Явления, возникающие при намагничивании магнитопроводов трансформаторов

Явления при намагничивании магнитопроводов трансформаторов

Явления при намагничивании магнитопроводов трансформаторов — раздел Электротехника, Назначение электрических машин и трансформаторов Допустим, Что К Первичной Обмотке Трансформатора Подведено Синусоидальное Нап.

Допустим, что к первичной обмотке трансформатора подведено синусоидальное напряжение. При этом поток в магнитопроводе также будет синусоидальным: Ф = Фmах sinωt. Однако вследствие насыщения магнитный поток трансформатора не пропорционален намагничивающему току. Поэтому при синусоидальном потоке Ф намагничивающий ток ; является несинусоидальным. Для определения формы кривой этого тока iОр = f(t) воспользуемся кривой намагничивания магнитопровода Ф = f(iОр) и графиком изменения потока Ф =f(t).

Рис. 1.23. Построение графика намагничивающего тока (а) и разложение его на составляющие (б)

На рис. 1.23, а дано построение графика намагничивающего тока i = f(t). Здесь в левом верхнем квадранте показана синусоидальная кривая Ф =f(t), а в верхнем правом квадранте — кривая намагничивания Ф = f(i) материала магнитопровода. Для получения графика намагничивающего тока i = f(t), расположенного в правом нижнем квадранте, поступают следующим образом. На графике Ф = f(t) выбирают ряд точек 7, 2, 3, проецируют их на кривую намагничивания и определяют значения намагничивающего тока, соответствующие выбранным значениям магнитного потока. Затем проводят вертикальные линии через точки 1, 2, 3 на оси i в правый нижний квадрант до пересечения с горизонтальными линиями, проведенными из точек 1, 2, 3 на оси времени этого квадранта, и получают геометрическое место точек кривой намагничивающего тока i = f(t). Из сделанных построений видно, что при синусоидальной форме кривой Ф =f(t) намагничивающий ток имеет пикообразную форму. В целях упрощения построений в этом случае воспользовались кривой намагничивания Ф = f(i), построенной без учета гистерезиса.

После разложения несинусоидальной кривой тока i на синусоидальные составляющие (рис. 1.23, б) видно, что в этом токе кроме основной (первой) гармоники i0р1 ярко выражена третья гармоника i0р3.

Так, в трансформаторе с магнитопроводом из высоколегированной стали при индукции В = 1,4 Тл амплитуда третьей гармоники составляет примерно 30% амплитуды основной гармоники намагничивающего тока. Сказанное относится лишь к реактивной составляющей тока х.х., так как активная составляющая ia является синусоидальной. Обычно ia не превышает 10% от I, поэтому с некоторым приближением можно принять, что кривая тока х.х. i=f(t) не отличается от кривой i = f(t).

Явления, возникающие при намагничивании магнитопроводов трансформаторов

Электрические машины и трансформаторы

Явления при намагничивании магнитопроводов трансформаторов

Допустим, что к первичной обмотке трансформатора подведено синусоидальное напряжение. При этом поток в магнитопроводе также будет синусоидальным: Ф = Фmах sinωt. Однако вследствие насыщения магнитный поток трансформатора не пропорционален намагничивающему току. Поэтому при синусоидальном потоке Ф намагничивающий ток ; является несинусоидальным. Для определения формы кривой этого тока iОр = f(t) воспользуемся кривой намагничивания магнитопровода Ф = f(iОр) и графиком изменения потока Ф =f(t).

Рис. 1.23. Построение графика намагничивающего тока (а) и разложение его на составляющие (б)

На рис. 1.23, а дано построение графика намагничивающего тока i0р = f(t). Здесь в левом верхнем квадранте показана синусоидальная кривая Ф =f(t), а в верхнем правом квадранте — кривая намагничивания Ф = f(i0р) материала магнитопровода. Для получения графика намагничивающего тока i0р = f(t), расположенного в правом нижнем квадранте, поступают следующим образом. На графике Ф = f(t) выбирают ряд точек 7, 2, 3, проецируют их на кривую намагничивания и определяют значения намагничивающего тока, соответствующие выбранным значениям магнитного потока. Затем проводят вертикальные линии через точки 1, 2, 3 на оси i0р в правый нижний квадрант до пересечения с горизонтальными линиями, проведенными из точек 1, 2, 3 на оси времени этого квадранта, и получают геометрическое место точек кривой намагничивающего тока i0р = f(t). Из сделанных построений видно, что при синусоидальной форме кривой Ф =f(t) намагничивающий ток имеет пикообразную форму. В целях упрощения построений в этом случае воспользовались кривой намагничивания Ф = f(i0р), построенной без учета гистерезиса.

После разложения несинусоидальной кривой тока i0р на синусоидальные составляющие (рис. 1.23, б) видно, что в этом токе кроме основной (первой) гармоники i0р1 ярко выражена третья гармоника i0р3.

Так, в трансформаторе с магнитопроводом из высоколегированной стали при индукции В = 1,4 Тл амплитуда третьей гармоники составляет примерно 30% амплитуды основной гармоники намагничивающего тока. Сказанное относится лишь к реактивной составляющей тока х.х., так как активная составляющая i0a является синусоидальной. Обычно i0a не превышает 10% от I0, поэтому с некоторым приближением можно принять, что кривая тока х.х. i0=f(t) не отличается от кривой i0р = f(t).

Влияние схемы соединения обмоток на работу трехфазных трансформаторов в режиме холостого хода

Из уравнений токов третьей гармоники в трехфазной системе

видно, что эти токи в любой момент времени совпадают по фазе, т. е. имеют одинаковое направление. Этот же вывод распространяется на все высшие гармоники тока, кратные трем, — 3, 9, 15 и т. д. Это обстоятельство оказывает существенное влияние на процессы, сопровождающие намагничивание сердечников при трансформировании трехфазного тока.

Рассмотрим особенности режима холостого хода трехфазных трансформаторов для некоторых схем соединения обмоток.

Рис. 1 .24. Направление токов третьей гармоники для различных схем соединения обмоток

Соединение Y/Y0. Если напряжение подводится со стороны обмоток, соединенных звездой без нулевого вывода (рис. 1.24, а), то токи третьей гармоники (и кратные трем — 9, 15 и т. д.), совпадая по фазе во всех трех фазах, будут равны нулю. Объясняется это отсутствием нулевого провода, а следовательно, отсутствием выхода из нулевой точки. В итоге токи третьей и кратные трем гармоники будут взаимно компенсироваться и намагничивающий ток трансформатора окажется синусоидальным, но магнитный поток в магнитопроводе окажется несинусоидальным (уплощенным) с явно выраженным потоком третьей гармоники Фз (рис. 1.25).

