1 Магнитные свойства материалов



страница6/8
Дата09.08.2018
Размер0.81 Mb.
#43495
ТипЛекция
1   2   3   4   5   6   7   8

Рисунок 2

Изменение вторичного напряжения при полной нагрузке (=1);



зависит только от активного сопротивления обмоток, т.е. от выбранного сечения проводов, из которого они выполнены. Поэтому при проектировании трансформатора заранее задаются величиной и определяют допустимую плотность тока в обмотках.


ЛЕКЦИЯ 9

СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Из-за паразитных параметров трансформаторы обычной конструкции не позволяют получить значения верхней граничной частоты выше единиц мегагерц.

Для пропускания нескольких десятков или сотен мегагерц изотавливают трансформаторы типа «длинной линии» (ТДЛ). Такой трансформатор выполняеться на тороидальном магнитопроводе из высокочастотного ферита (рис.1).

1

1/



Рисунок 1

На этот магнитопровод намотаны одна или несколько линий передачи, каждая из которых выполнена в виде двух туго свитых проводов (рис1.).

На электромагнитное поле этой симметричной линии (рис.2), магнитьпровод существенно не влияет, так как оно в основном сосредоточено в пространстве между свитыми проводниками 1,2 и 1/,2/ .



1

2



1/

2/



Рисунок 2

Чтобы обеспечить равномерную передачу энергии от источника Еu к нагрузке в широкой полосе частот, необходимо согласовать источник с линией передачи и линию передачи с нагрузкой.

Эти условия заключаються в выполнении равенства Ru=ρ, ρ= Ru

где ρ-характеристическое волновое сопротивление. Если на входе линии с корпусом соединен провод 2, то соединив с корпусом выход провода 2/, получим обычную линию передач, в которой полярность входного и выходного сигналов одинакова (рис 3.).




1

2

1/



2/

Рисунок 3

Подключив к корпусу выход 1/ , получим линию поворачивающую фазу выходного сигнала на 1800 (рис 4.).





1

2

1/



2/

Рисунок 4




Импульсные трансформаторы

В отличие от обычного трансформатора, в импульсном трансформаторе колебание е(t) передаваемое от источника в нагрузку, являеться однополярными импульсами, в результате чего магнитопровод такого трансформатора работает с постоянным подмагничиванием.

Рабочая точка перемещаеться не по симметричной ПГ, а по частной (рис 1.).

B b


а

H

Рисунок 1



При передаче колебаний е(t) в виде прямоугольных импульсов (рис. 2б.), во вторичной обмотке получаем импульсы напряжения с отрицательными выбросами, которые возникают из-за рассеивания энергии, накопленной в магнитопроводе во время действия импульса е(t) (рис 2в.).

б

в



г

д

t



t

t

t



e(t)

U2

B

i1



e(t)

R

i2



i1

U2




а) б)

Рисунок 2


После окончания действия импульса, цепь первичной обмотки оказываеться разомкнутой, ток намагничивания проходит по вторичной обмотке, из-за чего и создаеться послеимпульс.

Магнитная индукция В(t) линейно нарастает на интервале 0-t

и спадает со скоростью, определяемой индуктивностью L0 и Rн после окончания импульса.

Ток i1 имеет трапециидальную форму, так как содержит в себе не только ток, трансформируемый в нагрузку, но и ток намагничивания магнитопровода (рис. 2д).

Для определения стационарной метки частного цикла перемагничивания, будем щитать что к началу процесса магнитопровод размагничен, тоесть рабочая точка находиться в начале координат (рис.3).

Hm1

Hm2

Hm3

Bm2

Bm1

Bmi

B

Bri



Br2

Br1

H

t


t

t

б



в

г


Hm1

Hm2

Hmi

Bm2

B

H

e(t)



Bmi

Br1


а) б)


Рисунок 3
При появлении первого импульса рабочая точка смещается по кривой первоначального намагничивания и к концу импульса достигает положения, соответствующего индукции Вm1, причем

. (1.1)

Второй импульс вызывает перемещение рабочей точки вверх до индукции Bm2(Bm2- Br1)= Bm1 .

