ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ТРАНСФОРМАТОРА :

ТРАНСФОРМАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ, статическое (не имеющее подвижных частей) устройство для преобразования переменного напряжения по величине. В основе действия Т. э. лежит явление индукции электромагнитной. Т. э. состоит из одной первичной обмотки (ПО), одной или неск. вторичных обмоток (ВО) и ферромагнитного сердечника (магнитопровода), обычно замкнутой формы (см. рис.). Все обмотки расположены на магнитопроводе и индуктивно связаны между собой (Индуктивность взаимная). Иногда вторичной обмоткой служит часть ПО (или наоборот); такие Т. э. наз. автотрансформаторами. Концы ПО (вход трансформатора) подключают к источнику переменного напряжения, а концы ВО (его выход) - к потребителям. Переменный ток в ПО приводит к появлению в магнитопроводе переменного магнитного потока. В реальных Т. э. часть магнитного потока замыкается вне магнитопровода, образуя т. н. потоки рассеяния; однако в высококачеств. Т. э. потоки рассеяния малы по сравнению с основным потоком (потоком в магнитопроводе).

Основной поток Ф₀ создаёт в ПО и ВО эдс е₁ и е₂ : e₁ = - w₁dФ₀/dt и е₂ = -w₂dФ₀/dt, где w₁ и w₂ - числа витков в соответствующих обмотках. Отношение е₁/е₂ = w₁/w₂= k наз. коэффициентом трансформации. Напряжения, токи и эдс в обмотках (без учёта эдс, наводимых потоками рассеяния) связаны соотношениями:

где r₁ и r₂, u₁ и u₂, i₁ и i₂ - активные сопротивления обмоток, напряжения и токи в них. Если напряжение и₁, приложенное к ПО, синусоидальное, то магнитный поток Фо и эдс e₁ и е₂ будут также синусоидальными, поэтому при анализе работы Т. э. удобно рассматривать действующие значения эдс E₁и Е₂, напряжений U₁ и U₂ и токов I₁ и I₂. В случае режима холостого хода (ВО разомкнута), пренебрегая активным сопротивлением в ПО и учитывая, что I₂ = 0, имеем U₁ + E₁ = 0 и U₂ = = Е₂, т. е. (без учёта знака)

Осн. магнитный поток в режиме холостого хода создаётся относительно малым намагничивающим током (током холостого хода I₀) в ПО. Если Т. э. нагружен (ВО подключена к нагрузке и по ней протекает ток), магнитодвижущая сила ВО (произведение I₂w₂) компенсируется соответствующим увеличением магнитодвижущей силы ПО (I₁w₁ -I₀w₁) и величина осн. магнитного потока остаётся практически такой же, как и в режиме холостого хода (т. е. сохраняется условие U₁ + Е₁ = 0). Отсюда, пренебрегая током холостого хода, имеем: I₁w₁ = I₂w₂.

Т. э. был впервые использован в 1876 П. Н. Яблочковым в цепях электрич. освещения. В 1890 М. О. Доливо-Доброволъский разработал трёхфазный Т. э. Дальнейшее развитие Т. э. заключалось в совершенствовании их конструкции, увеличении мощности и кпд, улучшении изоляции обмоток. В наст. время (сер. 70-х гг. 20 в.) существует мн. типов Т. э., получивших распространение в различных областях техники.

Осн. вид Т. э.- силовые трансформаторы, среди к-рых наиболее представит. группу составляют двухобмоточные силовые Т. э., устанавливаемые на линиях электропередачи (ЛЭП). Такие Т. э. повышают напряжение тока, вырабатываемого генераторами электростанций, с 10-15 кв до 220-750 кв, что позволяет передавать электроэнергию по воздушным ЛЭП на неск. тыс. км. В местах потребления электроэнергии при помощи силовых Т. э. высокое напряжение преобразуют в низкое (220 в, 380 в и др.). Многократное преобразование электроэнергии требует большого кол-ва силовых Т. э., поэтому их суммарная мощность в энергосистеме в неск. раз превышает мощность источников и потребителей энергии. Мощные силовые Т. э. имеют кпд 98-99%. Их обмотки изготовляют, как правило, из меди, магнитопроводы - из листов холоднокатаной электротехнич. стали толщиной 0,5-0,35 мм, имеющей высокую магнитную проницаемость и малые потери на гистерезис и вихревые токи.
 