Рис. 1.25. Построение графика магнитного потока при синусоидальной форме намагничивающего тока

Потоки третьей гармоники не могут замкнуться в трехстержневом магнитопроводе, так как они совпадают по фазе, т.е. направлены встречно. Эти потоки замыкаются через воздух (масло) и металлические стенки бака (рис. 1.26). Большое магнитное сопротивление потоку Ф3 ослабляет его величину, поэтому наводимые потоками Ф3 в фазных обмотках ЭДС третьей гармоники невелики и обычно их амплитуда не превышает 5 — 7% от амплитуды основной гармоники. На практике поток Фз учитывают лишь с точки зрения потерь от вихревых токов, индуцируемых этим потоком в стенках бака. Например, при индукции в стержне магнитопровода порядка 1,4 Тл потери от вихревых токов в баке составляют около 10% от потерь в магнитопроводе, а при индукции 1,6 Тл эти потери возрастают до 50 — 65%.

Рис. 1.26. Пути замыкания магнитных потоков третьей гармоники в трехстержневом магнитопроводе

В случае трансформаторной группы, состоящей из трех однофазных трансформаторов (см. рис. 1.20, а), магнитопроводы отдельных фаз магнитно не связаны, поэтому магнитные потоки третьей гармоники всех трех фаз беспрепятственно замыкаются (поток каждой фазы замыкается в своем магнитопроводе). При этом значение потока Фз может достигать 15 — 20% от Ф1 Несинусоидальный магнитный поток Ф, содержащий кроме основной гармоники Ф1 еще и третью Ф3,

наводит в фазных обмотках несинусоидальную ЭДС

Рис. 1.27. Форма графика фазной ЭДС трансформаторной группы при соединении обмоток Y/Y

Повышенная частота Зω магнитного потока Ф3 приводит к появлению значительной ЭДС е3, резко увеличивающей амплитудное значение фазной ЭДС обмотки при том же ее действующем значении (рис.1.27), что создает неблагоприятные условия для электрической изоляции обмоток.

Рис. 1.28. Векторные диаграммы ЭДС основной (а) и третьей (б) гармоник трехфазного трансформатора

Амплитуда ЭДС третьей гармоники в трансформаторной группе может достигать 45—65% от амплитуды основной гармоники. Однако следует отметить, что линейные ЭДС (напряжения) остаются синусоидальными и не содержат третьей гармоники, так как при соединении обмоток звездой фазные ЭДС е3A, е3B и езс, совпадая по фазе, не создают линейной ЭДС. Объясняется это тем, что линейная ЭДС при соединении обмоток звездой определяется разностью фазных ЭДС. Так, для основной гармоники (рис. 1.28, а) линейная ЭДС

Что же касается линейной ЭДС третьей и кратных трем гармоник, то ввиду совпадения по фазе фазных ЭДС этих гармоник (рис. 1.28, б) получим

Если первичная обмотка трансформатора является обмоткой НН и ее нулевой вывод присоединен к нулевому выводу генератора (см. рис. 1.24, б), то намагничивающие токи фаз содержат третьи гармоники. Эти токи совпадают по фазе [см.(1.37)], а поэтому все они направлены либо от трансформатора к генератору, либо наоборот. В нулевом проводе будет протекать ток, равный 3iз. при этом магнитный поток трансформатора, а следовательно, и ЭДС в фазах будут синусоидальны.

Соединения, при которых обмотки какой-либо стороны трансформатора (НН или ВН) соединены в треугольник. Эти схемы соединения наиболее желательны, так как они лишены недостатков рассмотренных ранее схем.

Допустим, что в треугольник соединены первичные обмотки трансформатора. Тогда ток третьей гармоники беспрепятственно замыкается в замкнутом контуре фазных обмоток, соединенных в треугольник (см. рис. 1.24, в). Но если намагничивающий ток содержит третью гармонику, то магнитные потоки в стержнях, а следовательно, и ЭДС в фазах практически синусоидальны.

Если же вторичные обмотки трансформатора соединены в треугольник, а первичные — в звезду, то ЭДС третьей гармоники, наведенные во вторичных обмотках, создают в замкнутом контуре треугольника ток третьей гармоники. Этот ток создает в магнитопроводе магнитные потоки третьей гармоники Ф23, направленные встречно потокам третьей гармоники от намагничивающего тока Ф13 (по правилу Ленца). В итоге результирующий поток третьей гармоники значительно ослабляется и практически не влияет на свойства трансформаторов.

2.10. ЯВЛЕНИЯ ПРИ НАМАГНИЧИВАНИИ ТРАНСФОРМАТОРА

Если приложенное к однофазному трансформатору напряжение синусоидально, то практически синусоидален и поток (Uj « Ех = Ф), но намагничивающий ток будет несинусоидальным из-за нелинейности кривой намагничивания магнитопровода. Наоборот, вследствие указанной нелинейности, если бы намагничивающий ток был синусоидальным, то поток, следовательно и фазные напряжения, были бы несинусоидальными. На рисунке 2.37 показано графическое построение намагничивающего тока и магнитного потока применительно к однофазному трансформатору. Как видно из рисунка, намагничивающий ток при синусоидальном магнитном потоке содержит все нечетные гармоники. Наибольшую амплитуду имеет третья гармоника. Нетрудно заметить: когда из намагничивающего тока выпадет какая-либо гармоника, она появляется в потоке и соответственно в напряжении, что в отельных случаях может привести к повышению амплитуды напряжения. Поскольку причиной возникновения высших гармоник является магнитопровод, то он является как бы генератором этих гармоник.

Построение намагничивающего тока и магнитного потока

В отличие от однофазного трансформатора обмотки трехфазных трансформаторов создают неодинаковые условия для прохождения токов третьих гармоник. В симметричной трехфазной цепи, подключенной к симметричному синусоидальному напряжению, токи разных гармоник могут быть только одной определенной последовательности. Токи гармоник 6п + 1 (п = 0, 1, 2, 3, . ) со сдвигом в фазах на 120° являются токами прямой последовательности. Токи гармоник 6л — 1 (п = 1, 2, 3, . ) аналогичны токам обратной последовательности, угол сдвига между ними в фазах 240°. Токи гармоник Зл (л = 1, 3, 5, . ) — токи нулевой последовательности, угол сдвига между ними в фазах равен нулю. Если токи прямой и обратной последовательности могут свободно протекать по обмоткам трехфазных трансформаторов, то токи нулевой последовательности могут протекать только в обмотках, соединенных в треугольник или звезду с нулевым проводом.

