Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Классификация трансформаторов



ТРАНСФОРМАТОРЫ

Лекция 13

1. Основные термины и определения

При изготовлении трансформаторов промышленного и бытового назначения РЭА применяют стандартизованные термины и определения, обязательные для применения в документации всех видов, научно-технической и справочной литературе. Приведенные ниже термины и их определения соответствуют государственным стандартам /2, 3, 4, 5/.

Трансформатор - статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько систем переменного тока.

Силовой трансформатор - трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии.

Трансформатор малой мощности - трансформатор с выходной мощностью 4 кВА и ниже для однофазных, 5 кВА и ниже для трехфазных.

Различают электромагнитную, полезную, полную, расчетную и типовую мощности трансформатора /6/.

Электромагнитная мощность трансформатора - мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную электромагнитным путем.

Полезная или отдаваемая мощность трансформатора - произведение действующих значений напряжения вторичной обмотки на величину протекающего по ней тока (тока нагрузки).

Полная потребляемая мощность трансформатора – произведение действующих значений напряжения на зажимах первичной обмотки на величину тока, потребляемого трансформатором из сети. Величина мощности, потребляемая трансформатором из сети, больше мощности, отдаваемой нагрузке, за счет потерь энергии в магнитопроводе и обмотках.

Расчетная (номинальная) мощность трансформатора - произведение действующих значений токов, протекающих по вторичным обмоткам, на величину напряжений на их зажимах. Эта мощность характеризует собой габаритные размеры трансформатора. В том случае, когда трансформатор работает на чисто активную нагрузку, отдаваемая им мощность равна расчетной мощности вторичной обмотки.

Типовая или габаритная мощность трансформатора - мощность, определяющая размеры трансформатора.

Трансформатор питания электронной аппаратуры – трансформатор малой мощности, предназначенный для преобразования напряжения электрических сетей в напряжения, необходимые для питания электронной аппаратуры.

Сетевой трансформатор питания - трансформатор питания электронной аппаратуры, предназначенный для работы от сети переменного тока.

Трансформатор общего назначения - силовой трансформатор, предназначенный для включения в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, или для непосредственного питания приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы.

Понижающий трансформатор - трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка высшего напряжения.

Повышающий трансформатор - трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка низшего напряжения.

Высокопотенциальный трансформатор питания электронной аппаратуры - трансформатор питания электронной аппаратуры, имеющий хотя бы в одной из точек его электрической цепи максимальный потенциал, превышающий 1500 В амплитудного значения.

Однофазный трансформатор - трансформатор, в магнитной системе которого создается однофазное магнитное поле.

Трехфазный трансформатор - трансформатор, в магнитной системе которого создается трехфазное магнитное поле.

Двухобмоточный трансформатор - трансформатор, имеющий две основные гальванически не связанные обмотки.

Многообмоточный трансформатор - трансформатор, имеющий более двух основных гальванически не связанных обмоток.

Регулируемый трансформатор - трансформатор, допускающий регулирование напряжения одной или более обмоток с помощью специальных устройств, встроенных в конструкцию трансформатора.

Сигнальный трансформатор - трансформатор малой мощности, предназначенный для передачи, преобразования, запоминания электрических сигналов.

Автотрансформатор - трансформатор, две или более обмотки которого гальванически связаны так, что имеют общую часть.

Герметичный трансформатор - трансформатор, выполненный так, что исключается возможность сообщения между внутренним пространством его бака и окружающей средой.

Согласующий сигнальный трансформатор - сигнальный трансформатор, предназначенный для согласования различных полных сопротивлений электрических цепей при преобразовании и передаче электрических сигналов.

Импульсный сигнальный трансформатор - сигнальный трансформатор, предназначенный для передачи, формирования, преобразования и запоминания импульсных сигналов.

Входной согласующий сигнальный трансформатор – согласующий сигнальный трансформатор для согласования внутреннего полного электрического сопротивления источника сигнала с полным входным сопротивлением функционального узла электронной аппаратуры.

Выходной согласующий сигнальный трансформатор – согласующий сигнальный трансформатор для согласования выходного полного электрического сопротивления каскада электронной аппаратуры с полным сопротивлением нагрузки.

Коэффициент полезного действия (КПД) - отношение полезной активной мощности, отдаваемой в нагрузку, к полной активной мощности, потребляемой трансформатором из сети /6/.

