Особенности конструкций трансформаторов, используемых в преобразова-тельных устройствах

В настоящее время в составе источников вторичного электропитания используются силовые трансформаторы различной конструкции, которые предназначены для преобразования входного однофазного или трехфазного напряжения в одну или несколько систем вторичных напряжений требуемой величины.

Силовые трансформаторы, используемые в различных источниках вторичного электропитания, могут быть классифицированы по следующим основным параметрам [1, 2].

По уровню мощности такие трансформаторы разделяются на устройства малой мощности (менее 10–50 Вт), средней мощности (50–500 Вт) и высокой мощности (более 500–1000 Вт).

По частоте трансформаторы для преобразовательных устройств принято разделять на трансформаторы промышленной частоты (50 Гц), трансформаторы повышенной частоты (до 10000 Гц) и трансформаторы высокой частоты (свыше 10000 Гц). На рис. 1 показан пример трансформатора питания ТПП 322-220-50 мощностью 200 Вт, рассчитанного на частоту 50 Гц и предназначенного для питания различной радиоэлектронной аппаратуры, полупроводниковых преобразователей и т.д.

Рис. 1. Однофазный трансформатор ТПП-322-220-50

На рис. 2 показан вариант однофазного высокочастотного трансформатора (номинальные частоты, при которых может применяться данное устройство, составляют 2400–10000 Гц) марки ТЗ4-800 [5], используемого в составе источника питания для электротехнологических установок с индукционным нагревом, который позволяет преобразовать выходное напряжение полупроводникового преобразователя величиной U_вх = 400–800 В до пониженного напряжения с коэффициентом трансформации k_т = 3–24, которое используется, например, для питания катушки закалочного индуктора из одного или нескольких витков. Трансформатор может использоваться при номинальной мощности до 800 кВА (при частоте 2400 Гц и номинальном первичном напряжении 800 В).

Рис. 2. Однофазный высокочастотный закалочный трансформатор ТЗ4-800

По величине номинального напряжения обмоток высшего напряжения трансформаторы разделяются на устройства низкого напряжения (при величине напряжений обмоток до 1000 В), трансформаторы высокого напряжения (напряжение обмоток выше 1000 В), а также высокопотенциальные трансформаторы, у которых напряжения на обмотках не превышают 1000 В, однако междуобмоточные напряжения могут превышать 1000 В [2].

По числу фаз трансформаторы для источников вторичного питания разделяются на однофазные, трехфазные и многофазные (число фаз больше трех). Наибольшее распространение в источниках питания для полупроводниковых преобразователей и радиоэлектронной аппаратуры при малой и средней мощности получили однофазные трансформаторы.

В рассматриваемых областях применения в трансформаторах могут использоваться следующие конструкции сердечников: стержневые, броневые, тороидальные, трехфазные. В стержневых сердечниках обмотки наматываются на два боковых стержня, а верхнее и нижнее ярма предназначены для замыкания магнитного потока. В броневых сердечниках обмотки наматываются на стержне в центре магнитопровода, по бокам которого располагаются ярма, замкнутые со стержнем. Магнитопровод тороидальной конструкции представляет собой кольцо, на которое наматываются обмотки (на все кольцо или на его части). В трехфазных магнитопроводах обмотки трех фаз выполнены на трех стержнях, которые замкнуты ярмами для проведения магнитного потока (рис. 3) [2, 4]. Рассмотренный трансформатор ТПП-322-220-50 выполнен на стержневом магнитопроводе.

а)                         б)                     в)                      г)

Рис. 3. Типы сердечников трансформаторов:

а – броневой; б – стержневой; в – тороидальный; г – трехфазный

По типу охлаждения рассматриваемые трансформаторы выполняются с воздушным (рис. 1) (естественным или принудительным от вентилятора) охлаждением или с принудительным водяным охлаждением за счет протекающей в полостях обмоток (выполненных из медных трубок с изоляцией) воды (рис. 2). Водяное охлаждение сердечников обеспечивается за счет протекания воды через трубки, механически соединенные с специальными радиаторными пластинами, размещенными в сердечнике [3] и отводящими от него тепло (рис. 4).

Рис. 4. Способ водяного охлаждения сердечников трансформаторов  при помощи радиаторных пластин и трубок