На основании изложенного выше можно дать характеристику схемам соединения обмоток трехфазных трансформаторов в отношении токов и напряжений нулевой последовательности (в основном третьих временных гармоник, поскольку амплитуды других гармоник, кратных трем, резко убывают).

При схеме соединения У/Ун токи нулевой последовательности протекают только по вторичной обмотке. Их величина ограничивается не только сопротивлениями намагничивающего контура и индуктивного сопротивления рассеяния вторичной обмотки трансформатора для данной гармоники, но и сопротивлением нагрузки для этих гармоник. При увеличении сопротивления нагрузки фазные напряжения будут иметь заостренную форму, так как увеличивается амплитуда напряжений третьих гармоник. В линейных напряжениях, составляющих разность фазных напряжений, гармоники нулевой последовательности отсутствуют.

В стержневом трехфазном трансформаторе потоки нулевой последовательности вследствие прохождения их по пути с большим магнитным сопротивлением имеют небольшое значение. Амплитуды ЭДС невелики. Однако прохождение потока, пульсирующего с тройной частотой (для третьей гармоники) по стенкам бака, ведет к образованию вихревых токов и к увеличению потерь.

При соединении обмоток по схеме У/Д токи нулевой последовательности протекают только по вторичной обмотке, которая для них представляет собой короткозамкнутый контур. В результате размагничивающего действия этих токов результирующий поток нулевой последовательности резко ослаблен. Гармоники напряжения нулевой последовательности практически отсутствуют. В линейных проводах токов нулевой последовательности нет.

При схеме соединения обмоток Ун/Д токи нулевой последовательности будут делиться между первичной и вторичной обмотками обратно пропорционально сопротивлениям путей для токов этих гармоник. Гармоники напряжения нулевой последовательности отсутствуют.

Таким образом, наличие в трансформаторе обмотки, соединенной в треугольник, исключает искажение фазных напряжений и появление высших гармоник тока в линейных проводах.

Производство и ресурсы

Взяться за написание данной статьи автора побудили некоторые вопросы электромагнитных процессов в трансформаторах, которые он не смог объяснить, пользуясь установившимися в теории трансформаторостроения представлениями.

К неоднозначным вопросам теории трансформаторостроения, в частности, относятся:

а) появление больших магнитных потоков рассеяния при токах, близких к номинальному, несмотря на то, что современная теория в этом случае считает магнитопровод трансформатора ещё далёким от состояния насыщения;

б) независимость величины измеряемого сопротивления короткого замыкания от приложенного при измерениях к питаемой обмотке напряжения;

в) распространённое утверждение о том, что при коротком замыкании потокосцепление замкнутой обмотки равно нулю (Лейтес Л.В. «Эквивалентная схема двухобмоточного трансформатора: опыты «холостого хода» и короткого замыкания». Труды ВЭИ. 1969 г.)

Ниже эти вопросы рассмотрены подробнее. При этом для простоты изложения речь пойдёт о двухобмоточных трансформаторах, и все обозначения величин токов и напряжений будут соответствовать общепринятым, а индексы 1, 2 – свидетельствовать об их принадлежности, соответственно, к первичной (питаемой) или вторичной (нагруженной) обмотке.

Краткое изложение устоявшихся представлений об электромагнитных процессах в трансформаторах с магнитным сердечником

Как трансформатор набирает нагрузку, т.е. что заставляет ток в первичной обмотке возрастать от долей процента на «холостом ходу» до 100% Iном.

Основная функция магнитного сердечника трансформатора – многократное увеличение магнитного потока, создаваемого током в обмотке. Оно достигается за счёт имеющихся в материале сердечника доменов с направлением их магнитного поля, совпадающем с полем, создаваемым током в обмотке. При работе на «холостом ходу» поток, соответствующий приложенному напряжению, возбуждается уже при токах 0,3…1% номинального тока.

При включении трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке ток в первичной обмотке возрастает до тех пор, пока магнитный поток, вызываемый им в сердечнике, не достигнет амплитудного значения, соответствующего равенству

Как только мы замыкаем вторичную обмотку на нагрузку, возникающий в ней ток создаёт поток, направленный против потока первичной обмотки. При этом указанное ранее равенство нарушается, что вызывает увеличение первичного тока до величины, обеспечивающей восстановление этого равенства.

Так как величина синусоидального напряжение питающей сети практически постоянна, то геометрическая разность потоков, создаваемых обмотками, тоже постоянна и равна потоку «холостого хода», соответствующего питающему напряжению.

Далее считается, что в сердечнике трансформатора протекает не два противонаправленных потока, а только один, равный разности потоков обмоток и, естественно, равный потоку «холостого хода», и, соответственно, магнитная проницаемость сердечника (т.е. стали) равна таковой на «холостом ходу».

Это очень важное замечание, так как нелинейная зависимость потока в стали сердечника от тока в обмотке приводит к тому, что состояние сердечника коренным образом отличалось бы при токах в 1% и в 100% от номинального.

На рис.1 показана векторная диаграмма работы трансформатора под нагрузкой (Нейман Л.Р., Демирчян К.С. «Теоретические основы Электротехники». Издательство «Энергия» 1966 г.), на рис.2 – характеристика намагничивания сердечника, соответствующая такой модели.

Физика работы магнитного сердечника трансформатора

При возбуждении трансформатора магнитные домены в стали сердечника как бы поворачиваются, ориентируясь по направлению магнитного поля, создаваемого током в обмотке, и многократно его усиливают. Т.е. переменный ток заставляет домены каждый период переориентироваться с одного направления на противоположное, что и показано на рис.2.

При этом на поворот (или переориентацию доменов) тратится определённая энергия, которая и представляет собой, так называемые, потери на гистерезис, определяемые площадью петли гистерезиса.

Другой составляющей потерь в стали магнитопровода являются потери от вихревых токов.

Из истории трансформаторостроения известно, что потери на гистерезис были значительными при применении горячекатаных сталей. Не вдаваясь в подробности методов снижения потерь от вихревых токов путём уменьшения толщины листов и увеличения удельного сопротивления трансформаторной стали, отметим, что большое снижение потерь на гистерезис было получено при переходе на изготовление сердечников из холоднокатаной стали. Это уменьшение обусловлено тем, что домены в стали удалось направить в одном направлении – вдоль прокатки – и таким образом избавиться от доменов, направленных хаотически.