 

Лекция 14

Основные элементы конструкции трансформаторов

Из принципа действия трансформатора следует, что он должен содержать магнитопровод и катушку. Как законченный конструктивно-технологический узел он должен включать ряд дополнительных элементов конструкции /8/:

· механические элементы, обеспечивающие взаимное механическое крепление катушки и сердечника;

· механические элементы для установки трансформатора в ЭВС;

· элементы для электрического подключения в схему (выводы);

· элементы защиты.

Рассмотрим отдельно каждый элемент конструкции трансформатора и технологию их изготовления.

 

Катушки трансформаторов

 

Обмотки трансформаторов выполняются в основном на литых каркасах, образуя законченный конструктивный узел - катушку. Каркас придает механическую прочность и жесткость всей конструкции, а также играет важную роль в технологии изготовления трансформатора. Каркасы имеют различную конструкцию в зависимости от назначения трансформаторов, их стоимости, технологии намотки. Первой на каркасе (ближе всего к магнитопроводу) обычно располагается первичная обмотка, затем - вторичные. Для массового производства каркасы изготовляют методом прессования из пластмасс типа АГ-4 или ДСВ-2-Р-2М.

Обмотки в катушке могут располагаться одна над другой (цилиндрическое расположение) или одна сбоку относительно другой (секционированное расположение). Наиболее простой и широко распространенной является цилиндрическая намотка, при которой потокосцепление между обмотками лучше, а поток рассеяния меньше /9/.

Сравнительно редко применяется бескаркасная намотка на гильзы, в которой витки закрепляются способом намотки, называемым универсальным. Подобные обмотки более трудоемки и не имеют особых преимуществ перед каркасными обмотками. Гильзовая конструкция применяется в катушках с малым числом витков и слоев /9/.

Обмотки трансформатора характеризуются числом витков и средней длиной витка. Средняя длина витка определяется по геометрическим размерам магнитопровода, толщине обмотки и изоляционным расстоянием /8/.

Соединение обмотки с выводом осуществляют либо тем же проводом, которым намотана катушка, либо при малой толщине собственного провода - монтажным проводом . В обмотках, выполненных на каркасах, выводы могут быть выполнены гибкими проводами, используемыми в дальнейшем для электрического монтажа (пайка в плату), или соединяться со специальными контактами, впрессованными в щечки каркаса. В обмотках, выполненных на гильзах, выводы заделывают путем бандажирования под наружную изоляцию катушек.

Обмотки трансформаторов выполняются обычно медными изолированными обмоточными проводами круглого и прямоугольного сечения, обладающими хорошей теплостойкостью. Провода подразделяются на классы по температурному индексу (нагревостойкости) в С: 105, 120, 130, 155, 180, 200, 220 и выше /9/.

 

Лекция 15

Потери в трансформаторах

Потери энергии в трансформаторе подразделяются на потери в магнитопроводе (потери в стали, магнитные потери) и потери в обмотках (потери в меди, электрические потери) /6/.

Потери в магнитопроводе складываются из потерь на вихревые токи, возникающие в толще материала сердечника, потерь на магнитное сопротивление, потерь на гистерезис при циклическом перемагничивании стали, потерь на магнитный скин-эффект, потерь на магнитострикцию и потерь на магнитное поле рассеяния.

Потери на вихревые токи возрастают пропорционально массе магнитопровода, квадрату частоты сети и толщине пластины (ленты) и уменьшаются с увеличением удельного электрического сопротивления материала магнитопровода. Для уменьшения потерь магнитопроводы выполняют наборными из тонких пластин или лент с электроизоляционным покрытием, а также прессованными из порошкообразных ферромагнитных материалов. Чем меньше толщина пластин (лент), тем меньше потери на вихревые токи.

Магнитопроводы трансформатора обладают определенным магнитным сопротивлением, поэтому при переменном магнитном потоке возникают потери. Магнитное сопротивление растет с увеличением частоты сети и массы магнитопровода. Потери на магнитное сопротивление тем меньше, чем выше качество материала магнитопровода.

Все магнитные материалы делятся на магнитомягкие и магнитожесткие. Магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса, магнитожесткие - широкую, то есть гистерезис зависит от свойств материала. Потери на гистерезис тем меньше, чем выше магнитные свойства материала магнитопровода.

При действии переменного магнитного поля в материале сердечника наблюдается магнитный скин-эффект, который приводит к потерям из-за уменьшения эффективной магнитной проницаемости и существенно зависит от частоты. Чем меньше частота, при которой работает трансформатор, тем меньше магнитный скин-эффект.

