- •Электромеханика
- •§ 20.4. Уравнения напряжений синхронного генератора
- •§ 20.5. Векторные диаграммы синхронного генератора
- •§ 3.1. Трехобмоточные трансформаторы
- •Глава 1 • Рабочий процесс трансформатора
- •§ 1.1. Назначение и области применения трансформаторов
- •§ 1.2. Принцип действия трансформаторов
- •§1.3. Устройство трансформаторов
- •Параллельная работа синхронных генераторов.
- •§ 21.1. Включение генераторов на параллельную работу.
- •§ 1.11. Опытное определение параметров схемы замещения трансформаторов
- •§ 20.6. Характеристики синхронного генератора
- •Уравнения напряжений трансформатора
- •Уравнения магнитодвижущих сил и токов
- •§ 14.4. Круговая диаграмма асинхронного двигателя
- •§ 6.2. Принцип действия асинхронного двигателя
- •Глава 24
- •§ 24.1. Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока
- •§ 24.2. Устройство коллекторной машины постоянного тока
- •§ 28.1. Основные понятия
- •§ 21.4. Колебания синхронных генераторов
- •§ 1.2. Принцип действия трансформаторов
- •§ 19.2. Типы синхронных машин и их устройство
- •§ 15.4. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей Частота вращения ротора асинхронного двигателя
- •§ 1.6. Приведение параметров вторичной обмотки и схема замещения приведенного трансформатора
- •§ 29.4. Регулирование частоты вращения двигателей параллельного возбуждения
- •§ 24.1. Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока
- •§ 23.1. Синхронные машины с постоянными магнитами
- •§ 23.2. Синхронные реактивные двигатели
- •§ 23.3. Гистерезисные двигатели
- •§ 23.4. Шаговые двигатели
- •§ 23.5. Синхронный генератор с когтеобразными полюсами и электромагнитным возбуждением
- •§ 23.6. Индукторные синхронные машины
- •§ 10.1. Режим работы асинхронной машины
- •§ 6.1. Принцип действия синхронного генератора
- •Эта формула показывает, что при неизменной частоте вращения ротора форма кривой
- •§ 1.15. Регулирование напряжения трансформаторов
- •§ 1.6. Приведение параметров вторичной обмотки и схема замещения приведенного трансформатора
- •§ 1.14. Потери и кпд трансформатора
- •§ 19.1. Возбуждение синхронных машин
- •§ 2.2. Параллельная работа трансформаторов
- •§ 20.8. Потери и кпд синхронных машин
- •§ 3.2. Автотрансформаторы
- •Частота вращения ротора асинхронного двигателя
- •§ 1.13. Внешняя характеристика трансформатора
- •§ 1.7. Векторная диаграмма трансформатора
- •§ 5.2. Трансформаторы для выпрямительных установок
- •§ 5.3. Трансформаторы для автоматических устройств
- •§ 5.4. Трансформаторы для дуговой электросварки
§ 5.3. Трансформаторы для автоматических устройств
Импульсные трансформаторы. Применяются в устройствах импульсной техники для изменения амплитуды импульсов, исключения постоянной составляющей, размножения импульсов и т. п. Одно из основных требований, предъявляемых к импульсным трансформаторам, — минимальное искажение формы трансформируемых импульсов.
Для выяснения принципиальной возможности трансформирования кратковременных однополярных импульсов рассмотрим идеальный трансформатор (без потерь и паразитных емкостей), Работающий без нагрузки. Допустим, на вход этого трансформатора поступают однополярные импульсы прямоугольной формы продолжительностью tи с периодом T (рис. 5.4, а). Первичный контур трансформатора обладает некоторой постоянной времени = L1/r1 , обусловленной индуктивностью этого контура.
Рис. 5.4. Графики напряжения в импульсном трансформаторе
Рассмотрим случай, когда постоянная времени намного меньше продолжительности импульса: <<tи. При этом график первичного тока i1= f(t) имеет вид кривой, отличающейся от прямоугольника. Кривая же вторичного напряжения и2=f(t) значительно искажена. При этом в интервале времени 1—2 напряжение U2= О, так как при t1= const ЭДС е2= M(di/dt) = 0, где М — взаимная индуктивность между обмотками. Следовательно, при <<tи трансформирование импульсов невозможно.
Рассмотрим другой случай, когда <<tи. Этот случай более реален, так как продолжительность импульсов обычно не превышает 10-4с. Теперь, когда импульс и1прекращается еще до окончания переходного процесса в первичной цепи, импульсы на выходе трансформатора и2не имеют значительных искажений (рис. 5.4, б). При этом отрицательная часть импульса легко устраняется включением диода во вторичную цепь трансформатора.