 

Схема простейшего электрического трансформатора: 1 и 2 - первичная и вторичная обмотки соответственно с числом витков w₁и w₂; 3 - сердечник; Ф₀ - основной магнитный поток; Ф₁ и Ф₂ - потоки рассеяния; I₁ и I₂ - токи в первичной и вторичной обмотках; U₁ - напряжение на первичной обмотке; R_H - сопротивление нагрузки.

 
 

Магнитопровод и обмотки силового Т. э. обычно помещают в бак, заполненный минеральным маслом, к-рое используется для изоляции и охлаждения обмоток. Такие Т. э. (масляные) обычно устанавливают на открытом воздухе, что требует улучшенной изоляции выводов и герметичности бака. Т. э. без масляного охлаждения наз. сухими. Для лучшего отвода тепла Т. э. снабжают трубчатым радиатором, омываемым воздухом (в ряде случаев - водой). В грозоупорных трансформаторах применяют обмотки, конструкция к-рых устраняет появление опасных напряжений на изоляции. Иногда два или более Т. э. включают последовательно ( Каскадный трансформатор). В ряде случаев используют трансформаторы с регулированием под нагрузкой. Среди сухих силовых Т. э. обширный класс составляют трансформаторы малой мощности с большим числом вторичных обмоток (многообмоточные); их часто применяют в радиотехнич. устройствах и системах автоматики.

Помимо силовых, существуют Т. э. различных типов, предназначенные для измерения больших напряжений и токов ( Измерительный трансформатор, Трансформатор напряжения, Трансформатор тока), снижения уровня помех проводной связи ( Отсасывающий трансформатор), преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсное (Пик-трансформатор), преобразования импульсов тока и напряжения (Импульсный трансформатор), выделения переменной составляющей тока, разделения электрич. цепей на гальванически не связанные между собой части, их согласования и т. д. Радиочастотные Т. э. служат для преобразования напряжения ВЧ; их изготовляют с магнитопроводом из магнитодиэлектрика либо без магнитопровода; в радиопередатчиках мощность таких Т. э. достигает неск. сотен квт.

B.C. Хвостов.
 
 

ИНФОРМАЦИЯ ПО ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СТЕКЛА:

Технология С. Произ-во С. состоит из след, процессов: подготовки сырьевых компонентов, получения шихты, варки С., охлаждения стекломассы, формования изделий, их отжига и обработки (термической, химической, механической). К гл. компонентам относят стеклообразующие вещества (природные, напр. SiO₂, и искусственные, напр. Na₂CO₃), содержащие основные (щелочные и щёлочноземельные) и кислотные окислы. Главный компонент большинства промышленных С.- кремнезём (кремния двуокись), содержание к-рого в С. составляет от 40 до 80% (по массе), а в кварцевых и кварцоидных от 96 до 100%. В стекловарении обычно в качестве источника кремнезёма используют кварцевые стекольные пески, которые в случае необходимости обогащают. Сырьём, содержащим борный ангидрид, являются борная кислота, бура и др. Глинозём вводится с полевыми шпатами, нефелином и т. д.; щелочные окислы - с кальцинированной содой и поташом; щёлочноземельные окислы - с мелом, доломитом и т. п. Вспомогат. компоненты - соединения, придающие то или иное свойство, напр. окраску, ускоряющие процесс варки и т. д. Напр., соединения марганца, кобальта, хрома, никеля используются как красители, церия, неодима, празеодима, мышьяка, сурьмы - как обесцвечиватели и окислители, фтора, фосфора, олова, циркония - как глушители (вещества, вызывающие интенсивное светорассеяние); в качестве осветлителей применяют хлорид натрия, сульфат и нитрат аммония и др. Все компоненты перед варкой просеиваются, сушатся, при необходимости измельчаются, смешиваются до полностью однородной порошкообразной шихты, к-рая подаётся в стекловаренную печь.