Магнитострикция - это изменение геометрических размеров магнитопровода в магнитном поле. Потери на магнитострикцию можно уменьшить выбором соответствующего материала магнитопровода.

Магнитный поток должен замыкаться внутри магнитопровода, не рассеиваясь в окружающее пространство, которое представляет большое магнитное сопротивление. Однако в реальных трансформаторах не весь магнитный поток, возбуждаемый первичной обмоткой, пронизывает витки вторичной обмотки, что приводит к потерям и уменьшению выходного напряжения.

Потери энергии в магнитопроводе приводят к увеличению тока, протекающего по первичной обмотке, на значение, необходимое для компенсации потерь.

Магнитопроводы для трансформаторов согласования и импульсных

должны изготавливаться из материалов с высокой магнитной проницаемостью, а для питания - с высокой индукцией насыщения.

При протекании токов по обмоткам трансформаторов наблюдаются также потери в обмотках. Они складываются из потерь на омические сопротивления обмоток и потерь на электрический скин-эффект.

Потери в магнитопроводе и обмотках в трансформаторах приводят к выделению больших мощностей, которые вызывают перегрев и обуславливают нестабильность параметров, надежность и срок службы трансформатора.

Таким образом, помимо основного полезного эффекта в трансформаторе имеет место ряд дополнительных, паразитных эффектов и процессов, которые существенно сказываются на характеристиках трансформатора.

 

Лекция 16

Режим холостого хода.

Это такой режим, при котором вторичная обмотка отключена от нагрузки. Если первичную обмотку соединить с источником переменного напряжения U1, то по этой обмотке будет проходить переменный ток I0, называемый током холостого хода. Этот ток создает основной магнитный поток Ф0, который, замыкаясь по магнитопроводу, пронизывает одновременно первичную и вторичную обмотки и индуктирует в них эдс (рис. 6, приложение) /6/.

Если пренебречь потерями энергии в первичной обмотке и в магнитопроводе, а также считать, что весь магнитный поток замыкается только по магнитопроводу, то эдс Е1, индуктированная потоком Ф0 в первичной обмотке, будет противоположна по знаку приложенному к первичной обмотке напряжению U1.

Рис.6. Режим холостого хода.

 

Однако на практике нельзя пренебрегать магнитными потерями. В реальном трансформаторе ток холостого хода, кроме намагничивающей составляющей, создающей в сердечнике магнитный поток Ф0, содержит также активную составляющую этого тока, обусловленную потерями энергии в сердечнике. При прохождении тока по первичной обмотке создается не только основной магнитный поток Ф0, замыкающийся по магнитопроводу, но и магнитный поток рассеяния Фр1, замыкающийся в основном по воздуху.

Итак, в режиме холостого хода трансформатора полезная мощность, отдаваемая им, равна нулю, поэтому потребляемая из сети активная мощность в основном обусловлена наличием магнитных потерь.

 

Режим работы под нагрузкой

Если к первичной обмотке трансформатора подвести напряжение U1, а вторичную обмотку соединить с нагрузкой, то в первичной и вторичной обмотках потекут токи I1 и I2, а в магнитопроводе - магнитные потоки Ф1 и Ф2. Так как причиной появления потока Ф2 является ток I2, то потоки Ф1 и Ф2 направлены встречно (рис. 7, приложение). При увеличении тока нагрузки I2 поток Ф2 увеличивается, а суммарный магнитный поток в магнитопроводе Ф1-Ф2 уменьшается. Вследствие этого индуктированные суммарным магнитным потоком эдс Е1 и Е2 уменьшаются. Уменьшение Е1 вызывает увеличение тока первичной обмотки I1 и потока Ф1, а также суммарного потока Ф1-Ф2. Аналогично уменьшение Е2 уменьшает величину тока I2 и потока Ф2 и поэтому приводит также к увеличению суммарного потока.

Таким образом, уменьшение суммарного магнитного потока, вызванное увеличением тока I2 на первом этапе, взаимно компенсируются увеличением суммарного магнитного потока из-за уменьшения Е1 и Е2 на втором этапе, в результате чего суммарный поток остается практически неизменным при увеличении нагрузки /6/.

Совершенно очевидно, что и при постепенном уменьшении тока до нуля суммарный поток остается неизменным.

