• 1 Трансформатори для випрямних установок
  • 2 Трансформатори для автоматичних пристроїв

  • Скачать 14.91 Mb.


    страница6/68
    Дата29.01.2019
    Размер14.91 Mb.
    ТипУчебник

    Скачать 14.91 Mb.

    Конструкція трансформаторів


    1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   68

    Самостійна робота №6



    Тема: ТР для випрямлюючих та автоматичних пристроїв.

    Мета: ознайомитися з принципом дії ТР та їх видами для випрямлюючих та автоматичних установок.

    Питання, що виносяться на самостійне вивчення:

    1 Трансформатори для випрямних установок

    2 Трансформатори для автоматичних пристроїв

    Література: Электрические машины: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования/ М. М. Кацман. – 6-е изд., испр. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 496 с.

    Питання для самоконтролю:

    1 Дайте визначення потоку змушеного намагнічування.

    2 Які є схеми випрямлення?

    3 Опишіть принцип дії ТР для випрямляючих установок.

    4 Опишіть принцип дії імпульсних ТР.

    5 Які магнітопроводи застосовують в імпульсних ТР?

    6 Опишіть принцип дії пік-трансформаторів.

    7 Для чого призначені перетворювачі частоти?



    1 Трансформатори для випрямних установок


    У вторинні обмотки цих трансформаторів включені вентилі - пристрою, що володіють однобічною провідністю.

    Розглянемо роботу однофазного трансформатора в схемі однополупериодного випрямлення (мал. 5.3, а). Струм у вторинній обмотці цього трансформатора i2 є пульсуючої, тому що він створюється тільки позитивними напівхвилями вторинної напруги U2 (мал. 5.3, б). Цей пульсуючий струм має дві складові: постійну

    (5.2)



    і змінну

    (5.3)



    Зневажаючи струмом х.х. і з огляду на (5.3), рівняння МДС розглянутого трансформатора можна записати у вигляді

    (5.4)




    Рис. 5.3. Трансформатор у схемі випрямлення
    У первинну обмотку трансформується лише змінна складова вторинного струму (5.3), тому МДС Idw2 залишається неврівноваженої й створює в магнитопроводе трансформатора постійний магнітний потік Фd, називаний потоком змушеного намагнічування. Цей потік викликає додаткове магнітне насичення елементів магнитопровода; для того щоб це насичення не перевищувало припустимого значення, необхідно збільшити перетин сердечників й ярем. Ця міра приводить до збільшення витрати сталі й міді, тобто веде до підвищення габаритів, ваги й вартості трансформатора. Цей недолік однофазної однополупериодной схеми поширюється й на трифазну однополупериодную схему при сполуці вторинної обмотки трансформатора за схемою «зірка-зірка з нульовим висновком» (мал. 5.3, в). У цьому випадку магнітний потік змушеного намагнічування Фd значно менше, тому що, діючи одночасно у всіх трьох стрижнях магнитопровода, він замикається поза магнитопровода — через мідь, повітря, стінки бака — аналогічно третім гармонікам основного магнітного потоку. Однофазну однополупериодную схему застосовують лише для малопотужних випрямлячів, що порозумівається не тільки недоліком, викликаним наявністю потоку Фd, але й значними пульсаціями выпрямленного струму. Трифазна однополупериодная схема сполуки вторинної обмотки в зірку з нульовим висновком також обмежується випрямлячами невеликої потужності. Якщо ж вторинну обмотку з'єднати в равноплечий зиґзаґ з нульовим висновком, то недоліки однополупериодной схеми випрямлення, обумовлені виникненням потоку Фd, усуваються. Порозумівається це тим, що при сполуці в равноплечий зиґзаґ на кожному стрижні виявляються дві вторинні котушки із зустрічною сполукою. При трифазної однополупериодной схемі струм Id проходячи по всіх фазах вторинної обмотки, створює в кожному стрижні два потоки Фd/2, але тому що ці потоки спрямовані в різні сторони, то вони взаємно врівноважуються. Це достоїнство схеми сполуки обмоток у зиґзаґ дозволяє застосовувати трифазну однополупериодную схему при значних потужностях.

    В двухнапівперіодних схемах, коли струм у вторинному ланцюзі трансформатора створюється протягом обох напівперіодів, умови роботи трансформатора виявляються набагато краще й неврівноваженої МРС не виникає.

    Іншою обставиною, що небажано впливає на роботу трансформаторів у схемах випрямлення, є несинусоїдальна форма струмів в обмотках. У результаті в первинній і вторинній обмотках з'являються струми вищих гармонік, що погіршують експлуатаційні показники трансформатора, що зокрема знижують його ККД.



    Кількісно вплив різних причин на роботу трансформаторів у схемах випрямлення залежить від ряду факторів: схем випрямлення, наявності фільтра, що згладжує, характеру навантаження.