Факты, позволяющие усомниться в некоторых аспектах такой физической модели работы магнитного сердечника

1. Как известно, листы холоднокатаной стали, как и горячекатаной, магнитно нейтральны, т.е. количество доменов одного направления без воздействия внешнего магнитного поля равно количеству доменов противоположного направления.

Трудно поверить, что домены обоих направлений становятся однонаправленными и вращаются синхронно с изменением синусоидального напряжения. Ибо в таком случае потери в холоднокатаной стали ничем бы не отличались от потерь в горячекатаной стали.

Как указывает в своей книге И.И. Кифер (Кифер И.И. «Испытания ферромагнитных материалов». «Энергия», Москва, 1969 г.), домены не поворачиваются, а только немного переориентируются и расширяются под влиянием внешнего поля, усиливая его таким образом.

Можно предположить, что домены обратного направления, тоже немного переориентируясь, уменьшают своё отрицательное влияние на внешнее поле, а при отрицательной полуволне ведут себя аналогично доменам, совпадающим по направлению с полем при положительной полуволне синусоиды приложенного напряжения в режиме «холостого хода».

2. Известно, что в трансформаторах тока выгорают сердечники из горячекатаной стали, если ошибочно оставить их в работе с разомкнутой вторичной обмоткой. А сердечники из холоднокатаной стали не выгорают.

3. В технической литературе вы найдёте массу утверждений о повышении потерь в стали после транспортировки, после перешихтовки магнитопровода, после длительной эксплуатации трансформаторов. Но практически нет сведений о том, что после длительной эксплуатации приходится дополнительно устанавливать охладители для компенсации этих увеличившихся потерь в стали. А главное, не наблюдается массовых перегревов магнитопроводов трансформаторов, хотя при увеличении потерь на 20% и более они были бы неизбежны. Т.е. можно предположить, что в нагрузочных режимах увеличения потерь в стали не наблюдается?

4. В эксплуатации обычно избегают длительной работы трансформаторов на «холостом ходу». И не только из соображений экономии, но и из-за того, что при работе трансформатора на «холостом ходу» наблюдаются повышенные вибрации, повышенные уровни шума. Эти явления исчезают уже при незначительной нагрузке трансформатора. Одной из причин вибраций и шумов являются магнитострикции, т.е. изменения размеров листов электромагнитных сердечников при перемагничивании.

5. Посмотрите на трансформатор, показанный на рис.3. В его магнитопроводе при нагрузке протекает (по общепризнанной физической модели работы трансформатора) поток, равный разности Ф1–Ф2. При этом магнитопровод считается ненасыщенным. Тогда что же заставляет значительную часть потока замыкаться по воздуху?

Физическая модель магнитных явлений в трансформаторах, позволяющая (по мнению автора) объяснить некоторые из приведенных фактов

1. Как ранее отмечалось, принято считать, что в сердечнике трансформатора протекает только разностный поток, равный потоку «холостого хода».

Об этом прямо говорится во многих публикациях к.т.н. И.Б. Григорова, основательно занимавшегося оценкой величин магнитных потоков в стержнях и ярмах трансформаторов в рабочих режимах и в опыте короткого замыкания (И.Б. Григоров. «Потоки в стержне и ярме двухобмоточного трансформатора в опыте КЗ и в рабочем режиме». Выпуск 10 <19>– 11<20>, 1972 г. «Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы»).

Расчёт этих потоков выполняется с учётом следующих условий:

«5). В любом поперечном сечении магнитопровода не может быть одновременно два противоположно направленных территориально разделённых потока».

Опровергнуть это условие трудно, так как индуктированная в обмотке э.д.с. равна разности э.д.с., индуктированных каждым из потоков, а разделить эти э.д.с. невозможно.

Ещё одним условием является:

«2). Магнитопровод трансформатора не насыщен.» С этим трудно согласиться, потому что потоки рассеяния при токах нагрузки, близких к номинальному, достигают значений 30. 60% от потока «холостого хода» и могут появиться в воздухе только при значительном уменьшении магнитной проводимости сердечника.

Как известно, в управляемых постоянным током реакторах величина тока, потребляемого основной обмоткой, регулируется изменением магнитной проницаемости сердечника – изменением тока подмагничивания.

Естественно, предположить, что ток вторичной обмотки трансформатора также меняет магнитную проницаемость стали сердечника.

2. Если представить, что в сердечнике реально протекают оба потока, то для каждого из них существует путь наименьшего магнитного сопротивления. При этом при одной полуволне синусоидального напряжения поток одной из обмоток протекает по доменам соответствующего направления, а по доменам противоположного направления протекает поток другой (вторичной) обмотки. При отрицательной полуволне потоки как бы меняются доменами, как показано на рис.4.

В таком случае петля гистерезиса превращается в два участка, заштрихованные красными линиями (рис.2). Очевидно, что при этом переориентация доменов происходит только частично. Соответственно, и потери в стали существенно снижаются.

При этом магнитная проницаемость стали не достигает заоблачных величин (десятки тысяч) и практически не зависит от тока (или зависит от него незначительно и линейно). Отсюда становится понятным, почему измеряемое Zк не зависит от напряжения при опытах КЗ.

3. Проверить высказанную гипотезу можно, проведя точные измерения потерь в стали при опытах КЗ. Однако выполнение таких измерений достаточно сложно.

Следует также заметить, что после длительной эксплуатации измерениями потерь в стали при наличии только потока от одной обмотки действительно выявляют их увеличение, но оно проявляется только в режиме «холостого хода», т.е. в режиме отсутствия противопотока.

Что касается перегрева (и выгорания) сердечников трансформаторов тока из горячекатаной стали, то можно предположить более сильное влияние магнитного потока на домены, не совпадающие с его направлением, по аналогии с рамкой тока, в которую попадает больше силовых линий магнитного потока, если она перпендикулярна их направлению.

Выводы

Высказанные соображения позволяют сделать следующие обобщения:

1. В сердечнике трансформатора реально существуют два противонаправленных магнитных потока, возбуждаемых ампер-витками первичной (I1W1) и вторичной (I2W2) обмоток.

Каждый электрик должен знать:  Кабель XPJ характеристики, стоимость, область применения

2. При этом магнитная проницаемость сердечника соответствует не разности этих потоков (которая, естественно, равна потоку первичной обмотки на «холостом ходу»), а величине потока первичной обмотки в режиме нагрузки.

3. Так как в таком случае магнитная проницаемость соответствует глубокому насыщению, то она в сотни раз меньше проницаемости в режиме «холостого хода». Это приводит к замыканию части потока по воздуху, так как магнитное сопротивление насыщенного сердечника становится сопоставимым с сопротивлением потоку, замыкающемуся по воздуху.

