5.12 Запитання тестового контролю

1. Відмітьте помилкове твердження: "Ознаками релейних стабілізаторів напруги є:"

принципова наявність пульсацій вихідної напруги; частотна і широтна модуляція імпульсів керування; можливість синхронізації декількох стабілізаторів за сигналами керування; робота силового елемента у ключовому режимі; зміни періоду слідування імпульсів керування; зміни тривалості керуючих імпульсів;

2. Згладжування пульсацій в інвертуючому та підвищувальному імпульсних стабілізаторах здійснюється:

дроселем; конденсатором; дроселем та конденсатором; за допомогою ланцюга дросель-конденсатор-діод.

3. У ОПНЗ накопичення енергії при відкритому ключовому елементі здійснює:

дросель; конденсатор; трансформатор; джерело живлення; дросель та конденсатор.

6 Трансформатори і дроселі

6.1 Основні відомості

Трансформатори і дроселі являють собою котушки з феромагнітними осердями (магнітопроводами), призначеними для локалізації (концентрації) магнітного потоку. Їх застосовують у різноманітних електротехнічних і радіотехнічних пристроях, пристроях автоматики для перетворень змінних і пульсуючих струмів.

Серед деталей ці елементи виділяються габаритами і масою, тому для покращання відповідних показників основних пристроїв потрібно приймати заходи щодо зниження масогабаритних показників трансформаторів та дроселів.

Розрахунки трансформаторів і дроселів базуються на законі електромагнітної індукції, який визначає електрорушійну силу в обмотці і на законі повного струму [3, 4]. Розглянемо їх.

При підімкнені котушки трансформатора або дроселя до джерела змінної напруги у ній виникає струм, який створює в осерді змінний магнітний потік. Цей потік викликає в обмотці електрорушійну силу (ЕРС) самоіндукції, направлену згідно з законом Ленца назустріч струму, який її викликав, і протидіючу його зміні. ЕРС врівноважує прикладену напругу.

Величина наведеної ЕРС рівна похідній від потокозчеплення за часом:

. (6.1)

Під потокозчепленням у електротехніці розуміють сумарний магнітний потік, що пронизує послідовно з'єднані витки котушки.

Якщо прийняти магнітне поле у котушці однорідним, то магнітні потоки, що пронизують окремі витки, будуть рівними і

, (6.2)

де – число витківобмотки,

Ф – магнітний потік в осерді.

Підставимо (6.2) в (6.1).

. (6.3)

Одиниця виміру потокозчеплення і потоку – Вебер (Вебер = Тесла/м²).

Другий закон визначає зв'язок між напруженістю або силою магнітного поля Н(t) в осерді і повним струмом, який у загальному випадку є функцією часу:

, (6.4)

де – замкнутий контур інтегрування;

–елемент довжини цього контуру;

–повний струм, що протікає крізь площу, обмежену контуром інтегрування.

Напруженість поля H(t) є векторною величиною, яка не залежить від магнітних властивостей середовища і характеризує магнітне поле, що створюється у даній точці електричним струмом. Одиниця виміру напруженості А/м. Напруженість з точністю до коефіцієнта співпадає з індукцією B(t) магнітного поля:

, (6.5)

де – абсолютна магнітна проникність середовища,

–відносна магнітна проникність матеріалу осердя,

Гн/м – магнітна постійна.

Індукція магнітного поля є вектор, який характеризує дію поля на інші струми. Як видно з (6.5), індукція залежить не тільки від інтенсивності поля, але і від магнітних властивостей середовища. Це враховується коефіцієнтом . Одиниця виміру індукції – Тесла ().

Магнітний потік Ф(t) – це потік вектора магнітної індукції через певну поверхню. При рівномірному розподілі магнітних силових ліній в осерді трансформатора чи дроселя і площині осердя S і перпендикулярності ліній до площини S магнітний потік пов'язаний з магнітною індукцією залежністю:

. (6.6)

Величина магнітного потоку в осерді, в тому числі і в немагнітному зазорі, якщо він є, залишається незмінною. Зазор являє собою проміжок з немаг­ніт­но­го матеріалу, який в перпендикулярному напрямі перетинає осердя.

Завдяки незмінності магнітного потоку в осерді, незмінною залишається при його постійному перетині і магнітна індукція. Напруженість поля на відміну від магнітного потоку та індукції змінюється, як слідує з (6.5), зворотно пропорційно магнітній проникності: .

Магнітний потік, що пронизує виток, та електричний струм І витка пов'язані через коефіцієнт L самоіндукції (індуктивність витка) [3]:

. (6.7)

З (6.7) можна визначити індуктивність витка . Якщо котушка міститьоднакових витків, які пронизує потікФ, то її індуктивність дорівнюватиме:

. (6.8)

З виразу (6.8) видно, що коли необхідно отримати більшу індуктивність, провіднику надають форми витків.

Повернемося до виразу (6.4), який встановлює зв'язок між напруженістю поля та повним струмом. Якщо магнітний потік постійний і пронизує усі витків котушки з однаковими струмами, то права частина виразу (6.4) рівна:

. (6.9)

Виконаємо інтегрування лівої частини (6.4). Будемо вважати, що феромагнітне осердя, наприклад стальне, має кільцеподібну форму і перетинається зазором, заповненим немагнітним матеріалом, наприклад повітрям. Довжина середньої лінії осердя , довжина зазору. Контур інтегрування співпадає із середньою лінієюмагнітопроводу. Напруженість магнітного поля у зазорі , в осерді –. Вона в кожній точці контуру спрямована по дотичній до окружності.

У результаті інтегрування знаходимо:

. (6.10)

Визначимо з (6.10) амплітудне значення струму

. (6.11)

Щоб визначити індуктивність дроселя, підставимо (6.11) у (6.8).

. (6.12)

Підставимо у вираз (6.12) замість напруженості, різної для магнітопроводу і зазору, її значення, подане через ін­дук­цію (6.5), яка в обох середовищах приблизно однакова. Після скорочень маємо:

. (6.13)

З виразу (6.13) слідує:

1) для отримання значної індуктивності дроселя необхідно вибирати матеріал осердя з великою магнітною проникністю і малими розмірами (останнє забезпечує мінімальну довжину l магнітопровіду);

2) індуктивність можна змінювати зміною довжини немагнітного зазору;

3) якщо сума в знаменнику визначається другим складовим, то індуктивність слабо залежить від параметрів магнітопроводу.

При відсутності зазору індуктивність зростає:

. (6.14)