Процесс стекловарения условно разделяют на несколько стадий: силикато-образование, стеклообразование, осветление, гомогенизацию и охлаждение ("студку").

При нагревании шихты вначале испаряется гигроскопическая и химически связанная вода. На стадии силикатообразования происходит термическое разложение компонентов, реакции в твёрдой и жидкой фазе с образованием силикатов, к-рые вначале представляют собой спекшийся конгломерат, включающий и не вступившие в реакцию компоненты. По мере повышения темп-ры отд. силикаты плавятся и, растворяясь друг в друге, образуют непрозрачный расплав, содержащий значит, количество газов и частицы компонентов шихты. Стадия силикатообразования завершается при 1100-1200 ⁰C.

На стадии стсклообразова-н и я растворяются остатки шихты и удаляется пена - расплав становится прозрачным; стадия совмещается с конечным этапом силикатообразования и протекает при темп-ре 1150-1200 ⁰C. Собственно стсклообразованием называют процесс растворения остаточных зёрен кварца в силикатном расплаве, в результате чего образуется относительно однородная стекломасса. В обычных силикатных С. содержится ок. 25% кремнезёма, химически не связанного в силикаты (только такое С. оказывается пригодным по своей хим. стойкости для практич. использования). Стеклообразование протекает значительно медленнее, чем силикатообразование, оно составляет ок. 90% от времени, затраченного на провар шихты и ок. 30% от общей длительности стекловарения.

Обычная стекольная шихта содержит ок. 18% химически связанных газов (CO₂, SО2, O₂ и др.). В процессе провара шихты эти газы в основном удаляются, однако часть их остаётся в стекломассе, образуя крупные и мелкие пузыри.

С о с т а в некоторых промышленных стёкол
 

Стекло	Химический состав, %
	SiO2	B2O3	Al2O3	MgO	CaO	BaO	PbO	Na2O	K2O	Fe2O3	SO3
Оконное	71,8	-	2	4,1	6,7	-	-	14,8	-	0,1	0,5
Тарное	71,5	-	3,3	3,2	5,2	-	-	16	-	0,6	0,2
Посудное	74	-	0,5	-	7,45	-	-	16	2	0,05	-
Хрусталь	56,5	-	0,48	-	1	-	27	6	10	0,02	-
Химико- лабораторное	68,4	2,7	3,9	-	8,5	-	-	9,4	7,1	-	-
Оптическое	41,4	-	-	-	-	-	53,2	-	5,4	-	-
Кварцоидное	96	3,5	-	-	-	-	-	0,5	-	-	-
Электроколбочное	71,9	-	-	3,5	5,5	2	-	16,1	1	-	-
Электровакуумное	66,9	20,3	3,5	-	-	-	-	3,9	5,4	-	-
Медицинское	73	4	4,5	1	7	-	-	8,5	2	-	-
Жаростойкое	57,6	-	25	8	7,4	-	-	-	2	-	-
Термостойкое	80,5	12	2	-	0,5	-	-	4	1	-	-
Термометрическое	57,1	10,1	20,6	4,6	7,6	-	-	-	-	-	-
Защитное	12	-	-	-	-	-	86	-	2	-	-
Радиационно-стойкое	48,2	4	0,65	-	0,15	29,5	-	1	7,5	-	-
Стеклянное волокно	71	-	3	3	8	-	-	15	-	-	-

На стадии осветления при длит. выдержке при темп-ре 1500-1600 °С уменьшается степень пересыщения стекломассы газами, в результате чего пузырьки больших размеров поднимаются на поверхность стекломассы, а малые растворяются в ней. Для ускорения осветления в шихту вводят осветлители, снижающие поверхностное натяжение стекломассы; стекломасса перемешивается спец. огнеупорными мешалками или через неё пропускают сжатый воздух или др. газ.

Одновременно с осветлением идёт гомогенизация - усреднение стекломассы по составу. Неоднородность стекломассы обычно образуется в результате плохого перемешивания компонентов шихты, высокой вязкости расплава, замедленности диффузионных процессов. Гомогенизации способствуют выделяющиеся из стекломассы газовые пузыри, к-рые перемешивают неоднородные микроучастки и облегчают взаимную диффузию, выравнивая концентрацию расплава. Наиболее интенсивно гомогенизация осуществляется при механич. перемешивании (наибольшее распространение эта операция получила в произ-ве оптич. С.).