4. Учитывая то, что потоком рассеяния является часть потока обмотки, не связанная с другой обмоткой, его величина существенно зависит от взаиморасположения обмоток, чем и пользуются при конструировании трансформаторов с требующимся напряжением короткого замыкания.

5. Дополнительным подтверждением высказанных предположений может также служить показанная на рис.3 схема конструкции трансформатора. Потому что, если по магнитопроводу протекает только разностный поток, то что заставляет его частично 30. 60% замыкаться по воздуху.

6. Очевидно, что потоки рассеяния от обеих обмоток в канале рассеяния имеют одинаковое направление (рис.5) и практически одинаковую величину, так как магнитная проводимость, соответствующая потоку от первичной обмотки, мало отличается от проводимости при величине потока, соответствующего I2W2.

7. Следует также отметить, что нет никакого отличия в процессах при работе трансформатора под нагрузкой и в режиме КЗ (что утверждает господин Л.В. Лейтес). Режим КЗ любого трансформатора – это нормальный режим постоянной работы трансформатора тока. Просто напряжение на закороченной вторичной обмотке, равное 0, совсем не говорит о равенстве нулю индуктированной в ней э.д.с. Это подтверждают результаты показанного на рис.6 опыта, где вторичные обмотки трансформатора тока намотаны сдвоенным проводом (бифилярно). При этом одна из них закорочена (с помощью амперметра), а к другой подсоединён вольтметр, показания которого тоже строго пропорциональны величине тока I1.

8. Геометрическая разность токов I1-I2 в нагрузочных режимах не равна току «холостого хода» I, так как магнитная проницаемость стали магнитопровода в сотни раз меньше проницаемости в режиме «холостого хода». При этом требующееся увеличение разности токов достигается не за счёт их абсолютных величин, а за счёт изменения угла между ними (в книге Г.Н. Петрова «Электрические машины», Госэнергоиздат, 1956 г. приведена векторная диаграмма, где угол достигает 50°). Таким образом, сохраняется закон полного тока I1W1=I2W2.

Об этом также свидетельствует тот факт, что при увеличении разностного потока в трансформаторах тока (если сопротивление нагрузки вторичной обмотки больше 1 Ом) возрастает угловая погрешность.

Заключение

Принятые в расчётах и теории настоящего времени упрощения и допущения удовлетворяют требованиям трансформаторостроения. Однако более полный учёт реальных физических процессов в стали магнитопроводов позволил бы повысить точность проектирования, облегчил и улучшил бы конструирование трансформаторов. Введя соответствующие полным потокам обмоток характеристики трансформаторной стали, параметры можно значительно точнее рассчитывать конструкцию трансформатора. Тем более, что современные программно-аппаратные средства позволяют это легко сделать.

Кроме того, более глубокое понимание физических процессов, происходящих в стали трансформаторов, позволило бы повысить качество диагностики состояния трансформаторов в эксплуатации, что особенно актуально из-за наблюдающегося старения парка трансформаторов в мировой и отечественной энергетике.

Конечно, высказанные здесь соображения не являются истиной в последней инстанции. Однако автор надеется, что они привлекут к данным проблемам внимание более серьезных специалистов. Иногда полезно пересматривать принятые и существующие более столетия теории и воззрения.

От редакции. Публикуя эту дискуссионную статью, мы надеемся на то, что наши читатели выскажут свою точку зрения по поднятым в ней вопросам.

Явления, возникающие при намагничивании сердечников трансформаторов

При намагничивании сердечников трансформаторов вследствие насыщения магнитной цепи возникают явления, требующие отдельного изучения, Для этого рассмотрим режим холостого хода трансформатора, когда первичная обмотка подключается на еинусоидаль-ное напряжение, а вторичная обмотка разомкнута.

Однофазный трансформатор.При холостом ходе трансформатора для первичного напряжения действительно уравнение

Пренебрежем сначала также потерями в стали. Тогда потребляемый из сети ток холостого хода i = / является чисто реактивным намагничивающим током (i = iOr).

Поток Ф создается током iOr. Так как при наличии насыщения пропорциональность между Ф и iOr нарушается, то при синусоидальном потоке Ф ток iOr уже не будет синусоидальным.

На рис. 13-1 в правом квадранте представлена кривая Ф = = / (iOr) при наличии насыщения, а в левом квадранте — синусоидальная кривая Ф = /(/), где t — время. В нижнем квадранте этого рисунка изображена кривая iOr — f которую можно получить, как показано на рисунке, если значения Ф по кривой Ф = / (t) для отдельных моментов времени /, 2, 3 и т. д. снести на кривую Ф = / (iOr) и получаемые при этом значения i$r снести вниз и отложить для этих же моментов времени. Отрицательная полуволна кривой iOr = / (t) будет иметь такую же форму, как и положительная. Такая несинусоидальная кривая iOr — f (t) (рис. 13-2) содержит все нечетные гармоники (v = 1, 3, 5. ), из которых наряду с первой, или основной (v = 1), наиболее сильной будет третья гармоника. Для стали марки Э4 и максимальной индукции 1,4 тл третья гармоника составляет около 30%, а пятая — около 15% от основной.

Кроме реактивной составляющей iOr, ток холостого хода i содержит также относительно малую активную составляющую

гОа, которая синусоидальна и вызвана магнитными потерями в сердечнике (рис. 13-2). Полный намагничивающий ток i = iOa + iOr имеет несимметричную форму.

Трехфазный трансформатор с соединением обмотокY/Д. Пусть на холостом ходу к сети с синусоидальным напряжением приклю-чена обмотка, соединенная треугольником (рис. 13-3, а). При этом каждая фаза этой обмотки будет приключена к синусоидальному напряжению сети. Следовательно, потоки каждой фазы также будут синусоидальными, а намагничивающие токи фаз iOra, iOrb, iarc, как и у однофазного трансфер-

Рис 13-1Определение реактивной составляющей намагничивающего тока однофазного трансформатора

Рис. 13-2 Гармонику намагничивающего тока однофазного трансформатора

матора, будут содержать нечетные высшие гармоники. В каждой фазе высшие гармоники тока будут располагаться относительно основной гармоники тока идентичным образом (рис. 13-4).

Однако, в то время как основные гармоники отдельных фаз будут сдвинуты относительно друг друга на 120°, третьи гармоники будут сдвинуты на 3-120 ь ;=360° или 0°, пятые — на 5-120° ==’ — 600° или 240°, седьмые — на 7-120° = 840° или 120°, девятые — на 9-120°^= 3-360° или 0° и т. д.

