6
Лекция № 2
Классификация электромеханических устройств индуктивного типа
1. Трансформаторы, устройство, принцип действия
2. Классификация трансформаторов малой мощности Трансформаторы.
Трансформаторы (Т) являются электромагнитными преобразователями, принцип действия которых основан на законе Фарадея
Е = -dФ/dt
Трансформатор является статическим устройством, имеющим две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенным для преобразования посредством электромагнитной индукции параметров электромагнитного поля (напряжения или тока) по амплитуде, фазе и частоте.
Наиболее распространенным видом трансформаторов является такой, у которого отсутствует электрическая связь между обмотками. Для усиления магнитной связи обмоток используется магнитопровод, на котором и располагается обмотка. На рис. 1.2 приведена условная схема трансформатора
Рис. 1.2.
Так как U2 = −W2 ddtФ , то U2 всегда пропорционально W2, и чем больше
W2, тем больше U2.
В связи с тем, что магнитопровод трансформатора работает в условиях быстро изменяющегося магнитного потока, то в трансформаторе возникают вихревые токи, а, следовательно, существуют и потери энергии. Для снижения этих потерь используется шихтованный магнитопровод. Он изготавливается из набора тонких пластин.
При частотах ν =150 Гц толщина пластины электротехнической стали должна быть ≈0,2 ÷ 0,3 мм. Для частот больше чем 100 кГц магнитопровод исключается из конструкции из-за недопустимо высоких потерь на вихревые токи. Такой трансформатор называется воздушным.
7
В СССР выпускаются трансформаторы с широким диапазоном мощностей. Мы будем рассматривать трансформаторы малой мощности. К этой группе условно относят трансформаторы небольшие по габаритам и мощности (менее нескольких КВт). Если форма напряжения имеет импульсный характер, то диапазон мощностей может быть расширен.
Проведем классификацию трансформаторов малой мощности по различным признакам:
А. По функциональному назначению: Силовые.
Силовые трансформаторы являются наиболее распространенным видом (~ 70%) служащим для преобразования энергии переменного тока в электрических сетях энергетических систем (электростанции, подстанции, предприятиях и т.д.).
Частота тока f силовых Т в СССР = 50 Гц, в США и некоторых других странах – 60 Гц.
Т могут быть понижающими и повышающими. Они предназначаются для питания различных звеньев АС и САУ (обмотки реле, выпрямительные схемы и т.д.). В этой группе особо выделяют трансформаторы для питания электронных схем (анодные, накальные, смешанные) и полупроводниковых схем. Последние имеют очень низкое напряжение.
2. Согласующие.
Согласующие трансформаторы служат для согласования сопротивлений в различных электрических схемах САУ и АС (например, согласование модулятора с входным сопротивлением усилителя переменного тока).
3.Специальные.
К ним относятся: импульсные, выпрямительные, автотрансформаторы, измерительные.
Импульсные трансформаторы предназначены для передачи импульсов напряжения или тока той или иной формы, частоты и длительности. Типовая форма импульса – прямоугольная
τ – длительность импульса.
Примером импульсных трансформаторов является пик – трансформатор
8
Рис. 1.3.
Сопротивление R1 введено в схему (рис. 1.3) для ограничения тока при резких изменениях напряжения U2.
Уравнение для первой катушки
U1 = i1r1 + ddtΨ1 ; Ψ1 = ФW1
для второй катушки
U2 = −W2 ddtФ = i2r2 + i2 Rн
9
Ток во второй катушке возникает только за счет взаимоиндуктивности
Ψ2 = ФW2 .
В соответствии с уравнением для U2, если магнитная цепь насыщается уже при малых значениях сигнала U1, то форма будет почти прямоугольной, а U2 будет иметь импульсную форму
Ф =BS Ψ =ФW
Выпрямительные трансформаторы применяются для питания полупроводниковых или электрических схем.
Автотрансформаторы – трансформаторы, в которых – первичные и вторичные обмотки кроме эл. магнитной, имеют также электрическую связь. Применяются для соединения высоковольтных сетей различного U[B] (110, 154, 220, 330, 500). В радиотехнических устройствах вход и выход могут быть любыми, т.е. понижающий и повышающий.
Одна из схем автотрансформатора.
Рис. 1.4.
Устройство обмоток и их расположение на стержнях как в обычном трансформаторе, однако, ввиду электрической связи обмоток изоляция каждой из них относительно корпуса должна быть рассчитана на высокое напряжение сети. Учитывая, что часть энергии передается электрическим путем, магнитопровод в отличие от обычного требуется меньшего сечения, что дает экономию материала, меньший вес и габариты.
Измерительные трансформаторы применяются для отделения цепи измерительных приборов от сети высокого напряжения в целях безопасности и обеспечения изоляции их токоведущих частей, кроме того, они предназначены для преобразования высоких напряжений и токов в напряжения и токи, удобные для замера стандартными приборами (100 В и 1÷5А)
10
высокое напряжение
низкое напряжение
Рис. 1.5.
Б. По схемно-электрическим параметрам: Однообмоточный (автотрансформатор Рис. 1.4) Двухобмоточный (рис. 1.5)
Многообмоточный (имеется несколько вторичных обмоток). По рабочей частоте тока:
Пониженная частота (f < 50 Гц) Промышленная частота (f = 50 Гц) Повышенная частота (100 < f < 10000 Гц) Высокая частота (10000– 100000 Гц)
Ультразвуковая частота (несколько сотен тысяч Гц) По числу фаз:
Однофазные
Трехфазные По величине напряжения:
Низковольтные (< 1000 В) Высоковольтные (> 1000 В)
В. По конструктивным признакам: По конструкции магнитопровода 1.Броневые (рис. 1.6)
С – стержень Я – ярмо
Назван так потому, что ярмо подобно броне охватывает катушку. На рис. 1.6. приведен ш – образный однофазовый трансформатор.
Рис. 1.6.
2.Стержневые Магнитопровод однофазного стержневого Т имеет два стержня С, на
которых размещаются обмотки, и два ярма Я, которые служат для создания замкнутого магнитопровода (рис. 1.7)
11
П – образный |
Т – образный |
Рис. 1.7. |
Рис. 1.8. |
На рис. 1.8. приведен трехфазный стержневой трансформатор.
3.Тороидальные
О – образный
Рис.1.9.