Последняя стадия стекловарения - охлаждение стекломассы ("студка") до вязкости, необходимой для формования, что соответствует темп-ре 700- 1000 ⁰C. Гл. требование при "студке" - непрерывное медленное снижение темп-ры без изменения состава и давления газовой среды; при нарушении установившегося равновесия газов образуется т. н. вторичная мошка (мелкие пузыри).

Процесс получения нек-рых С. отличается специфическими особенностями. Напр., плавка оптического кварцевого С. в электрических стекловаренных печах ведётся сначала в вакууме, а в конце плавки - в атмосфере инертных газов под давлением. Произ-во каждого типа С. определяется технологической нормалью.

Формование изделий из стекломассы осуществляется механич. способом (прокаткой, прессованием, прессовыдуванием, выдуванием и т. д.) на стеклоформующих машинах. После формования изделия подвергают термич. обработке (отжигу).

В результате отжига (выдержки изделий при темп-ре, близкой к темп-ре размягчения С.) и последующего медленного охлаждения происходит релаксация напряжений, появляющихся в С. при быстром охлаждении. В результате т. н. закалки в С. возникают остаточные напряжения, обеспечивающие его повышенную механич. прочность, термостойкость и специфический (безопасный) характер разрушения в сравнении с обычным С. (закалённые С. применяют для остекления автомобилей, вагонов и т. п. целей).

СТЕКЛОВАРЕННАЯ ПЕЧЬ, предназначается для варки стекла и его подготовки к формованию BCn шихта (сырьевые компоненты) в процессе нагревания (обычно до 1500-1600 ⁰C) проходит стадии силикатообразования, взаимного растворения силикатов и остаточного кремнезема, осветления (обезгаживания), а затем превращается в стекломассу, пригодную для формования изделий К периодически м С п. относятся горшковые, а также небольшие ванные печи Эти С п применяются для варки спец стекол оптического стекла, цветного, светотехнического стекла, хрусталя и др , выработка к рых производится в основном вр}чную. Горшковые С п обычно вмещают 6- 8 горшков (огнеупорные сосуды из шамота, каолина или кварца емкостью от 100 до 1000 кг стекломассы), реже 12- 16 горшков (при произ ве литого стекла) В процессе работы печь нагревают, в горшки засыпают стеклянный бой и шихту, стекломассу варят до готовности, затем стекло вырабатывают, и процесс возобновляется Горшковые С п весьма неэкономичны (кпд OK 8%), но в них мож но одновременно варить стекла разного состава, причем в горшках сравнительно легко осуществить перемешивание и получить однородную стекломассу, необходимую для изготовления оптического и др. стекла Более экономичны периодические ванные С. п.. применяющиеся преим. для варки тугоплавких, цвегных и др. стёкол.

В непрерывно действующих ванных С. п. осуществляется варка массовых пром. стёкол (листовое стекло, тарное и др.), вырабатываемых машинным способом (Стеклоформующая машина). В таких С. п. стадии варки протекают в определ. зонах при последующем перемещении расплава по длине печи. Варочная часть печи объединяет зоны варки, осветления и гомогенизации, выработочная - зоны "студки" и выработки. Конструкции ванных С. п. различаются по направлению пламени (поперечное, подковообразное и др.), способу выделения варочной и выработочной частей в стекольном расплаве (например, плавающих шамотных тел) и способу разделения подсводного газового пространства печи (снижение свода, экран и пр.). Например, для производства листового стекла применяют непрерывно действующие ванные печи с поперечным пламенем; длина бассейна до 60 м, ширина 10 м, глуб. до 1,5 м, бассейн вмещает до 2,5 тыс. т стекломассы. Производительность непрерывных ванных С. п. до 300 т/сут и более стекломассы. Бассейны ванных печей сооружаются из огнеупоров.

 H. M. Павлушкин.

1 2 3 4