Таким образом, гармоники, кратные трем (v = 3, 9, 15. ), в отдельных фазах обмотки будут совпадать по фазе. По этой причине в линейных токах, которые представляют собой разностк токов соответствующих фаз, гармоники, кратные трем, будут отсутствовать. Поэтому токи этих гармоник будут циркулировать внутри замкнутого треугольника (рис, 13-3, а), причем, будучи равными по величине и совпадая по фазе, они образуют общий замкнутый циркуляционный ток,

Если трансформатор с соединением обмоток У/А питать на холостом ходу со стороны обмотки, соединенной в звезду (рис. 13-3, б), то гармоники, кратные трем, в фазных токах существовать не могут, поскольку они должны совпадать по фазе и в то же время их сумма должна равняться нулю, так как из нулевой точки выхода тока нет. Однако, как было выяснено выше в связи с рассмотрением процесса намагничивания сердечника однофазного трансформатора, при наличии насыщения для получения синусоидально изменяю-

Рис. 13-3. Питание трансформатора с соединением обмоток Y/Д на холостом ходу: а — со стороны обмотки, соединенной в треугольник; б — со стородш обмотки, соединенной» в звезду

Рис. 13-4. Реактивные составляющие намагничивающего тока и его гармоник в отдельных фазах обмотки трансформатора, соединенной треугольником;

щегося магнитного потока намагничивающий ток должен содержать гармоники, кратные трем. Поскольку в рассматриваемом случае наличие таких гармоник тока невозможно, то поток будет несинусоидальным.

При отсутствии гармоник, кратных трем, ток iQr будет близок к синусоидальному (рис. 13-5), так как гармоники v = 5,7. относительно малы. При такой форме тока iOr кривая потока Фу, создаваемого обмоткой, соединенной в звезду, вследствие насыщения будет иметь уплощенную или затупленную сверху форму (рис. 13-5, а). Такая кривая потока наряду с основной гармоникой Ф^у будет содержать также относительно сильную третью гармонику Ф3у; Третьи гармоники потока Ф3у всех трех фаз совпадают по фазе и будут индуктировать во вторичной обмотке, соединенной треугольником, три равные по величине н совпадающие по фазе

э. д. с. Еаь (рис. 13-5, б). Складываясь в контуре треугольника, эти э. д. с. создают в этом контуре ток /Зд, который вследствие преобладания индуктивного сопротивления будет почти чисто индуктивным. Создаваемые этим током потоки Ф3д будут почти полностью компенсировать потоки Ф3у. Поэтому результирующие потоки фаз будут практически синусоидальными. Таким образом, по сравнению с питанием со стороны обмотки, соединенной треугольником, разница заключается практически только в том, что третья и кратные ей гармоники намагничивающего тока возникают на вторичной стороне (рис. 13-3, б).

Из изложенного следует, что в случае соединения одной из обмоток трансформатора в треугольник магнитные потоки, э. д. с. и напряжения фаз остаются синусоидальными. Это обстоятельство составляет существенное преимущество трехфазных трансформаторов, у которых одна из обмоток соединена в треугольник.

Рис. 13-5. Форма кривой потока при синусоидальном намагничивающем токе (а) и векторная диаграмма потоков и токов третьей гармоники (б)

Сказанное в равной степени относится как к групповым трехфазным трансформаторам, так и к трехфазным трансформаторам с общим сердечником.

Трехфазный трансформатор с соединением обмоток Y/Y.В трансформаторе с таким соединением обмоток кратные трем гармоники (v = 3, 9, 15 . ) в намагничивающих токах первичной и вторичной обмоток, как было выяснено выше, существовать не могут. Однако при этом, как также было выяснено выше, магнитные потоки фаз наряду с основной гармоникой Фг содержат еще третьи гармоники потока Фа.

Следовательно, характерной особенностью соединения Y/Y является наличие третьих гармоник потока Ф3, которые во всех трех фазах магнитолровода совпадают по фазе. В результате этого фазные э. д. с. и напряжения несинусоидальны и содержат третьи гармоники э. д. с. Е3.

Величина этих гармоник может быть значительной. Так, например, если Ф3 составляет 10% от Ф^ то э. д. с. Es составляет уже 30% от /. так как поток Ф3 изменяется с трехкратной частотой. Однако линейные э. д. с. и напряжения синусоидальны, так как в разности э, д. с. двух фаз э, д. с. £3 исчезают.

В трехфазной группе однофазных трансформаторов (рис. 13-6, а) и бронестержневых трансформаторах (рис. 23-6, б) потоки Ф3 в каждой фазе замыкаются по замкнутому сердечнику, как и поток Фх. Однако в трехстержневом трансформаторе потоки Ф3 по замкнутому пути в сердечнике замыкаться не могут, так как в каждый момент времени они имеют во всех стержнях одинаковое направление (рис. 13-6, в). Поэтому потоки Ф3 замыкаются от одного ярма к другому через трансформаторное масло или воздух, а также через крепежные детали и стенки бака трансформатора, что приводит к уменьшению величины потоков Ф3 по сравнению с этими потоками в трансформаторах других типов. Замыкание потока

Рис. 13-6. Третьи гармоники потока в трехфазных трансформаторах

через крепежные детали и стенки бака трехстержневого трансформатора вызывает потери на вихревые токи.

Таким образом, в трехфазных трансформаторах ссоединением Y/Y возникают неблагоприятные явления: искажения кривых фазных напряжений, а в трехстержневых трансформаторах также добавочные потери от вихревых токов.

Наличие нулевого провода в принципе могло бы улучшить положение, так как при этом образуется замкнутый контур для третьих гармоник тока /3, причем в нулевом проводе возникает ток 3/3. Однако если этот контур создается через сопротивление нагрузки или другие сопротивления, то величина токов /3 и их влияние будут малы.

Ввиду изложенного мощных высоковольтных трансформаторов с соединением обмоток по схеме Y/Y, как правило, не строят. Если же в отдельных случаях возникает потребность в таких трансформаторах (например, при необходимости заземления нулевых точек с обеих сторон), то в трансформаторе можно намотать дополнительную, третичную обмотку с соединением в треугольник, сечение которой рассчитано только на токи /3.

Дата добавления: 2015-10-23 ; просмотров: 148 | Нарушение авторских прав

База знаний студента. Реферат, курсовая, контрольная, диплом на заказ

Силовой трансформатор с явлением намагничивания — Физика

Силовой трансформатор с явлением намагничивания

Трансформатор — одно из самых распространённых изделий электротехнической промышленности. Они настолько просты по своей конструкции, что улучшить их невероятно трудно. Сегодняшний процесс в трансформаторостроении связан с усовершенствованием технологии их изготовления. Промышленность предлагает тысячи типов трансформаторов-различные по мощности, по весу, по количеству обмоток. » [1].