    У зв'язку з тим що первинний і вторинний струми трансформаторів мають різні діючі значення (через їх несинусоидальности), розрахункові потужності первинної й вторинної обмоток того самого трансформатора неоднакові (S1ном ≠ S2ном). Тому для оцінки потужності трансформатора, що працює у випрямній схемі, уводяться поняття типової потужності



    (5.5)

    і коефіцієнта типової потужності

    (5.6)



    де вихідна потужність, тобто потужність, що надходить у споживач постійного струму,

    (5.7)



    у номінальному режимі (при номінальних напругах Udном і струмі Id ном).

    Типова потужність трансформатора завжди більше його вихідної потужності, тобто kт>1. Пояснюється це тим, що при будь-якій схемі випрямлення U2 > Ud й I2>Id

    Із цього треба, що габарити й вага трансформаторів для випрямлячів завжди більше, ніж у трансформаторів такої ж вихідної потужності, але при синусоїдальних струмах в обмотках. Це порозумівається тим, що в трансформаторах, що працюють у випрямних схемах, корисна потужність визначається постійної складової вторинного струму Id а нагрівання обмоток — повним вторинним I2 і первинним I1 струмами, що містять вищі гармонійні.

    При виборі трансформатора для випрямної установки або ж при його проектуванні необхідно знати значення коефіцієнта kТ.

    Значення змінної напруги на виході вторинної обмотки трансформатора, необхідного для одержання заданого номінального значення постійної напруги Udном, визначається вираженням

    (5.8)

    де k— коефіцієнт напруги.

    Значення коефіцієнтів напруги ku і типової потужності kт для деяких найпоширеніших схем випрямлення наведені нижче.


    Схеми випрямлення

    k

    k

    Однофазна однонапівперіодна

    Однофазна двухнапівперіодна бруківка

    Однофазна двухнапівперіодна з нульовим висновком

    Трифазна з нульовим висновком

    Трифазна бруківка


    2,22

    1,11


    1,11

    0,855


    0,427

    3,09

    1,23


    1,48

    1,345


    1,05

    Порівняння різних схем випрямлення показує, що краще використання трансформатора забезпечується в мостових схемах випрямлення, для яких коефіцієнт k має мінімальні значення.

    2 Трансформатори для автоматичних пристроїв


    Імпульсні трансформатори. Застосовуються в пристроях імпульсної техніки для зміни амплітуди імпульсів, виключення постійного складової, розмноження імпульсів і т.п. Одне з основних вимог, пропонованих до імпульсних трансформаторів, - мінімальне перекручування форми імпульсів, що трансформують.

    Для з'ясування принципової можливості трансформування короткочасних однополярних імпульсів розглянемо ідеальний трансформатор (без втрат і паразитних ємностей), Що Працює без навантаження. Допустимо, на вхід цього трансформатора надходять однополярні імпульси прямокутної форми тривалістю tи з періодом T (мал. 5.4, а). Первинний контур трансформатора володіє деякої постійної часу = L1/r1 , обумовленою індуктивністю цього контуру.



    Рис. 5.4. Графіки напруги в імпульсному трансформаторі
    Розглянемо випадок, коли постійна часу набагато менше тривалості імпульсу: << tи. При цьому графік первинного струму i1 = f(t) має вигляд кривої, що відрізняється від прямокутника. Крива ж вторинної напруги й2 = f(t) значно перекручена. При цьому в інтервалі часу 1—2 напруга U2 = ПРО, тому що при t1 = const ЭДС е2 = M(di/dt) = 0, де М — взаємна індуктивність між обмотками. Отже, при << tи трансформування імпульсів неможливо.

    Розглянемо інший випадок, коли << tи. Цей випадок більше реальний, тому що тривалість імпульсів звичайно не перевищує 10-4с. Тепер, коли імпульс й1 припиняється ще до закінчення перехідного процесу в первинному ланцюзі, імпульси на виході трансформатора й2 не мають значних перекручувань (мал. 5.4, б). При цьому негативна частина імпульсу легко усувається включенням діода у вторинний ланцюг трансформатора.

    Розглянуті явища виявляють лише принципову можливість трансформування короткочасних однополярних імпульсів без особливих перекручувань їхньої форми. При більше докладному розгляді роботи імпульсного трансформатора електромагнітні процеси в ньому виявляються набагато складніше, тому що на них значний вплив роблять явище гістерезису, вихрові струми, паразитні ємнісні зв'язки (між витками й обмотками) і індуктивності розсіювання обмоток. Для ослаблення небажаного впливу перерахованих факторів імпульсні трансформатори проектують таким чином, щоб вони працювали з лінійною магнітною характеристикою, тобто з таким значенням магнітної індукції в сердечнику, при якому робоча крапка розташована нижче зони магнітного насичення на кривій намагнічування трансформатора. Крім того, магнітний матеріал сердечника повинен мати невелику залишкову індукцію (малою коерцитивною силою). Для зниження залишкової індуктивності магнитопровод імпульсного трансформатора в деяких випадках постачають невеликим повітряним зазором. Із цією же метою іноді застосовують підмагнічування трансформатора постійним струмом, полярність якого протилежна полярності імпульсів, що трансформують. Цей захід дозволяє знизити магнітну індукцію в сердечнику в інтервалі між імпульсами.

