17.5Пик-трасфориаторы

Пик-трансформаторы предназначены для преобразования синусоидального напряжения, подводимого к первичной обмотке, в импульсы напряжения пикообразной формы, получаемые во вторичной обмотке. Пик-трансформаторы применяются в электронной технике для управления тиристорами. Для того чтобы во вторичной обмотке получить ЭДС пикообразной формы, необходимо, чтобы магнитный поток, сцепленный с этой обмоткой, имел уплощенную форму .Уплощение кривой магнитного потока происходит при насыщении магнитопровода.

Рис. 17.9. Схемы пик-трансформаторов (a и в) н зависимости магнитных потоков и вторичного напряжения от времени (б и г)

На рис. 17.9 показаны два варианта исполнения таких трансформаторов. В первом случае (рис. 17.9, а) трансформатор имеет сильно насыщенный магнитопровод и его первичная обмотка подключается на синусоидальное напряжение u₁ через резистор с большим сопротивлением R_д. Резистор R_д включается для ограничения тока в обмотке. При этом ток холостого хода ц в первичной обмотке будет синусоидальным, а магнитный поток Ф будет иметь сильно уплощенную форму. Формы кривых потока и напряжения вторичной обмотки показаны на рис, 17.9, б.

При втором исполнении пик-трансформатора (рис. 17.9, в) вторичная обмотка располагается на относительно тонком стержне, параллельно которому устанавливается магнитный шунт с почти линейной характеристикой. Первичная обмотка размещается на сравнительно толстом стержне. При этом магнитный поток Ф₁ проходящий по стержню 1, имеет синусоидальную форму (рис. 17.9, г) и замыкается через магнитный шунт 3 (поток Ф_ш) и стержень 2, на котором размещается вторичная обмотка (поток Ф₂). Стержень 2 сильно насыщается, поток Ф₂ уплощается, что обеспечивает пикообразную форму кривой напряжения U2 во вторичной обмотке (рис. 17.9, г).

17.6 Трансформаторы для вентильных устройств

Вентильные устройства предназначены для преобразования переменного тока в постоянный или наоборот. Основными элементами вентильных устройств являются электрические вентили - приборы, которые проводят электрический ток только в одном направлении.

В ряде случаев вентильные устройства подключают ко вторичной обмотке трансформатора, последовательно с нагрузкой. Трансформатор позволяет обеспечить такое переменное напряжение во вторичной обмотке, при котором выпрямленное выходное напряжение имеет заданное, обычно стандартное, значение. Соотношение между выпрямленным напряжением и переменным напряжением вторичной обмотки трансформатора зависит от схемы вентильного устройства. В некоторых случаях с помощью трансформатора увеличивают число фаз вторичного напряжения что способствует резкому снижению пульсаций выпрямленного тока и напряжения.

Работа трансформатора с вентильным устройством имеет свои особенности. Первая особенность состоит в том, что из-за поочередного отпирания вентилей ток в фазах вторичной обмотки протекает не одновременно, а только в течение части периода. По этой причине токи вторичной и первичной обмоток, имеют несинусоидальную форму и содержат высшие гармоники, которые увеличивают потери и снижают КПД трансформатора.

Кривые тока в первичной и вторичной обмотках могут иметь неодинаковую форму, вследствие чего действующие значения этих токов будут отличаться друг от друга не

(17.1)

только за счет разного числа витков, но и за счет несовпадения форм кривых. Тогда расчетные мощности первичной S_p1 и вторичной S_p2 обмоток, пропорциональные произведению действующих значений соответствующих. номинальных токов и напряжений, также могут быть различными. В этом случае расчетная мощность трансформатора, называемая типовой мощностью, будет равна полусумме расчетных мощностей обмоток:

(17.2)

Выпрямление требуется для получения на выводах нагрузки постоянного напряжения и постоянного тока. Поэтому полезная мощность, отдаваемая нагрузке, определяется мощностью постоянных составляющих:

где U и I - средние значения напряжения и тока на выходе вентильного устройства (на стороне постоянного тока).

Отношение S_тип/P >l зависит от схемы вентильного устройства. Отсюда следует, что при одной и той же выходной мощности размеры и масса трансформатора для вентильных устройств всегда больше, чем трансформатора, работающего при синусоидальных токах в его обмотках.

Вторая особенность работы трансформатора с вентильным устройством состоит в том, что при некоторых схемах этих устройств нарушается равновесие МДС первичной и вторичной обмоток, расположенных на одном стержне. Вследствие этого в трансформаторе создается постоянный магнитный поток, подмагничивающий магнитопровод в одном направлении и увеличивающий его насыщение. Во избежание сильного насыщения сечение магнитопровода приходится увеличивать, что приводит к увеличению массы трансформатора.

Рис.17.10 Схема однофазного однополупериодного выпрямительного устройства.

Рис. 17.11. Кривые изменения токов и напряжений в обмотках одно* фазного трансформатора выпрямительного устройства; о-в первичной обмотке; б — во вторичной обмотке

(17.3)

Описанные выше особенности работы трансформатора рассмотрим на примере простейшей однополупериодной схемы выпрямления (рис. 17.10), При чисто активной нагрузке и u₁ =U_1msin ωt ток во вторичной обмотке трансформатора i₂ протекает в течение одного полупериода (рис. 17.11,6). Этот ток можно представить в виде двух составляющих: постоянной I_ и переменной (i₂-I ). В первичную обмотку трансформируется только переменная составляющая тока вторичной обмотки (рис. 17.11, а)

(17.4)

Вследствие этого сумма МДС первичной и вторичной ©биоток не равна нулю:

Ток I_ является постоянным и создает неизменный во времени дополнительный поток, подмагничивающий магнитопровод трансформатора, что является недостатком однополупериодных выпрямителей.

(17.5)

Среднее значение (постоянная составляющая) напряжения в рассматриваемом случае равно

где U₂ - действующее значение вторичного напряжения трансформатора.

Поскольку U при расчете выпрямителя является заданным, то

(17.6)

(17.7)

Среднее значение - (постоянная составляющая) тока

где R_нг=- сопротивление нагрузки.

Действующие значения токов вторичной и первичной обмоток

(17.8)

Расчетные мощности обмоток трансформатора находят по произведениям действующих значений токов и напряжений обмоток:

(17.9)

гдеР =U I .

(17.10)

Расчетная (типовая) мощность трансформатора

Однополупериодным выпрямителям присущи следующие недостатки: появление дополнительного подмагничивающего потока, неполное использование трансформатора, повышенный уровень пульсаций выпрямленного напряжения. Поэтому однополупериодные схемы используются главным образом в выпрямителях небольшой мощности. В более благоприятных условиях работают трансформаторы при двухполупериодных схемах, так как в этом случае ток во вторичных обмотках протекает в течение обоих полупериодов и неуравновешенных МДС не возникает.