При дальнейшем перемагничивании каждый из импульсов смещает рабочую точку вверх на Bm1. Установившемуся циклу соответствует частная петля гистерезиса, у которой :

Bmi - Bri= Bm1.

Напряженность имеет вид треугольных импульсов с нарастающей амплитудой Hmi.

Средняя за время действия импульса магнитная проницаемость



- определяет индуктивность намагничивания трансформатора L0.

Для магнитопроводов ИТ выгодно иметь малое значение Br и большое Bm.

В качестве магнитопроводов ИT используют тонкие ленты трансформаторных сталей и пермалоев, а также ферриты с непрямоугольной ПГ.

Полная эквивалентная схема трансформаторной цепи, обеспечивающая передачу импульса от источников (Eu,Ru,Cu) к нагрузке (Rh/,Ch/) (рис.4).

Ru

Eu

R/н



Cu

Ls

Lo



r/2

C/o

C/н

U2



Рисунок 4

Из-за конечного значения постоянной времени цепи в области низких частот .



, где ,

вершина импульса скалывается и за импульсом следует выброс противоположной полярности.

Для того, чтобы искажения были незначительными, ИT должен иметь большую индуктивность L0, минимальную емкость С0 и индуктивность рассеивания LS.

t

U`2



U`2(t)

τ

tф



Желательно также уменьшить потери в сердечнике от вихревых токов, возникающих при быстрых изменениях магнитного потока Н.

Изготовление ИT из ферритов дает возможность иметь значительную индуктивность обмотки при небольшом числе витков, что в свою очередь уменьшает паразитные межвитковые емкости и

Рисунок 5 индуктивность рассеивания.

Лекция 10

Потери энергии и нагрев трансформатора

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями на нагреве и в обмотках.

Уравнение баланса активных мощностей при этом имеет вид

(1.1)

Здесь Р1 –активная мощность первичной обмотки;

Р2 –активная мощность, переданная со вторичной обмотки в нагрузку;

Рэ1 –мощность потерь в первичной обмотке;

Рс –мощность потерь в сердечнике на гистерезисе и вихревые токи;

Рэ2 –мощность потерь во вторичной обмотке.

Передача энергии из первичной обмотки во вторичную происходит посредством переменного магнитного поля в сердечнике. Интенсивностью передачи характеризуется электромагнитной мощностью.

(1.2)

Уравнению баланса мощности соответствует диаграмма, изображенная на рис. 1.

Рассматривая обмотки и сердечник как единое тело с общей поверхностью, можно составить уравнение теплового баланса:

(1.3)

где Рс и Рэ –мощности потерь в сердечниках и обмотках;

N –общая поверхность охлаждения;

Kт –коэффициент теплоотдачи;

τ –температура перегрева относительно окружающей среды.

Конструкция трансформатора должна обеспечивать достаточное охлаждение всех его частей.

Для мощных трансформаторов естественное охлаждение становится недостаточным и сердечник с обмотками погружают в бак, заполненный трансформаторным маслом.


Коэффициент полезного действия трансформатора (КПД).

К.п.д. трансформатора (η) определяется при активной нагрузке формулой:



(1.4)

К.п.д. трансформатора очень высок (0,95÷0,995).

Определение величины η рекомендуется проводить расчетным путем, пользуясь паспортными данными трансформатора, т.е. по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

Рассмотрим каждую из составляющих мощности



Потери в стали при нагрузке равны потерям х.х.



Потери в обмотках Рэ можно определить по мощности короткого замыкания Рк

При любой нагрузке

Активная мощность нагрузки

Подставляя полученные соотношения в исходную формулу (1.4) получим

(1.5)

Уравнение (1.5) определяет зависимость к.п.д. трансформатора от коэффициента загрузки β (рис. 2).

Функция η(β) имеет максимум при.

Трансформаторы малой мощности, которые работают на постоянную нагрузку, рассчитывают так, чтобы Ркх и βmax=1. Их к.п.д. равен 0,7÷0,9 в зависимости от номинальной мощности.

Силовые трансформаторы имеют переменную нагрузку, которая составляет 0,5÷0,7 Р, поэтому их рассчитывают из условия βmax=0,7 и отношение Рхк –имеет порядок 0,5. К.п.д. этих трансформаторов велик, достигает 0,9995, при больших мощностях (соsφ=1).

