Почему в трансформаторе делают минимальные воздушные зазоры, и на что они влияют

Технические условия некоторых типов трансформаторов предусматривают наличие в сердечнике немагнитного зазора. Каково значение этого пространства и почему воздушные зазоры в трансформаторе делают минимальными?

Прежде чем перейти к главному вопросу, проведем краткий экскурс по описанию, характеристикам, видам и предназначению рассматриваемого прибора.

Описание и предназначение трансформатора

Итак, трансформатор – это замкнутый магнитопровод, в составе которого две или более электрически автономные обмотки. Самые распространенные – однофазные модели с двумя обмотками. В основе действия прибора стоит эффект электромагнитной индукции.

Чтобы снизить потери на магнитный гистерезис, магнитопровод делают из трансформаторной стали(с узкой петлей магнитности).  Снижение вихревых потерь достигается за счет примеси кремния в составе и конструкции из раздельных пластов.

Первичной обмоткой считается та, на которую идет подача энергии. Другие – вторичны. При подключении источника первичная обмотка производит переменный магнитный ток. Магнитопровод переносит нагрузку на слои следующей обмотки, и в цепи появляется электричество.

Высокочастотные устройства с малой мощностью могут в качестве магнитопровода использовать воздушную среду.

Предназначение, применение

Трансформаторы служат преобразователями электрической энергии, меняя показатели переменного напряжения. Они могут работать как автономные аппараты или состоять частью электротехнического оборудования.

Очень часто замкнутая электромагнитная установка применяется для передачи электроэнергии на большие дистанции, для повышения напряжения, идущего от источников переменного тока.Сама электростанция производит напряжение от 220 до 660V. Магнитопровод способен преобразовать его до тысяч киловольт. Когда напряжение высокое, потери по проводам гораздо ниже, и можно передавать энергию через ЛЭП меньшего сечения. Это приводит к существенной экономии ресурса.

Виды трансформаторов

В основе строения любого аппарата находится сердечник. Он может состоять из пластин или из лент (разъемный или неразъемный). Устройство же сердечника может различаться.

Виды охлаждения

Любое электротехническое оборудование предусматривает систему охлаждения. В трансформаторах эта функция бывает следующих типов:

• Естественное масляное охлаждение;
• Масляное плюс воздушное;
• Масляное с силовой циркуляцией;
• Чисто воздушное.

Масляный вид охлаждения – самый экономичный и оптимальный для наружного монтажа. Правда, использование такого оборудования требует наличие маслоприемников.

Иногда в качестве охлаждающей жидкости используют негорючие материалы (диэлектрики). Такие аппараты защищены от воспламенения, но при этом очень токсичны.

В общественных зданиях устанавливают пожаробезопасные  и нетоксичные сухие трансформаторы. Единственный минус этого вида – шумная работа, поэтому их ставят в изолированных помещениях.

Решающим фактором для выбора метода охлаждения является номинальная мощность оборудования. Чем выше этот параметр, тем интенсивнее его необходимо охлаждать

Классификация по применению

Разные типы трансформаторов могут иметь различное применение. Так, низкочастотные силовые аппараты работают на снижение напряжения до стандартного. Их используют в сетях предприятий и населенных пунктов.

Строение автотрансформаторов отлично тем, что обмотки имеют электрическое сообщение друг с другом. За счет этой связи производятся  разные величины напряжения. Применяют такую схему в автоматике блоков управления, в высоковольтных коммуникациях.

Если прибор уменьшает значение тока, его называют трансформатором тока. В них вторичные обмотки подсоединяются к измерительным или защитным приборам.

В высокочастотных импульсных трансформаторах сердечник изготовлен из феррита. Компактные габариты и эффективность обеспечили широкую сферу применения – от лампочек до мощных инверторов.

Конструктивные особенности разных типов трансформаторов

Конструкции замкнутых магнитопроводных приборов бывают трех видов:

• Броневые. Эта схема строения подходит для крупного и высоковольтного оборудования. Минимальная мощность – 0,5ВА. Конструкция броневого трансформатора представляет собой ярмо, которое обеспечивает защиту стержня.
• Стержневые. Здесь катушки насажены на сердечник в виде стрежня. Сфера применения данной конструкции – небольшие трансформаторы сухого типа, так как обмотки плохо защищены от коротких замыканий.
• Тороидальные. Сердечник в форме кольца и ленточная неразъемная намотка дают снижение сопротивления при росте КПД. Удобное в монтаже устройство применяется гораздо шире других видов.

Считается, что тороидальный тип гораздо лучше в работе. В действительности, гораздо важнее качество производства оборудования.

Для чего в сердечнике нужен воздушный зазор?

Когда по первичной обмотке низкочастотного прибора проходит не только переменный, но и постоянный ток, это уменьшает показатель индуктивности катушки. Для предотвращения таких изменений делается воздушный зазор в трансформаторе.

Величина зазора зависит от следующих показателей:

• Габариты сердечника;
• Индуктивность обмотки;
• Сила постоянного тока, идущего по катушке.

Бывает, что зазор создается ненамеренно во время сборки магнитопроводов трансформатора. Но в некоторых механизмах он требуется по принципу действия.

Применение воздушного зазора несущественно влияет на индуктивность. Немагнитные промежутки на сердечнике увеличивают магнитное сопротивление. При этом амплитудное значение магнитного тока постоянно (если не меняется амплитуда напряжения).

Есть устройства, в принципе не подразумевающие зазоров. Такая технология применяется в ленточных неразъемных сердечниках. Примером служит тороидальный трансформатор. Причина, почему в них не делают промежутков, связана со строением сердечника.

Форма тора минимизирует размер магнитной цепи, а обмотка имеет сравнительно немного витков и малое сопротивление. Как результат, тороидальное оборудование имеет малые потоки рассеяния и устойчиво к перегрузкам. Зато устройство подвержено негативному влиянию высокого напряжения и подмагничиванию постоянным током. А причина как раз в отсутствии воздушного зазора в магнитопроводе трансформатора.

Величина зазора в магнитопроводе

Параметры работы катушки зависимы  от длины немагнитного промежутка в обмотке. Как именно?

Известно, что длина зазора не влияет на показатели магнитного потока. Однако удлинение немагнитного промежутка вызывает рост магнитного сопротивления. А поскольку магнитный поток имеет постоянное значение, происходит увеличение тока.

Итак, можно сделать вывод, что разные размеры зазора в сердечнике вызывают протекание токов различной величины. А магнитный поток при этом не изменяется.

Вот почему воздушные зазоры в трансформаторе делают минимальными.  Чтобы уменьшить величину тока в обмотке, нужно уменьшать длину немагнитного промежутка.

Если в техусловиях оборудования не указана определенная величина, зазору придают минимальное значение. Таким методом снижают показатели намагничивающуюся составляющую тока холостого хода.