В трансформаторах используется явление взаимной индукции, состоящий в возникновении индукционного поля в проводниках, находящегося поблизости от других проводников с токами, изменяющимися с течением времени. Только часть магнитного потока первичной обмотки пронизывает вторичную обмотку. Обмотки наматываются на ферромагнитный сердечник. Ферромагнетиками называется группа веществ в твёрдом кристаллическом состоянии, обладающая совокупностью магнитных свойств, обусловленных особым взаимодействием атомных носителей магнетизма. У ферромагнитных веществ собственное (внутреннее) магнитное поле имеет индукцию в сотни и тысячи раз большую, чем индукция внешнего магнитного поля, вызвавшего явление намагничивания, то есть образование внутреннего магнитного поля. Внутреннее магнитное поле ферромагнитных веществ используется в электромоторах, электрогенераторах, электромагнитах и так далее. Внутреннее магнитное поле ферромагнитных веществ в трансформаторах с взаимной индукцией не используется.

Устройство (трансформатор) работающий на явлении намагничивания, то есть образование собственного (внутреннего) магнитного поля ферромагнитных веществ показан на Фиг.1., состоящий из первичных обмоток 1 , вторичных обмоток 2, магнитопроводов (ферромагнетиков) 3, постоянных магнитов 4.

Работа устройства заключается в том, что проходя по первичным обмоткам синусоидальный ток вызывает в ферромагнетике явление намагничивания, то есть, образование внутреннего магнитного поля в ферромагнетике. Положительный полупериод синусоидального тока вызывает образование внутреннего магнитного поля ферромагнетиков определённой полярности.

Внутренние магнитные поля ферромагнетиков последовательно включаются с верхним постоянным магнитом , замыкая магнитную цепь, для прохождения магнитного потока. Нижний магнит включается параллельно с внутренними магнитными полями, то есть, магнитная цепь с нижним магнитом разрывается. Магнитный поток последовательно соединённых полей пронизывает вторичные обмотки. Отрицательный полупериод синусоидального тока намагничивает ферромагнетики. Внутренние магнитные поля ферромагнетиков блокируют верхний магнит. Нижний постоянный магнит включается последовательно с внутренними магнитными полями ферромагнетиков, замыкая магнитную цепь для прохождения магнитного потока. Магнитный поток обратной полярности пронизывает вторичные обмотки. Обслуживание таких устройств так-же не просто. Чтобы разъединить магниты от магнитопровода необходимо на первичные обмотки подать постоянный ток и отсоединить один из магнитов. Второй магнит снимать подавая на первичные обмотки постоянный ток обратной полярности. Чтобы извлечь первичную обмотку для ремонта необходимо размотать, в средних секциях, вторичную обмотку. Проще в средних секциях вторичную обмотку с одной стороны вообще не планировать. Легче снимать первичную обмотку, уменьшается магнитное сопротивление. Короткое замыкание полюсов магнитов через магнитопровод, необходимо между полюсами магнитов и магнитопроводами вставлять не магнитные прокладки толщиной 0,2-0,4 мм.

Второй вариант трансформатора с явлением намагничивания показан на Фиг. 2.. Постоянные магниты заменяем электромагнитами. Положительный полупериод синусоидального тока, проходя по первичным обмоткам и обмоткам верхнего и нижнего электромагнитов намагничивает ферромагнитные материалы, возбуждая в них внутреннее магнитное поле. Лавинный магнитный поток пронизывает вторичные обмотки трансформатора создаёт индукционный ток определённой полярности. Отрицательный полупериод переменного тока проходя по первичным обмоткам и обмоткам электромагнитов возбуждает внутреннее магнитное поле ферромагнетиков обратной полярности. Лавинный магнитный поток пронизывает вторичные обмотки, создавая индукционный ток обратной полярности. В генераторах изменение магнитного потока осуществляется вращением магнита (ротора). В настоящее время генераторы общим весом от 500 — 700 тонн используются во многих электростанциях. С таким трудом нам достаётся производство электроэнергия, а экономить не можем. В 1960 годах газеты писали «квартирные звонки съели Днепро ГЭС», а трансформаторы с взаимной индукцией съели уже десять Днепро ГЭСов, и Саяно — Шушенскую ГЭС.

В предлагаемом устройстве (трансформатор — генератор) изменение магнитного потока осуществляется не вращением магнита (ротора), а подача переменного тока на первичную обмотку. Законы физики не нарушаются, а наоборот используется основное свойство ферромагнетиков. Мечта С. П. Королёва построить космодром на Луне может осуществлён. На Луне не могут работать ТЭЦ, ГЭС, АЭС, ТОКОМАКи, МГД — генераторы.

Итак, трансформаторы с явлением намагничивания, совместно с Авто- генератором магнитного потока (АГМП), могут заменить солнечные источники электропитания. [2].

[1]. М. Г. Мнеян. «Сверхпроводники в современном мире»

Москва «Просвещение» 1991.

[2]. Владимир Петрович Карцев. «Магнит за три тысячелетия»,

4 — е изд., перераб., и доп. — М. , Энергоатомиздат, 1988.

Силовой трансформатор с явлением намагничивания Трансформатор — одно из самых распространённых изделий электротехнической промышленности. Они настолько просты по своей конструкции, что улучшить их невероятно трудно. Сегодняшний процесс в тр

Силовой трансформатор с явлением намагничивания

Силовой трансформатор с явлением намагничивания

Трансформатор — одно из самых распространённых изделий электротехнической промышленности. Они настолько просты по своей конструкции, что улучшить их невероятно трудно. Сегодняшний процесс в трансформаторостроении связан с усовершенствованием технологии их изготовления. Промышленность предлагает тысячи типов трансформаторов-различные по мощности, по весу, по количеству обмоток. » [1].

В трансформаторах используется явление взаимной индукции, состоящий в возникновении индукционного поля в проводниках, находящегося поблизости от других проводников с токами, изменяющимися с течением времени. Только часть магнитного потока первичной обмотки пронизывает вторичную обмотку. Обмотки наматываются на ферромагнитный сердечник. Ферромагнетиками называется группа веществ в твёрдом кристаллическом состоянии, обладающая совокупностью магнитных свойств, обусловленных особым взаимодействием атомных носителей магнетизма. У ферромагнитных веществ собственное (внутреннее) магнитное поле имеет индукцию в сотни и тысячи раз большую, чем индукция внешнего магнитного поля, вызвавшего явление намагничивания, то есть образование внутреннего магнитного поля. Внутреннее магнитное поле ферромагнитных веществ используется в электромоторах, электрогенераторах, электромагнитах и так далее. Внутреннее магнитное поле ферромагнитных веществ в трансформаторах с взаимной индукцией не используется.

