Трансформаторы малой мощности - Классификация

КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ (Т. М. М.)
Помимо перечисленных во введении, можно указать также такие виды специальных т. м. м., как пиковые, измерительные и различного рода согласовывающие (выходные трансформаторы являются частным случаем последних). Теория и расчет этих видов трансформаторов в книге не рассматриваются. Вопросам проектирования импульсных и пиковых трансформаторов посвящены работы д-ра техн. наук Н. П. Ермолина и д-ра техн. наук Я. С. Ицхоки, согласовывающих трансформаторов — работы д-ра техн. наук Г. С. Цыкина. Не рассматриваются также т. м. м с подмагничиваемым шунтом, разработанные под руководством д-ра техн. наук А. М. Бамдаса. Классификация т. м. м. может быть произведена по ряду признаков.
§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ
По мощности. По величине номинальной мощности (в пределах рассматриваемой категории трансформаторов малой мощности) удобно выделить три группы трансформаторов: малые, средние и большие. Таким образом, термины «большой трансформатор малой мощности» или, что то же, «т. м. м. большой мощности» не должны казаться курьезом.
К малым т. м. м. можно отнести трансформаторы мощностью в единицы и немногие десятки вольт-ампер, к трансформаторам средней мощности — мощностью от нескольких десятков до нескольких сотен вольт-ампер и к большим т. м. м.— от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт-ампер.
По системе тока. Т. м. м. в подавляющем большинстве случае  делают однофазными. Однако в последние годы начинают находить применение также и трехфазные трансформаторы.
По рабочей частоте. Это один из важнейших признаков, характеризующих трансформатор. По частоте питания трансформаторы можно разбить на четыре группы: нормальной частоты — 50 Гц, повышенной частоты— 100—10 000 Гц ультразвуковой частоты — свыше 10000 Гц, высокой частоты — свыше 100 000 Гц.
Т. м. м. последней группы в книге не рассматриваются Особое место занимают импульсные трансформаторы, трансформирующие импульсы напряжения и тока определенной формы.
По напряжению. Этот признак характеризует величину наивысшего напряжения, на которое должна быть рассчитана изоляция какой-либо одной, нескольких или всех обмоток трансформатора. По этому признаку т. м. м. можно разделить на низковольтные и высоковольтные. К первым относятся трансформаторы низкого напряжения, у которых рабочее напряжение ни одной из обмоток не превышает 1000—1500 в. Говоря о   трансформаторах высоковольтных, надо выделить два принципиально различных случая.
В первом случае какие-либо обмотки трансформатора имеют высокое номинальное напряжение (выше 1000—1500 в). Это предопределяет необходимость выполнения надежной изоляции между отдельными обмотками трансформатора, между каждой обмоткой и корпусом, а также и слоевой изоляции в самих высоковольтных обмотках.
Во втором случае рабочие напряжения обмоток сами по себе невысоки, но в силу схемных особенностей высокие напряжения существуют между обмотками или по отношению к корпусу. Поскольку в этом случае требуется выполнение высоковольтной изоляции между обмотками или корпусной (или и той и другой), трансформатор следует отнести к высоковольтным. Однако слоевая изоляция здесь будет низковольтной, поэтому подобные трансформаторы рационально выделить как трансформаторы с высоким потенциалом.
Может встретиться и такой случай, когда высокий потенциал на обмотках трансформатора нормально отсутствует, но может возникнуть при каком-либо предусматриваемом аварийном режиме схемы. Подобный трансформатор также необходимо отнести к разряду высоковольтных.