Связь габаритных размеров и эксплутационных характеристик силового трансформатора с его номинальной мощностью.

Номинальная мощность трансформатора равна произведению напряжения и тока, на которые рассчитана первичная обмотка



(1.6)

Трансформаторы проектируют так, что э.д.с. Е, первичной обмотки лиш на несколько процентов отличается от напряжения U (величина ΔU1 обычно не превышает 10%)

Поэтому можно принять, что

(1.7)

Величина U≈Е1 при заданной индукции Вm



, (1.8)

где Кс –коэффициент заполнения сердечника сталью Кс≈0,95;

Вm=1,4÷1,7т –амплитуда магнитной индукции;

–количество витков первичной обмотки;

–частота;

Sc –активная площадь сечения сердечника.

Выразим ток первичной обмотки через геометрические размеры и плотности тока j в проводах

,

где gпр –площадь сечения провода.

Ее можно связать с площадью окна сердечника So. Помимо меди, в окне должно быть остальное место для изоляции провода, межслоевой и межобмоточной изоляции, а также для каркаса обмоток. Таким образом

где Ко –коэффициент заполнения окна сердечника, (Ко=0,2÷0,3).

Подставляя (1.10) в выражение (1.9) получим

Подставляя значения U и I из уравнений (1.8) и (1.11) в уравнение (1.7), получим.

Уравнение (1.12) определяет связь габаритных размеров трансформатора с его номинальной мощностью.

Автотрансформаторы

Автотрансформаторы отличаются от трансформаторов тем, что его обмотки низшего напряжения являются частью обмотки высшего напряжения. Поэтому цепи первичной и вторичной обмоток имеют не только магнитную но и электрическую связь (рис.1).

Zn

I2

A

a



x

U2

E2

w1

w2

I1,2

V1

Рисунок 1


Для автотрансформатора справедливо соотношение:

при включонном напряжении во второй цепи возникает ток I2. Магнитный поток сердечника Фм также как и в трансформаторе сохраняеться неизменным, и равен потоку x.x. Следовательно:



, где - ток первичной обмотки проходящий по части витков (w1-w2) автотрансформатора.

- ток, проходящий по части витков w2 обмотки, общих для обеих ветвей (а-х) участок. Намагничивающие силы 2-х частей обмотки (а-х) и (А-а) уравновешивают друг друга, так как намагничивающая сила мала, по сравнению с н.с. и .

Поэтому для модулей намагничивающих сил можно принять, что



, отсюда

Подводимая к автотрансформатору мощность S1=U1I1»E1I1 – передается во вторичную обмотку по двум каналам: электромагнитным путем, т.е. при помощи магнитного поля связывающего две части обмотки (а-х) и (А-а).



, (1)

,

.

И непосредственно за счет прямой электросвязи между первой и второй цепями.

У обычных двух обмоточных трансформаторах рабочий магнитный поток передает полную электромагнитную мощность из первичной обмотки во вторичную.

. (2)

Из сравнения выражений (1) и (2) видно, что при прочих равных условиях сечение сердечника автотрансформатора может быть в раз меньше сечения сердечника трансформатора.

Автотрансформаторы применяются в качестве аппаратов понижающих напряжения на зажимах мощных синхронных и асинхронных двигателей при их пуске. В электротермии для ступенчатого регулирования напряжения на нагревательных элементах печей. В лабораториях (ЛАТР)-мощность 0,5; 1,0; 2; 5; 7,5 кВт.

Параллельная работа трансформаторов

При увеличении мощности потребления, обычно устанавливают дополнительный трансформатор и включают его параллельно с ранее работающим (рис. 1). При спаде нагрузки целесообразно отключить некоторые трансформаторы с тем, чтобы оставшиеся были загружены до номинальной мощности, что улучшает КПД установки.

a)

Тр2


U1

U2

Zn

U2

U2

Sa

A



A/

x

x/



U1

Zn

I1

I2

E|

E||

Iтр

б)

в)



Относительно нагрузки трансформаторы можно рассматривать как активные двухполюсники с входным сопротивлением Zk1 Zk2 (сопротивление короткого замыкания ). Нормальная работа трансформаторов возможна лиш при условии, что . В противном случае, даже без нагрузки , по обмоткам трансформаторов будет протекать уравнивающий ток ограничиваемый только сопротивлением короткого замыкания Zk1 и Zk2 .