Рассмотренные явления выявляют лишь принципиальную возможность трансформирования кратковременных однополярных импульсов без особых искажений их формы. При более подробном рассмотрении работы импульсного трансформатора электромагнитные процессы в нем оказываются намного сложнее, так как на них значительное влияние оказывают явление гистерезиса, вихревые токи, паразитные емкостные связи (между витками и обмотками) и индуктивности рассеяния обмоток. Для ослабления нежелательного влияния перечисленных факторов импульсные трансформаторы проектируют таким образом, чтобы они работали с линейной магнитной характеристикой, т. е. с таким значением магнитной индукции в сердечнике, при котором рабочая точка расположена ниже зоны магнитного насыщения на кривой намагничивания трансформатора. Кроме того, магнитный материал сердечника должен обладать небольшой остаточной индукцией (малой коэрцитивной силой). Для понижения остаточной индуктивности магнитопровод импульсного трансформатора в некоторых случаях снабжают небольшим воздушным зазором. С этой же целью иногда применяют подмагничивание трансформатора постоянным током, полярность которого противоположна полярности трансформируемых импульсов. Это мероприятие позволяет снизить магнитную индукцию в сердечнике в интервале между импульсами.
Магнитопроводы импульсных трансформаторов изготовляют из магнитных материалов с повышенной магнитной проницаемостью (холоднокатаная сталь, железоникелевые сплавы и др.) при толщине ленты 0,02—0,35 мм. Иногда магнигопровод делают из феррита.
Чтобы уменьшить паразитные емкости и индуктивности рассеяния обмоток, их стараются делать с небольшим числом витков. При этом малая продолжительность импульсов позволяет выполнять обмотки импульсных трансформаторов проводом уменьшенного сечения (применять повышенные плотности тока), не вызывая недопустимых перегревов. Последнее способствует уменьшению габаритов импульсных трансформаторов.
Пик-трансформаторы. Предназначены для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсы напряжения пикообразной формы. Такие импульсы напряжения необходимы в цепях управления тиристоров, тиратронов и др. Принцип работы пик-трансформатора основан на явлении магнитного насыщения ферромагнитного материала.
Рис. 5.5. Пик-трансформаторы с активным сопротивлением (а, 6) и магнитным шунтом (в, г)
Пик-трансформаторс активнымсопротивлением.Первичную обмотку трансформатора подключают к сети синусоидального напряжения U1через большое активное добавочное сопротивление RДОБ (рис, 5.5, а). Магнитную индукцию выбирают такой, чтобы магнитопровод находился в состоянии сильного магнитного насыщения. Однако намагничивающий ток i1при этом будет иметь синусоидальную форму, так как его значение определяется сопротивлением RДОБ. Магнитный поток Ф в магнитопроводе изменяетсяно уплощенной кривой (рис. 5.5, б), а вторичная ЭДС
(5.9)
имеет пикообразную форму (штриховая кривая), достигая максимальных (пиковых) значений в моменты времени, когда магнитный поток Ф и ток i1 проходят нулевые значения, т. е. когда скоростиих изменения максимальны.
Пик-трансформаторыс магнитнымшунтом. Вторичная обмотка (рис. 5.5, в) расположена на стержне уменьшенного сечения, находящемся в состоянии сильного магнитного насыщения (кривая потока Ф2 имеет уплощенную форму). Остальные участки машшопровода магнитно не насыщены, а поэтому кривая потока Ф1= Фш + Ф2 имеет синусоидальную форму (рис. 5.5, г). Уплощенная форма кривой Ф2 =f(t) обеспечивает получение пикообразной формы вторичной ЭДС — штриховая кривая [см. (5.9)].
Магнитопроводы пик-трансформаторов изготовляют обычно из железоникелевого сплава (пермаллоя).
Преобразователи частоты. Распространение получили трансформаторы, с помощью которых возможно удвоение или утроение частоты переменного тока.
Рассмотрим работу трансформатора, увеличивающего частоту переменного тока в три раза. Такой трансформатор называется утроителем частоты. Он состоит из трех однофазных трансформаторов, работающих при сильно насыщенном магнитопроводе. Первичные обмотки трансформаторов соединены звездой, а вторичные — последовательно (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Утроитель частоты
Как было показано в § 1.9, намагничивающий ток трансформатора помимо основной содержит третью гармонику с частотой f3 = 3f1. При соединении обмоток звездой токи третьей гармоники взаимно уравновешиваются и тогда в составе магнитного потока появляется третья гармоника Ф3. В трехстержневом магнитопроводе потоки этой гармоники ослаблены. Но в утроителе частоты магнитопроводы однофазных трансформаторов работают независимо, поэтому потоки Фз в них достигают больших значений и наводят во вторичных обмотках ЭДС третьей гармоники е3. Так как ЭДСе3во всех фазных обмотках совпадают по фазе то на выходе утроителя частоты устанавливается напряжение U3, равное алгебраической сумме ЭДС е3частотой f3=3f1. Что же касается ЭДС гармоники, то хотя она и наводится в фазных обмотках утроителя, но в составе напряжения на выходе утроителя она отсутствует, так как при сдвиге фаз между ЭДС в 120° их алгебраическая сумма равна нулю.
Для снижения падения напряжения во вторичных обмотках при нагрузке последовательно с обмотками включают конденсатор С, емкость которого компенсирует индуктивность обмоток.
Увеличение частоты в большее число раз можно осуществить применением нескольких трансформаторов для преобразования частоты, включенных один за другим (каскадно). Однако этот способ повышения частоты экономически нецелесообразен, так как связан со значительной затратой активных материалов.