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ДРУГИМ ПРИЗНАКАМ

По типу конструкции. Конструктивных особенностей, отличающих различные трансформаторы, может быть очень много. В частности, важным моментом является способ изготовления сердечника, о чем подробно будет сказано в гл. II. Однако основным фактором, определяющим характер конструкции трансформатора, является тип конструкции или, точнее, конфигурация сердечника. Однофазные трансформаторы выполняют броневыми, стержневыми и тороидальными. Сердечники этих трех типов конструкций изображены на рис. 1.
Катушка у броневого трансформатора располагается ИЯ среднем стержне. У стержневого трансформатора катушки находятся на обоих стержнях. В отдельных случаях применяются и стержневые трансформаторы с одной катушкой, сидящей на одном из стержней и заполняющей все окно. У тороидального трансформатора обмотки наматываются непосредственно на сердечник равномерно по окружности. Каждый из этих типов трансформаторов имеет свои достоинства и недостатки, определяющие целесообразность их применения. Вопрос этот будет рассмотрен далее.
Сердечник трехфазного трансформатора (см. рис. 1) внешне напоминает броневой сердечник однофазного трансформатора, однако сходство это чисто формальное.

Рис. 1. Сердечники различных типов трансформаторах малой мощности (наборные из пластин): а — броневой (Ш-образный); б — стержневой (П-образный); в — тороидальный (О-образный); г — трехфазный (Е-образный).
По существу же это сердечник стержневой. Три катушки (три фазы) располагаются здесь каждая на своем стержне. Говоря далее «стержневой трансформатор», мы будем всегда иметь в виду трансформатор однофазный, именуя же стержневой трехфазный трансформатор, слово «стержневой» будем опускать.
По режиму работы. Т. м. м. могут быть продолжительного, кратковременного, повторно-кратковременного режимов работы, а также разового действия. Следует отметить, что среди повторно-кратковременных режимов особое место занимают импульсные режимы работы, когда время паузы во много раз (десятки и сотни) превышает время работы, т. е. продолжительность включения составляет проценты и доли процента. Такие режимы распространены в радио- и гидролокационной технике, причем работа может происходить либо импульсами специальной формы (импульсные трансформаторы), либо на повышенных и ультразвуковых частотах.
При отсутствии оговорок речь всегда будет идти о трансформаторах продолжительного режима, т. е. такого режима работы, когда за один цикл включения трансформатор достигает установившегося теплового состояния.
По областям применения трансформаторы малой мощности также необходимо разграничивать, поскольку для разных условий устанавливаются различные сроки службы, величины рабочих температур, механической прочности, экономических показателей и т. д. Например, для массовой радиовещательной и телевизионной аппаратуры при малом весе и габаритах требуется возможная дешевизна трансформатора. Расширение экономических связей со странами Африки и Азии потребовало разработки аппаратуры, годной к использованию в тропическом климате с присущими ему высокой влажностью, повышенной температурой и активной микробиологической (грибковой) флорой.
Дальнейший прогресс авиационной техники требует непрерывного повышения теплостойкости аппаратуры вплоть до температур 500—600°. Бурно развивающиеся области науки и техники по использованию в мирных целях атомной энергии нуждаются в изделиях, выдерживающих интенсивные радиоактивные облучения. Подобные (примеры могут быть продолжены и далее.
Не имея возможности привести здесь полную классификацию трансформаторов по рассматриваемым признакам, выделим два важнейших обстоятельства, влияющих как на конструкцию, так и на расчет трансформаторов,— срок службы и температуру окружающей среды (следствием этих факторов является величина допустимого перегрева).
В этом отношении необходимо выделить следующие основные группы т. м. м.: трансформаторы общего применения (гражданская промышленность); трансформаторы авиационной аппаратуры; трансформаторы судовой аппаратуры; трансформаторы наземной аппаратуры специального назначения. Ориентировочные сроки службы и значения температуры окружающей среды для этих групп трансформаторов приведены для обычных условий в табл. 1. В отдельных случаях эти величины могут быть и существенно иными.
Таблица 1
Области применения трансформаторов малой мощности

* Температура по всей книге указывается в градусах Цельсия.
Американские нормы устанавливают для t. м. м. военной аппаратуры три градации по сроку службы: не менее 10 000 час., не менее 2500 час., 500 час. и менее с конкретным указанием срока.