    Магнитопроводи імпульсних трансформаторів виготовляють із магнітних матеріалів з підвищеною магнітною проникністю (холоднокатана сталь, железоникелевые сплави й ін.) при товщині стрічки 0,02-0,35 мм. Іноді магнигопровод роблять із феррита.



    Щоб зменшити паразитні ємності й індуктивності розсіювання обмоток, їх намагаються робити з невеликим числом витків. При цьому мала тривалість імпульсів дозволяє виконувати обмотки імпульсних трансформаторів проведенням зменшеного перетину (застосовувати підвищені щільності струму), не викликаючи неприпустимих перегрівів. Останнє сприяє зменшенню габаритів імпульсних трансформаторів.

    Пік-трансформатори. Призначені для перетворення напруги синусоїдальної форми в імпульси напруги шпилястої форми. Такі імпульси напруги необхідні в ланцюгах керування тиристорів, тиратронів й ін. Принцип роботи пік-трансформатора заснований на явищі магнітного насичення феромагнітного матеріалу.


    Рис. 5.5. Пік-трансформатори з активним опором (а, 6) і магнітним шунтом (в, г)

    Пік-трансформатор з активним опором. Первинну обмотку трансформатора підключають до мережі синусоїдальної напруги U1 через великий активний додатковий опір RДОБ (рис, 5.5, а). Магнітну індукцію вибирають такий, щоб магнитопровод перебував у стані сильного магнітного насичення. Однак струм, що намагнічує, i1 при цьому буде мати синусоїдальну форму, тому що його значення визначається опором RДОБ. Магнітний потік Ф у магнитопроводе змінюється але сплощеній кривій (мал. 5.5, б), а вторинна ЕРС

    (5.9)



    має шпилясту форму (штрихова крива), досягаючи максимальних (пікових) значень у моменти часу, коли магнітний потік Ф и струм i1 проходять нульові значення, тобто коли швидкості їхньої зміни максимальні.

    Пик-трансформаторы з магнітним шунтом. Вторинна обмотка (мал. 5.5, в) розташована на стрижні зменшеного перетину, що перебуває в стані сильного магнітного насичення (крива потоку Ф2 має сплощену форму). Інші ділянки машшопровода магнитно не насичені, а тому крива потоку Ф1 = Фш + Ф2 має синусоїдальну форму (мал. 5.5, г). Сплощена форма кривій Ф2 =f(t) забезпечує одержання шпилястої форми вторинної ЭДС — штрихова крива [див. (5.9)].

    Магнитопроводы пік-трансформаторів виготовляють звичайно з железоникелевого сплаву (пермаллоя).

    Перетворювачі частоти. Поширення одержали трансформатори, за допомогою яких можливе подвоєння або потроєння частоти змінного струму.

    Розглянемо роботу трансформатора, що збільшує частоту змінного струму в три рази. Він складається із трьох однофазних трансформаторів, що працюють при сильно насиченому магнітопроводі. Первинні обмотки трансформаторів з'єднані зіркою, а вторинні - послідовно (мал. 5.6).



    Рис. 5.6. Потріювач частоти
    Намагнічуючий струм трансформатора крім основної містить третю гармоніку із частотою f3 = 3f1. При сполуці обмоток зіркою струми третьої гармоніки взаємно врівноважуються й тоді в складі магнітного потоку з'являється третя гармоніка Ф3. У трехстержневом магнитопроводе потоки цієї гармоніки ослаблені. Але в утроителе частоти магнитопроводы однофазних трансформаторів працюють незалежно, тому потоки Фз у них досягають більших значень і наводять у вторинних обмотках ЕРС третьої гармоніки е3. Тому що ЕРС е3 у всіх фазних обмотках збігаються по фазі те на виході утроителя частоти встановлюється напруга U3, рівне алгебраїчній сумі ЕРС е3 частотою f3=3f1. Що ж стосується ЕРС гармоніки, те хоча вона й наводиться у фазних обмотках утроителя, але в складі напруги на виході утроителя вона відсутній, тому що при зрушенні фаз між ЕРС в 120° їхня алгебраїчна сума дорівнює нулю.

    Для зниження спадання напруги у вторинних обмотках при навантаженні послідовно з обмотками включають конденсатор С, ємність якого компенсує індуктивність обмоток.

    Збільшення частоти в більше число раз можна здійснити застосуванням декількох трансформаторів для перетворення частоти, включених один за іншим (каскадно). Однак цей спосіб підвищення частоти економічно недоцільний, тому що зв'язано зі значною витратою активних матеріалів.

    1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   68

    Коьрта
    Контакты

        Главная страница


    Конструкція трансформаторів

    Скачать 14.91 Mb.