Отсюда следует, что суммарный магнитный поток в магнитопроводе трансформатора является постоянным по величине и равен потоку при холостом ходе трансформатора.

В нагруженном трансформаторе, кроме основного магнитного потока, замыкающегося вдоль магнитопровода, и потока рассеяния Фр1 имеется и поток рассеяния Фр2, создаваемый вторичной обмоткой. Потоки рассеяния Фр1 и Фр2 обуславливают падения реактивного напряжения в первичной и вторичной обмотках соответственно.

Рис.6. Режим работы под нагрузкой.

Режим короткого замыкания

Различают аварийное короткое замыкание трансформатора и специально созданный, искусственный режим короткого замыкания /10/.

Аварийное короткое замыкание возникает в том случае, если сопротивление нагрузки, подключенное ко вторичной обмотке трансформатора, становится равным нулю. При наличии на первичной обмотке номинального напряжения сети в обмотках трансформатора развиваются большие токи, вызывающие нагрев трансформатора и способные вывести его из строя.

Опытным путем производят искусственный режим короткого замыкания, при котором при замкнутой накоротко вторичной обмотке напряжение, подводимое к первичной обмотке, понижают до таких пределов, чтобы в обмотках трансформатора протекали номинальные токи. На практике опыт короткого замыкания используется для определения электрических потерь в обмотках.

Имеются трансформаторы, рабочий режим которых близок к режиму короткого замыкания. Примером таких трансформаторов служит сварочный трансформатор.

 

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Лекция 13

1. Основные термины и определения

При изготовлении трансформаторов промышленного и бытового назначения РЭА применяют стандартизованные термины и определения, обязательные для применения в документации всех видов, научно-технической и справочной литературе. Приведенные ниже термины и их определения соответствуют государственным стандартам /2, 3, 4, 5/.

Трансформатор - статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько систем переменного тока.

Силовой трансформатор - трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и установках, предназначенных для приема и использования электрической энергии.

Трансформатор малой мощности - трансформатор с выходной мощностью 4 кВА и ниже для однофазных, 5 кВА и ниже для трехфазных.

Различают электромагнитную, полезную, полную, расчетную и типовую мощности трансформатора /6/.

Электромагнитная мощность трансформатора - мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную электромагнитным путем.

Полезная или отдаваемая мощность трансформатора - произведение действующих значений напряжения вторичной обмотки на величину протекающего по ней тока (тока нагрузки).

Полная потребляемая мощность трансформатора – произведение действующих значений напряжения на зажимах первичной обмотки на величину тока, потребляемого трансформатором из сети. Величина мощности, потребляемая трансформатором из сети, больше мощности, отдаваемой нагрузке, за счет потерь энергии в магнитопроводе и обмотках.

Расчетная (номинальная) мощность трансформатора - произведение действующих значений токов, протекающих по вторичным обмоткам, на величину напряжений на их зажимах. Эта мощность характеризует собой габаритные размеры трансформатора. В том случае, когда трансформатор работает на чисто активную нагрузку, отдаваемая им мощность равна расчетной мощности вторичной обмотки.

Типовая или габаритная мощность трансформатора - мощность, определяющая размеры трансформатора.

Трансформатор питания электронной аппаратуры – трансформатор малой мощности, предназначенный для преобразования напряжения электрических сетей в напряжения, необходимые для питания электронной аппаратуры.

Сетевой трансформатор питания - трансформатор питания электронной аппаратуры, предназначенный для работы от сети переменного тока.

Трансформатор общего назначения - силовой трансформатор, предназначенный для включения в сеть, не отличающуюся особыми условиями работы, или для непосредственного питания приемников электрической энергии, не отличающихся особыми условиями работы, характером нагрузки или режимом работы.

Понижающий трансформатор - трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка высшего напряжения.

Повышающий трансформатор - трансформатор, у которого первичной обмоткой является обмотка низшего напряжения.

Высокопотенциальный трансформатор питания электронной аппаратуры - трансформатор питания электронной аппаратуры, имеющий хотя бы в одной из точек его электрической цепи максимальный потенциал, превышающий 1500 В амплитудного значения.

Однофазный трансформатор - трансформатор, в магнитной системе которого создается однофазное магнитное поле.

Трехфазный трансформатор - трансформатор, в магнитной системе которого создается трехфазное магнитное поле.

Двухобмоточный трансформатор - трансформатор, имеющий две основные гальванически не связанные обмотки.