.



Для выполнения условий Е||| - трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации. Токи в ветвях источника ЭДС



.
При выполнении условия получаем пропорцию . Практически допускается различие между модулями напряжений короткого замыкания, не более чем в 1,1 раза.

2 Измерительные трансформаторы

Применяются для расширения пределов измерения измерительных приборов переменного тока. Они позволяют полностью изолировать эти приборы от цепи высокого напряжения, в которой производиться измерение.


Лекция 11

Электрические машины специального назначения

Электрические машины применяются не только как двигатели и генераторы. Они используются также в качестве разнообразных электрических преобразователей, регуляторов напряжения и фазовращающих устройств.

Широкое распространение электрические машины получили в системах синхронной связи. Под этой системой понимают систему электромагнитных устройств, обеспечивающих одновременное согласованное вращение или поворот на заданный угол нескольких механически не соединенных между собой валов механизмов или осей приборов.

Различают два вида систем синхронной связи: систему синхронного вращения (электрический вал) и систему синхронного поворота (дистанционная передача угловых перемещений).

В первом случае используют асинхронные двигатели с контактными пальцами.

Система дистанционной передачи угловых перемещений состоит из трех основных частей: задающего устройства-датчика, одного или нескольких приемников и соединяющей их линии связи.

Датчик преобразует неэлектрическую величину – угловое перемещение ведущего вала – в электрическую величину – напряжение или ток.

Приемники либо преобразуют электрический сигнал датчика в угловое перемещение ведомого вала, либо вырабатывают электрический сигнал, соответствующий углу поворота ведущего вала.

Для этого служат специальные электрические машины переменного тока, называемые сельсинами.



Устройство и принцип действия сельсинов.

Сельсины снабжены двумя обмотками. Одна из них предназначена для возбуждения неподвижного магнитного поля с синусоидальным потоком, в другой (рабочей) обмотке индуктируется э.д.с. Рабочая обмотка обычно расположена на роторе, а обмотка возбуждения - на статоре сельсина. Возможно и иное расположение. Обмотки сельсинов могут быть одно-, двух- и трехфазными.

Некоторые сельсины снабжают контактными кольцами на роторе и неподвижными щетками. Широкое распространение имеют также бесконтактные сельсины.

Рассмотрим двухполюсные сельсины с однофазной обмоткой на статоре и трехфазной обмотке на роторе (рис.1). В этом случае машина имеет три контактных кольца.



1

Рис. 1
Трехфазную обмотку сельсинов принято называть обмоткой синхронизации. Ее фазы соединены “звездой”. Если однофазную обмотку сельсина включить в сеть, то переменный ток в ней возбудит в магнитопроводе машины неподвижное переменное поле с синусоидальным потоком.

В фазах обмотки синхронизации при этом наведутся переменные э.д.с. Амплитуда э.д.с. каждой фазы будет зависеть от расположения оси этой фазы по отношению к оси обмотки возбуждения (кривая 1 рис. 2).

При повороте ротора сельсина на угол амплитуда э.д.с. в рассматриваемой фазе уменьшается пропорционально косинусу угла , но сдвига во времени при этом не происходит (кривая 2).


2

Рис. 2
Если ось первой фазы расположить перпендикулярно к оси возбуждения (), то э.д.с. в первой фазе наводиться не будет. При повороте ротора на угол амплитуда э.д.с. начнет изменяться по тому же закону , однако она будет находиться в противофазе относительно э.д.с. при (кривая 3). Поскольку оси фаз обмотки синхронизации смещены в пространстве на угол , амплитуды этих фаз будут изменяться в зависимости от угла .

- первая фаза: ;

- вторая фаза:

- третья фаза: .

В системах дистанционной передачи угловых перемещений сельсины приемники могут работать в двух основных режимахиндикаторном и трансформаторном.


