyrábí dělená a nebo jako celistvá (toroidy) Pro vinutá transformátorová jádra se používá orientovaný transformátorový pás legovaný křemíkem, přičemž magnetické vlastnosti jader jsou přímo závislé na jakosti a tloušťce pásky, ze kterých jsou jádra vyrobeny Díky lakovaným, vzájemně odizolovaným plechům, vykazují transformátory velkou účinnost, která u velkých transformátorů často přesahuje 90%! * Magnetické vlastnosti materiálu popisuje Hysterezní smyčka

4 Parametry jader pro transformátory Výrobci udávají v katalogu u svých výrobků celou řadu údajů, které umožní zvolit vhodné jádro pro danou aplikaci. Výrobce tyto údaje získá měřením v celém rozsahu magnetizační charakteristiky. Mezi ně patří např. amplitudová permeabilita, činný příkon (ztráty) apod. Hysterezní smyčka transformátorových plechů H intenzita mg.pole [A/m] B magnetická indukce [T] B r zbytkový magnetizmus [T] H k koercitivní síla [A/m] * Trafoplechy mají být z magneticky měkkých materiálů => mají mít malý zbytkový magnetizmus B r (úzkou hysterezní smyčku), neboť se mění neustále polarizace magnetizace vlivem střídavého proudu

5 Příklady jader složených z trafoplechů a vinutých z pásků * Názvy trafoplechů, ze kterých se sestavují jádra transformátorů nesou obvykle podle písmen, které svým tvarem připomínají např.ei, LL, UI, C

6 Příklady feritových jader

7 Ztráty Efektivita

8 Druhy jader u magnetických obvodů transformátorů: Jádra skládaná z plechů EI, M, UI, LL, EE, Stupňovitá dělená jádra, dělená jádra Feritová UNICORE Toroidní

9 EI jádra transformátorů Jádro vlastnosti a druhy Plechy těchto jader mají tvar písmen E a I Vysekávají se strojně z ocelokřemíkových plechů téměř bez odpadu Plechy EI se značí číslem, které udává rozměr středního sloupku v mm Např. plechy EI-25 mají šířku středního sloupku d = 25 mm. K ní jsou vztaženy v určitém poměru všechny ostatní rozměry plechu U síťových transformátorů jsou plechy v jádru střídavě tj.e na I a I na E U stejnosměrně sycených tzv. měkkých transformátorů a tlumivek se na sebe kladou plechy souhlasně, tj.e na E a I na I a do mezery mezi nimi se vloží nemagnetický pásek

10 Způsob sestavení jádra transformátoru při použití EI plechů

11 M jádra transformátorů Plechy tvaru M se vysekávají se z ocelokřemíkových plechů se značným odpadem. Vlivem toho stoupá jejich cena a proto se využívají vzácněji Výhodou je jejich menší magnetický rozptyl, oproti ostatním skládaným jádrům. Využívají se pro výrobu tlumivek a hojně i v telekomunikační technice.

12 UI a LL jádra transformátorů Plechy tvaru UI a LL se používají u plochých transformátorů. Všechny vinutí jsou často rozděleny na poloviny. Vyseknuté plechy se přes sebe skládají ve vrstvách tak, tak, že místě předešlého spojení plechu leží plech průběžný Střídavě U na I a I na U, či L na L místo styku plechů kryje plech z další vrstvy Jádro UI Jádro LL Transformátor s Jádrem UI

13 EE jádra transformátorů Tento se používá zejména u miniaturních transformátorků

14 Toroidní jádra transformátorů Tato jádra tvoří uzavřený magnetický obvod bez vzduchových mezer s konstantním průřezem, což je předpoklad nejúčinnějšího využití magnetických vlastností použitého materiálu Hlavní výhody : Uzavřený magnetický tok Nízké magnetické ztráty Nízká hlučnost Kompaktní rozměry Lehká váha Toroidy se vyrábí z feritu (lisovaná spec.feritová keramika) a nebo orientovaného transformátorového pásu s obsahem křemíku cca 3%, o tloušťce 0,23-0,35 mm Použití : měřících transformátorů výkonových transformátorů regulačních transformátorů induktorů měničů

15 Dělená jádra Vinutá jádra, mají svůj tvar lépe přizpůsobený průběhu magnetického indukčního toku a tím se jeho účinky zvyšují a klesají ztráty; oproti jádrům, poskládaných z plechových výlisků různých tvarů (EI, LL a pod) Jádro se skládá ze dvou částí ve tvaru podkovy. Pro dodržení správného sestavení se na čelní straně barevně označuje. Barva této polohové značky udává zároveň tloušťku pásu, ze kterého je jádro navinuto a dále na vnějším závitu každé poloviny je označeno i pořadové číslo Výhody dělených jader: Menší magnetické ztráty přináší hned několik úspor Sníží se energetické ztráty Zmenšením rozměrů jader se sníží jejich hmotnost a současně se zmenší množství drahého měděného vodiče potřebného pro vinutí Zjednoduší se montáž a tím i práce potřebná k sestavení transformátorů

16 Stupňovitá dělená jádra Dělená transformátorová jádra vznikají navíjením transformátorové pásky odstupňovaných šířek na rotující formy. Jádro se po tepelném zpracování a slepení syntetickou pryskyřicí rozřeže Tvar dělených jader se stupňovaným průřezem, je ideálně přizpůsobený průběhu magnetického indukčního toku a lépe je jádro využito ve srovnání s jádry, které jsou skládány z plechových výseků různých tvarů. Průřez těchto jader umožňuje plnější využiti zejména průřezu kruhových cívek. Materiálem pro vinutá stupňovitá dělená jádra magnetických obvodů je orientovaný transformátorový pás s obsahem křemíku kolem 3 %, o tloušťce 0,23-0,35 mm

17 UNICORE jádra Jedná se o novou řadu jader pro magnetické obvody Vzhledem ke své konstrukci jsou schopná nahradit klasická C a Q jádra Tato technologie výroby byla vyvinuta v roce 1997 za účelem zjednodušit technologii výroby a dosáhnout lepších parametrů elektrických strojů. Díky vyspělé technologii se jádra UNICORE vyznačují nízkými měrnými ztrátami Mají zjednodušenou konstrukci, nejsou lepená, řezaná ani broušená, a tím dosahují velmi příznivé cen. Při montáži se dají použít stávající typy kostřiček, tudíž změny v konstrukci magnetického obvodu nejsou nutné. Jádra UNICORE disponují výhodami C + Q jader avšak jejich měrné ztráty jsou nižší až o 40%! Výhody UNICORE jader: nízké měrné ztráty úspory na vodičích cívek (měď) snadná montáž příznivá cena

18 Test Načrtněte a popište jakým způsobem, se šíří magnetický indukční tok Φ obdélníkovým a kruhovým (toroidním) jádrem? 2. Z jakých materiálů se jádro transformátorů obvykle sestavuje? 3. Popište hysterezní smyčku materiálu pro výrobu trafoplechů 4. Popište sestavu a vlastnosti EI jádra transformátoru 5. Popište sestavu a vlastnosti UI a LL jádra transformátoru 6. Popište sestavu a vlastnosti toroidních jader transformátorů 7. Popište sestavu a vlastnosti dělených a stupňovitě dělených jader transformátorů 8. Popište sestavu a vlastnosti jader UNICORE

19 Opakování Samostatná práce 1. S využitím PC programu malování nakreslete hysterezní křivku magneticky měkkého materiálu vhodného pro výrobu jader transformátorů. Smyčku popište! 2. Vyhledejte pomocí internetu alespoň jednu firmu nabízející ve svém sortimentu jádra UNICORE a nebo celé transformátory s těmito jádry Řešení: DUMY - VY_32_ INOVACE_H.2.12 str. 2 17

20 ISŠT Mělník Použitá literatura: [1] Příručka pro elektrotechnika Ing.Klaus Tkotz a kol., vydalo nakladatelství Europa-Sobotáles cz. s.r.o., Praha 10 v roce 2006 (ISBN ) [2] Praktická elektrotechnika Petr Bastian a kol., vydalo nakladatelství Europa-Sobotáles cz. s.r.o., Praha 10 v roce 2004 (ISBN ) [3] Základy elektrotechniky II, pro 2. a 3. ročník SOU elektrotechnických Ing.Ladislav Voženílek, Ing.František Lstibůrek, vydalo SNTL Praha 1 v roce 1989 [4] Volně šířené a dostupné firemní prezentační materiály a prodejní katalogy výrobců distributorů transformátorů [5] Archiv autora Seznam zdrojů obrázků na jednotlivých stranách prezentace: 2. [5], [5] png 4. [5] 5. J

21 ISŠT Mělník [5], [5],