Многообмоточный трансформатор - трансформатор, имеющий более двух основных гальванически не связанных обмоток.

Регулируемый трансформатор - трансформатор, допускающий регулирование напряжения одной или более обмоток с помощью специальных устройств, встроенных в конструкцию трансформатора.

Сигнальный трансформатор - трансформатор малой мощности, предназначенный для передачи, преобразования, запоминания электрических сигналов.

Автотрансформатор - трансформатор, две или более обмотки которого гальванически связаны так, что имеют общую часть.

Герметичный трансформатор - трансформатор, выполненный так, что исключается возможность сообщения между внутренним пространством его бака и окружающей средой.

Согласующий сигнальный трансформатор - сигнальный трансформатор, предназначенный для согласования различных полных сопротивлений электрических цепей при преобразовании и передаче электрических сигналов.

Импульсный сигнальный трансформатор - сигнальный трансформатор, предназначенный для передачи, формирования, преобразования и запоминания импульсных сигналов.

Входной согласующий сигнальный трансформатор – согласующий сигнальный трансформатор для согласования внутреннего полного электрического сопротивления источника сигнала с полным входным сопротивлением функционального узла электронной аппаратуры.

Выходной согласующий сигнальный трансформатор – согласующий сигнальный трансформатор для согласования выходного полного электрического сопротивления каскада электронной аппаратуры с полным сопротивлением нагрузки.

Коэффициент полезного действия (КПД) - отношение полезной активной мощности, отдаваемой в нагрузку, к полной активной мощности, потребляемой трансформатором из сети /6/.

 

Классификация трансформаторов

При разработке ЭВС наибольшее распространение получили малогабаритные трансформаторы малой мощности с выходной мощностью до 4 кВА.

Трансформаторы классифицируют по различным признакам /7/.

По функциональному назначению трансформаторы подразделяются на:

1. трансформаторы питания;

2. согласующие трансформаторы;

3. импульсные трансформаторы.

Трансформаторы питания предназначены для преобразования электрической энергии с максимальным коэффициентом полезного действия.

Трансформаторы согласования предназначены для передачи переменных электрических сигналов, несущих информацию с изменением уровня напряжений или токов или с гальванической развязкой цепей при минимальном искажении сигнала и потерь мощности в необходимом диапазоне частот. Трансформаторы согласования должны согласовывать сопротивление нагрузки с сопротивлением источников мощности в заданном диапазоне частот. Они должны иметь незначительные частотные искажения в определенной области частот и в них должны отсутствовать или быть в допустимых пределах нелинейные искажения. Трансформаторы согласования с целью уменьшения искажений работают при малых мощностях, их перегрев незначителен. Из-за значительных габаритов и массы трансформаторы согласования редко используются в ЭВС с интегральными схемами, они широко используются в бытовой ЭВС.

Импульсные трансформаторы предназначены для передачи коротких импульсов напряжения, обычно прямоугольной формы и работают в широком диапазоне частот. К ним предъявляются жесткие требования к индуктивности обмоток, особенно первичной, индуктивности рассеяния, собственной емкости обмоток, то есть к тем реактивностям, которые влияют на форму импульса. Импульсные трансформаторы широко применяются в аппаратуре для радиолокации, телевидения и импульсной радиосвязи. Они должны возможно меньше искажать форму трансформируемых сигналов напряжения.

Трансформаторы питания делятся на три группы:

· маломощные с выходной мощностью менее 1 кВт и выходным напряжением не более 1000 В;

· мощные с выходной мощностью более 1 кВт;

· высоковольтные с выходным напряжением более 1000 В.

Конструкция трансформатора существенно зависит от частоты.

По рабочей частоте трансформаторы делятся на:

1. трансформаторы промышленной частоты 50 Гц;

2. трансформаторы повышенной промышленной частоты 400, 1000 Гц;

3. трансформаторы статические до 200 кГц.

По количеству обмоток трансформаторы делят на:

1. однообмоточные;

2. двухобмоточные;

3. многообмоточные.

Однообмоточные трансформаторы называются автотрансформаторами, гальванической развязки между входной и выходной цепью у них нет. Двухобмоточный трансформатор имеет одну первичную и одну вторичную обмотки. У многообмоточного трансформатора несколько вторичных обмоток.

Существует также классификация трансформаторов по конструктивному исполнению, то есть по исполнению магнитопровода и сердечника.

 

Лекция 14






Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-15; Просмотров: 238; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.09 с.) Главная | Обратная связь