Индикаторный режим работы сельсинов.

Принципиальная схема индикаторного режима изображена на рис. 3. однофазные обмотки СД и СП включены в сеть переменного тока. Обмотки синхронизации включены встречно: каждая фаза СД соединена проводами линии связи с соответствующей фазой сельсин приемника.


3

Рис. 3.
Если фазы обмоток синхронизации расположены одинаково по отношению к обмоткам возбуждения, то э.д.с. в каждой из них равны по величине, но направлены встречно. При таком согласовании роторов сельсинов токи в линии связи не возникают.

Если ротор с СД повернуть на угол , то э.д.с. в фазах его обмотки синхронизации не будет равны э.д.с. соответствующих фаз СП, и в линии связи возникают токи. В результате взаимодействия токов в фазах обмоток синхронизации с потоками возбуждения на роторы сельсинов будут действовать вращающие моменты:

Ротор сельсина приемника (СП) повернется на такой же угол как и ротор СД, и токи в линии связи исчезнут.

Конечная разность углов поворота роторов датчика и приемника называеться углом рассогласования . Угол рассогласования характеризует точность действия индикаторной системы дистанционной передачи угловых перемещений.
Трансформаторный режим работы сельсинов.

Трансформаторный режим работы сельсинов получил широкое распространение в системах телеизмерения и телеуправления, в автоматических системах и в вычислительных устройствах.

Принципиальная схема включения обмоток сельсина, работающего в трансформаторном режиме, изображена на рис. 4.

В отличии от индикаторного режима здесь однофазная обмотка СП служит выходной, или сигнальной обмоткой, а трехфазная – обмоткой возбуждения.


рисунок4-model

Рис. 4.
Если ротор сельсина-приемника затормозить в каком-то положении, а однофазную обмотку сельсина-датчика включить в сеть, то под действием э.д.с., наводимых в обмотке ротора приемника установятся переменные токи различной величины. Эти три различных по величине тока возбуждают в магнитной цепи сельсина-приемника неподвижное магнитное поле с синусоидальным потоком.

Действующее значение напряжения на сигнальной обмотке приемника изменяться в зависимости от угла поворота ротора датчика по гармоническому закону.

Таким образом, о повороте ротора датчика на угол можно судить по величине напряжения на сигнальной обмотке заторможенного сельсина-приемника:



.

Поскольку ротор сельсина-приемника в данном режиме не может повернуться за счет влияния сигнала сельсина-датчика, поворот ведомого вала в этом случае осуществляет не СП, а исполнительный двигатель (ИД). СП является источником сигналов, управляющих работой двигателя. Таким образом, вал ИД будет вращаться синхронно с валом датчика при отсутствии механической связи между ними.


Поворотные трансформаторы.

Поворотные трансформаторы (ПТ) представляют собой миниатюрные электрические машины переменного тока, поворот ротора которых сопровождается плавным изменением амплитуды выходного напряжения и его фазы по отношению к входному напряжению.

ПТ применяют в различных системах автоматики и в счетно-решающих устройствах. Конструктивная схема поворотного трансформатора аналогична схеме асинхронной машины с контактными кольцами.

В зависимости от способа соединения фаз обмотки на статоре и роторе, различают синусно-косинусный поворотный трансформатор (СКПТ) и линейный поворотный трансформатор (ЛПТ).


Лекция 12



БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОРЫ
Блокинг-генераторы (БГ) используются для получения последовательности кратковременных импульсов с большой скважностью, близких по форме к прямоугольной (рис.1а).

Каталог: images -> PDF documents -> Electronni sistemu
images -> Н. И. Сулейманов Комплект контрольно-оценочных средств для оценки результатов освоения профессионального модуля разработан на основе Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального
images -> По направлению подготовки
images -> Добавить гаджеты. Добавление гаджетов
images -> Техническое задание № apnip/C. 2/CS/Ind/01 Международный консультант по улучшенной производительности орошаемого земледелия
images -> Комплект контрольно-оценочных средств по профессиональному модулю пм. 01 Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта
Electronni sistemu -> Учебное пособие предназначено для изучения студентами неэлектротехнических специальностей вузов раздела «Основы электроники»


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница