книги из ГПНТБ / Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник

а переменная составляющая анодного напряжения

Коэффициент усиления по напряжению для усилительного кас­ када равен отношению выходного сигнала ко входному:

и определяется коэффициентом усиления триода и анодной нагруз­ кой.

Усилительный каскад на полупроводниковом триоде. Рассмот­ рим усилительный каскад, в котором триод включен по схеме с об­ щим эмиттером (рис. 52, а). На схеме: Е б~ источник постоянного тока, питающий цепь база —эмиттер (напряжение смещения); цб~ — источник переменного напряжения (входной сигнал); Е к—источник

некоторые аналогии. Аналогия между схемами усилительных каска­ дов (см. рис. 50, а и 52, а) состоит в том, что эмиттер выполняет функции катода, коллектор — функции анода, база — роль сетки.

Анализ работы усилительного каскада проведем упрощенно. На­ несем на выходные характеристики транзистора / к = f { U K) при / б =

где /я# — масштаб сопротивления.

а — схема; б — работа полупроводникового триода в режиме усиления напряжения

80

Глава V

Специальные электрические машины

§ 15. Специальные трансформаторы

Автотрансформатор. Автотрансформатор представляет собой трансформатор, имеющий только одну обмотку, часть которой явля­ ется общей для первичной и вторичной цепей. Автотрансформато­

каждом витке обмоток э. д. с., практически не зависящий от вели­

82

Мощность автотрансформатора, если пренебречь потерями в нем,

а так как токи i\ и i2 находятся почти в противофазе, то для дей­ ствующих значений можно записать:

/ 1 2 = / 2 - / 1 = Л А - Л = Л ( Л - 1 ) .

Коэффициент трансформации автотрансформатора обычно не бывает больше двух, а ток Iи поэтому всегда меньше тока 1г. Это позволяет выполнить часть а — х обмотки из провода меньшего сечения.

Мощность, подводимая к автотрансформатору от питающей се­ ти, передается во вторичную цепь не только трансформаторным путем, но и электрическим. В самом деле,

форматорах, во вторичную цепь.

Это позволяет уменьшить сечение магнитопровода, а соответст­ венно и потери в нем. Кроме того, уменьшается средняя длина витка в обмотке, что приводит к уменьшению расхода меди на вы­ полнение обмотки и электрических потерь в ней.

По сравнению с обычным трансформатором одинаковой но­ минальной мощности автотрансформатор имеет более высокий к. п. д., меньшие размеры и вес, меньшую стоимость. Все эти досто­ инства имеют значение при коэффициенте трансформации меньше двух и особенно сказываются при коэффициенте трансформации, близком к единице. При большей величине коэффициента трансфор­ мации преобладающее значение имеют уже недостатки автотранс­ форматора, к которым относятся прежде всего возможность попа­ дания высокого напряжения в сеть низкого напряжения из-за электрической связи первичной и вторичной цепей, а также боль­ шая величина токов короткого замыкания в случае понижающего автотрансформатора.

По этим причинам применение автотрансформаторов особенно выгодно в тех установках, где требуется иметь коэффициент тран­ сформации в_пределах 1 —2 .

83

Автотрансформаторы применяются для связи двух цепей с небольшой разницей в напряжениях, в схемах пуска синхронных и асинхронных двигателей для понижения на­ пряжения, в лабораторных установках для регулирования напряжения в широких пре­ делах.

Применение автотрансформаторов на судах, как правило, запрещается. В отдель­ ных случаях по согласованию с Регистром

СССР автотрансформаторы устанавлива­

Многообмоточные трансформаторы. Многообмоточные трансфор­ маторы имеют несколько электрически не связанных между собой обмоток, одна из которых получает питание от сети и является первичной, а остальные, служащие для питания различных цепей, вторичными. Все обмотки расположены на одном магнитопроводе.

Широкое распространение получили трехобмоточные трансфор­ маторы, имеющие две вторичные обмотки и заменяющие таким об­ разом два обычных трансформатора (рис. 54). Номинальной мощ­ ностью трехобмоточного трансформатора является мощность наиболее мощной его обмотки, т. е. первичной.

