2292

частях сердечника (рис. 3.2 а). Они должны соединяться по-

следовательно и согласно. При встречном включении этих обмоток трансформатор выйдет из строя, так как их общая индуктивность будет значительно меньше индуктивностей отдельных обмоток (2.23). Так же симметрично располагаются вторичные обмотки.

Общий вид трансформаторов ТПП и ТН броневой конструкции показан на рис. 3.13. Примером может служить силовой трансформатор ТПП48 127/220 50, его условно-графи- ческое обозначение показано на рис. 3.14. Он может работать в сетях 127 В и 220 В с частотой 50 Гц, что и отражается в его маркировке, максимальная мощность 14 ВА.

На рис. 3.14 показаны две первичных обмотки с выводами 1-5 и 6-10, их номера указаны на корпусе трансформатора. Для питания от силовой сети 220 В необходимо соединить выводы 2 и 6, а напряжение сети подавать на выводы 1 и 8 первичной обмотки.

Рис. 3.13

Шесть вторичных обмоток с номерами выводов 11-12, 13-14, 15-16, 17-18, 19-20 и 21-22 в режиме холостого хода обеспечивают напряжения 13,8 В, 13,8 В, 13,8 В, 13,8 В, 1,5

51

В и 1,5 В при максимальных токах 0,61 А.

Рис. 3.14

Проведем приближенный расчет трансформатора на- пря-жения силовой сети. Исходными данными являются напряжение сети U1 220В , напряжения и токи вторичных

– где KПД 0,85 – коэффициент полезного действия, типовые

значения от 0,8 до 0,9.

Найдем необходимую площадь S поперечного сечения сердечника (см2) при соответствующей мощности P1 (Вт)

S 1,15 P1 5,58см2 .

Число витков первичной обмотки равно (площадь в

см2)

w1 50U1 1971.

S

Определим количество витков вторичных обмоток

w21 50U21 180,

S

52

w22 50U22 90.

S

Найдем диаметр провода в первичной обмотке (мм) при заданном напряжении (В) первичной обмотки

Диаметр провода вторичных обмоток равен (ток обмотки в амперах)

D21 0,8I21 0.57мм,

D22 0,8I22 0.8мм .

3.7. Трехфазный трансформатор

Для трансформации трехфазного тока можно воспользоваться однофазными трансформаторами, однако это приводит к большим затратам трансформаторной стали на сердечники трех трансформаторов. Если поместить обмотки трехфазного трансформатора на общем сердечнике, это значительно уменьшит его массу. На рис. 3.15 показана конструкция силового трехфазного трансформатора с тремя первичными (с выводами AX, BY, CZ) и тремя вторичными (ax, by, cz) обмотками, размещенными на трех параллельных стержнях общего магнитопровода.

Рис. 3.15

Для гармонических магнитных потоков фаз ФA , ФB ,

53

3.8. Высокочастотный трансформатор

Высокочастотный трансформатор предназначен для преобразования напряжений и токов высокой частоты. Его сердечник изготавливается из феррита различных марок или карбонильного железа. Для минимизации потоков рассеивания используются тороидальные сердечники (ферритовые кольца диаметром от 3 мм до десятков сантиметров).

Вряде случаев необходимы небольшие значения коэффициента связи (несколько процентов), при этом сердечник в трансформаторе отсутствует, а катушки располагаются рядом на пластмассовом каркасе.

3.9.Согласующий трансформатор

Вразличных электронных устройствах возникает необходимость в согласовании источника сигнала с внутренним

сопротивлением ZC и нагрузки ZН (рис. 3.16 а).

Известно [5], что максимум мощности в нагрузке обеспечивается при условии равенства ее сопротивления внутреннему сопротивлению источника,

(повторите необходимый материал).

54

1

(nu )2 RН RC

получим выражение для требуемого коэффициента трансформации напряжения

Для рассматриваемого примера

nu 75 2,73 ,

10

то есть необходимо использовать повышающий трансформатор. При единичном КПД трансформатора в нагрузку будет передана максимальная мощность (проведите расчет самостоятельно).

3.10.Гальваническая развязка

Втрансформаторе между первичной и вторичными обмотками ток не протекает (отсутствует гальваническая связь), а мощность передается с помощью переменного магнитного поля благодаря электромагнитной индукции. Например, силовой трансформатор обеспечивает гальваническую развязку нагрузки и сети переменного тока, при этом один из полюсов нагрузки может быть безопасно заземлен или соединен с корпусом устройства (рис. 3.17). Автотрансформатор

не обеспечивает гальваническую развязку.

Рис. 3.17

56

3.11.Контрольные вопросы

3.1.Что характеризуют показания ваттметра W в опыте короткого замыкания трансформатора (рис. 3.18 а) – номинальную мощность, мощность потерь в обмотках, мощность потерь в магнитопроводе? Что характеризуют показания ваттметра W в опыте холостого хода трансформатора на рис.

3.18б?

Рис. 3.18

3.2. Каким методом измеряются параметры Х0 и R0 ветви намагничивания схемы замещения трансформатора на рис. 3.19 (прямым измерением, при номинальной нагрузке, из опыта короткого замыкания, из опыта холостого хода), сравните цепь со схемами на рис. 3.5, рис. 3.6 и рис. 3.9.

Рис. 3.19

3.3.Что такое коэффициент трансформации напряжения (тока), от чего он зависит, как измеряется?

3.4.От чего зависит коэффициент трансформации согласующего трансформатора, как он определяется?

3.5.Как выгладит рабочая характеристика трансформа-

тора?

57

4. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

4.1. Разложение периодических сигналов по ортогональным функциям

Электрический сигнал s(t) (ток i(t), напряжение u(t)) называют периодическим, если он существует на интервале времени от до и удовлетворяет условию s(t) s(t kT), где T – период сигнала, а k – целое число. Примеры таких функций времени показаны на рис. 4.1.

Рис. 4.1

При расчете разнообразных сигналов удобно представить их взвешенной суммой заданных функций времени вида

весовые коэффициенты, не зависящие от времени. В этом случае функция времени s(t) может описываться набором ко-

эффициентов an ,n 0, , от времени не зависящих.

Чтобы разложение в ряд (4.1) было взаимно однозначным, функции n (t) должны быть взаимно ортогональ-

ными

58

на периоде сигнала, то есть должны удовлетворять условию

где момент начала интегрирования t0 выбирается произвольно исходя из удобства расчетов. При A 1 набор функций

n (t) называют ортонормальным.

Для ортогонального базиса коэффициенты разложения an определяются выражением

В математике и технике широко используются различные ортогональные наборы функций (базисы) и прежде всего гармонический базис

а также полиномы Чебышева, Лагранжа, Эрмита и др. В цифровой технике применяют ортогональные дискретные функции Уолша, Радамахера.

4.2. Ряд Фурье

Ряд Фурье для действительной периодической функции времени s(t) является ее разложением по ортогональному базису (4.4) и имеет вид

s(t) S0 Sn cos(n 1t n )

называют n-й гармоникой сигнала,

59

– частота первой гармоники, n n 1 – частота n-й гар-

моники, S0 – постоянная составляющая сигнала,

и квадратурной составляющих n-й гармоники сигнала со-

ответственно.

4.3. Спектры амплитуд и фаз периодического сигнала

Периодический сигнал s(t) взаимно однозначно описывается суммой гармоник

то есть двумя в общем случае бесконечными наборами чисел.

Первый из нихназывают спектром амплитуд сигнала,

60