Уравнение магнитодвижущих сил трехобмоточного трансфор­

где /о — намагничивающий ток, создающий основной магнитный поток, сцепленный со всеми тремя обмотками трансформатора. Основной магнитный поток индуктирует в каждой обмотке э. д. с., пропорциональные числу витков. Напряжения, получаемые от вто­ ричных обмоток, при пренебрежении активными сопротивлениями и индуктивностями рассеяния обмоток, также можно считать про­ порциональными числу витков этих обмоток. Трехобмоточный трансформатор имеет три коэффициента трансформации:

Многообмоточные трансформаторы применяются в радиоаппа­ ратуре (радиоприемники, радиопередатчики, телевизоры, усилите­ ли) и радиолокационной технике для питания анодных, накальных и сигнальных цепей. Они устанавливаются также в блоках питания электронных вычислительных машин. Мощные трехобмоточные трансформаторы с напряжением UilU2/JJ3 широко применяются в береговых энергосистемах (на трансформаторных подстанциях). В системах саморегулирования и самовозбуждения судовых син-

84

Рис. 55. Сварочный трансформатор:

а — принципиальная схема; б — внешние характеристики

хронных генераторов используются многообмоточные трансформа­ торы с несколькими входными и одной выходной обмоткой. Напря­ жение выходной обмотки зависит от суммы сигналов, поступающих на входные обмотки.

Сварочные трансформаторы. Сварочными называются трансфор­ маторы, предназначенные для питания электрической дуги при электрической сварке (рис. 55, а). Они должны выдерживать ре­ жим короткого замыкания, которое имеет место при работе свар­ щика в момент замыкания электродов накоротко (например, мо­ мент зажигания дуги), и обеспечивать постоянный ток сварки при переменном сопротивлении дули (переменная длина дуги). В свя­ зи с этим внешняя характеристика U2= f (h) сварочного транс­ форматора должна иметь сильно падающий характер (рис. 55, б), что может быть обеспечено либо увеличением индуктивного со­ противления рассеяния самого трансформатора ТР, либо последо­ вательным включением в сварочную цепь реактивной катушки РК. В самом деле, уравнение электрического равновесия для вторич­ ной цепи трансформатора может быть записано так:

О — Е2+ г2/ 2 + j Х212,

где г2 — суммарное активное сопротивление вторичной обмотки транс­ форматора, реактивной катушки и дуги;

х 2— суммарное индуктивное сопротивление реактивной катушки и рассеяния во вторичной обмотке трансформатора.

Регулирование сварочного тока может производиться ступеня­ ми путем переключения секций одной или нескольких обмоток трансформатора. Плавное регулирование сварочного тока достига­ ется посредством изменения индуктивнрго сопротивления рассея­ ния в трансформаторе ТР с помощью выдвижного магнитного шун­ та Ш (трансформаторы типа СТАН) либо посредством изменения: индуктивного сопротивления реактивной катушки РК за счет ре­ гулирования воздушного зазора б в магнитопроводе (трансформа­ торы типа СТЭ). В сварочных трансформаторах типа СТН магнитопроводы трансформатора и дросселя объединены.

85.

На судах применяются однофазные сварочные трансформаторы мощностью от 0,25 до 10 кВа и трехфазные — мощностью от 3 до 50 кВа в брызгозащищенном или водозащищенном исполнении.

Сварочные трансформаторы имеют вторичные напряжения от 70 В (при холостом ходе) до 35 В (при нагрузке).

§ 16. Вращающиеся трансформаторы

Вращающиеся трансформаторы (ВТ) представляют собой индукционные электрические микромашины переменного тока,

ной — статора и подвижной — ротора. В пазах статора и ротора размещено по две распределенных обмотки, сдвинутых между со­ бой на 90 электрических градусов (рис. 56). Обмотки статора обыч­ но называют: CiC2 — главная, или обмотка возбуждения, C3C4— вспомогательная, или квадратурная обмотка; обмотка ротора: pip2— синусная обмотка; рзР4 — косинусная обмотка. Обмотки статора выполняются одинаковыми, т, е. с одинаковым числом витков, од­ ним сечением обмоточного провода и одной схемой. Одинаковыми выполняются и рбторные обмотки. Отсчет угла поворота ротора © производится от оси синусной обмотки р] р2 до оси вспомогатель­ ной обмотки С3С4 статора. Концы статорных обмоток подводятся к соединительным колодкам непосредственно, а концы роторных — че­ рез токосъемное устройство с помощью контактных колец и щеток при неограниченном угле поворота, с помощью спиральных пружин при ограниченном угле поворота ротора. Как статор, так и ротор собирают из листов электротехнической стали или пермаллоя.

Главная особенность ВТ состоит в том, что коэффициент вза­ имной индукции между обмотками статора и ротора с высокой сте­

86

турная обмотка замкнута на некоторое сим­ метрирующее сопротивление Zc (первичное симметрирование), которое подбирается та­ ким, чтобы компенсировать поперечную реак­ цию ротора; обмотки ротора замкнуты на не­ которые сопротивления нагрузки ZHi и ZH2.

Выходное напряжение синусной обмотки t/pi пропорционально напряжению возбуждения

Uci и синусу угла поворота ротора, а выходное

напряжение косинусной обмотки t/p2 пропор­

где А, В — комплексные коэффициенты, зависящие от параметров обмоток, характера и величины нагрузок.

Линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ). Схема вклю­ чения ЛВТ приведена на рис. 58. Обмотка возбуждения подклю­ чена к источнику переменного тока; квадратурная обмотка статора и синусная обмотка ротора соединены последовательно и образу­ ют цепь, на зажимы которой включено сопротивление Znl.

Напряжение UBi, снимаемое с этого сопротивления, является выходным. Сопротивление нагрузки ZH2, включаемое в цепь второй роторной обмотки, подбирается таким, чтобы компенсировать по­ перечную реакцию якоря (вторичное симметрирование).

Работа ЛВТ основана на том, что выходное напряжение при оп­

чем на 0,06%.

87

угол, а также ряд других преобразо­ ваний.

Вращающийся трансформатор в режиме трансформаторной синхрон­ ной передачи. С помощью ВТ может быть выполнена наиболее точная одноотсчетная система трансформатор­ ной синхронной передачи.

Принципиальная схема такой пере­ дачи представлена на рис. 59. Схема содержит ВТ-датчик Д и ВТ-приемник П, вторичные обмотки которых вклю­ чены встречно и образуют цепь синх­ ронизации. При подаче питания на обмотку возбуждения датчика от сети

переменного тока в воздушных зазорах обоих ВТ образуются пульсирующие магнитные потоки, оси которых составляют одинаковые углы с осями обмоток синхронизации датчика и приемника. В слу­ чае поворота ротора датчика на некоторый угол © на этот же угол поворачивается магнитный поток приемника. Этот угол поворота фиксируется обмоткой управления, где пульсирующий маг­ нитный поток приемника индуктирует управляющую э. д. с., пропорциональную углу поворота ротора датчика. Сигнал ■обмотки управления поступает на привод исполнительного механизма.

ВТ нашли широкое применение в автоматических счетно-ре­ шающих устройствах, предназначенных для алгебраических и три­ гонометрических операций, для преобразования координат. В си­ стемах автоматического регулирования ВТ используется в качест­ ве измерителей рассогласования, фиксирующих отклонение систе­ мы от некоторого положения. В качестве примеров таких систем на судне можно указать автоматический бесконтактный рулевой (АБР), радиолокационную станцию (РЛС).

Линейные вращающиеся трансформаторы можно использовать в качестве элементов блока управления включением тиристоров в зависимости от угла поворота вала.

§ 17. Сельсины

Сельсинами называют индукционные электрические машины, применяемые в системах синхронной связи. Сельсины и сами систе­ мы можно разделить на однофазные и трехфазные силовые.

О д н о ф а з н ы е сельсины могут быть контактными и бескон­ тактными.

Контактные сильсины (рис. 60) состоят из двух основных ча­ стей— статора и ротора, помещенных в корпусе У. На магнитопроводе ротора 2 из листовой электротехнической стали распола­ гается однофазная обмотка возбуждения 3, на магнитопроводе

«8

чтобы получить самосинхро­ низацию в пределах одного оборота. Трехфазная обмотка синхро­

низации выполняется распределенной; три отдельные обмотки сме­ щены в пространстве на 120° и соединены в звезду. Существуют также конструкции однофазных сельсинов, у которых однофазная обмотка возбуждения расположена на явновыраженных полюсах статора, а трехфазная обмотка синхронизации — на роторе.

Контактные сельсины имеют скользящие контакты 6 (контакт­ ные кольца и щетки). Наличие на роторе двух контактных колец указывает на расположение на не^1 однофазной обмотки возбуж­ дения, трех контактных колец — трехфазной обмотки синхрони­ зации. Принцип работы сельсина не зависит от места расположения каждой из обмоток, однако сельсины с обмоткой возбуждения на роторе имеют значительные преимущества, как например, отсутст­ вие влияния переходных процессов трущихся контактов на работу системы синхронной передачи, меньший момент трения щеток покольцам, меньшая вероятность потери контакта. По этой причине новые серии контактных сельсинов выпускаются в основном с рас­ положением обмотки возбуждения на роторе.

При подаче в обмотку возбуждения питания из сети переменно­ го тока в магнитопроводе сельсина образуется пульсирующий маг­ нитный поток, индуктирующий в фазах обмотки синхронизации трансформаторные э. д. с., величина которых пропорциональна ко­ синусу угла между осью обмотки и направле­ нием магнитного потока. При положении обмо­ ток сельсина, изображенном на рис. 61, э. д. с., индуктируемые в фазах обмотки синхронизации, выражаются формулами:

ЕА = f$ co s0 ;

Ёв — £<j,cos(e — 120°);

80