Устройство (трансформатор) работающий на явлении намагничивания, то есть образование собственного (внутреннего) магнитного поля ферромагнитных веществ показан на Фиг.1., состоящий из первичных обмоток 1 , вторичных обмоток 2, магнитопроводов (ферромагнетиков) 3, постоянных магнитов 4.

Работа устройства заключается в том, что проходя по первичным обмоткам синусоидальный ток вызывает в ферромагнетике явление намагничивания, то есть, образование внутреннего магнитного поля в ферромагнетике. Положительный полупериод синусоидального тока вызывает образование внутреннего магнитного поля ферромагнетиков определённой полярности.

Внутренние магнитные поля ферромагнетиков последовательно включаются с верхним постоянным магнитом , замыкая магнитную цепь, для прохождения магнитного потока. Нижний магнит включается параллельно с внутренними магнитными полями, то есть, магнитная цепь с нижним магнитом разрывается. Магнитный поток последовательно соединённых полей пронизывает вторичные обмотки. Отрицательный полупериод синусоидального тока намагничивает ферромагнетики. Внутренние магнитные поля ферромагнетиков блокируют верхний магнит. Нижний постоянный магнит включается последовательно с внутренними магнитными полями ферромагнетиков, замыкая магнитную цепь для прохождения магнитного потока. Магнитный поток обратной полярности пронизывает вторичные обмотки. Обслуживание таких устройств так-же не просто. Чтобы разъединить магниты от магнитопровода необходимо на первичные обмотки подать постоянный ток и отсоединить один из магнитов. Второй магнит снимать подавая на первичные обмотки постоянный ток обратной полярности. Чтобы извлечь первичную обмотку для ремонта необходимо размотать, в средних секциях, вторичную обмотку. Проще в средних секциях вторичную обмотку с одной стороны вообще не планировать. Легче снимать первичную обмотку, уменьшается магнитное сопротивление. Короткое замыкание полюсов магнитов через магнитопровод, необходимо между полюсами магнитов и магнитопроводами вставлять не магнитные прокладки толщиной 0,2-0,4 мм.

Второй вариант трансформатора с явлением намагничивания показан на Фиг. 2.. Постоянные магниты заменяем электромагнитами. Положительный полупериод синусоидального тока, проходя по первичным обмоткам и обмоткам верхнего и нижнего электромагнитов намагничивает ферромагнитные материалы, возбуждая в них внутреннее магнитное поле. Лавинный магнитный поток пронизывает вторичные обмотки трансформатора создаёт индукционный ток определённой полярности. Отрицательный полупериод переменного тока проходя по первичным обмоткам и обмоткам электромагнитов возбуждает внутреннее магнитное поле ферромагнетиков обратной полярности. Лавинный магнитный поток пронизывает вторичные обмотки, создавая индукционный ток обратной полярности. В генераторах изменение магнитного потока осуществляется вращением магнита (ротора). В настоящее время генераторы общим весом от 500 — 700 тонн используются во многих электростанциях. С таким трудом нам достаётся производство электроэнергия, а экономить не можем. В 1960 годах газеты писали «квартирные звонки съели Днепро ГЭС», а трансформаторы с взаимной индукцией съели уже десять Днепро ГЭСов, и Саяно — Шушенскую ГЭС.

В предлагаемом устройстве (трансформатор — генератор) изменение магнитного потока осуществляется не вращением магнита (ротора), а подача переменного тока на первичную обмотку. Законы физики не нарушаются, а наоборот используется основное свойство ферромагнетиков. Мечта С. П. Королёва построить космодром на Луне может осуществлён. На Луне не могут работать ТЭЦ, ГЭС, АЭС, ТОКОМАКи, МГД — генераторы.

Итак, трансформаторы с явлением намагничивания, совместно с Авто- генератором магнитного потока (АГМП), могут заменить солнечные источники электропитания. [2].

[1]. М. Г. Мнеян. «Сверхпроводники в современном мире»

Москва «Просвещение» 1991.

[2]. Владимир Петрович Карцев. «Магнит за три тысячелетия»,

4 — е изд., перераб., и доп. — М. , Энергоатомиздат, 1988.

dmitry_shem

учёные прошлых времён стремились к истине; затем были жаждущие славы; нынешние учёные жаждут окладов

Где-то ещё в начале годя я решил проверить мысль о возможности самой дешёвой балансировки тока намагничивания в сердечнике транса, работающего в двухтактном режиме. Проблемы там могут возникать как со стороны первички, так и вторички – неодинаковое сопротивление ключей, неодинаковое время задержки включения или выключения, несимметрия работы выпрямителя (например, он аварийно заработал в однополупериодном режиме).

Когда используется транс с сердечником без зазора и из-за постоянной составляющей тока намагничивания возникает «одностороннее» насыщение, в преобразователе начинаются нехорошие процессы с аварийным отключением по токоограничению (если оно быстро работает) или со сгоранием транзисторов (в худшем случае).

Ставить рядом трансформатор тока для вычисления разницы тока первички и вторички силового транса – хорошо теоретически, но это гемор технологический. Два трансформатора по цене одного никогда не получатся, да и индуктивность рассеяния при этом вырастет. Конструкции с поясом Роговского – тоже «некитайский» подход.

Поэтому меня интересовало, каким же самым простым способом можно измерять постоянную составляющую магнитного потока в сердечнике транса.

В магнитопровод без зазора никакой датчик магнитного поля не вставишь, остаются только измерения снаружи. И такие измерения будут хороши тем, что при приближении сердечника к насыщению магнитное поле будет из него сильнее «выпирать» наружу, что и будет основной информацией.

В эксперименте был задействован Ш-образный ферритовый сердечник с виду ER35/20/11 (материал предположительно N87) и намотана одна обмотка, на которую подавалось прямоугольное напряжение с примесью постоянного тока смещения, чтобы вызвать приближение к насыщению в одном из полупериодов.

Для измерения поля снаружи сердечника использовалась катушка диаметром около 2,5 мм и длиной 3 мм из 40 витков, намотана внавал. Катушка располагалась снаружи магнитопровода вплотную к месту стыка Ш-образных половинок, ось катушки параллельна оси керна сердечника.

Транс содержал одну обмотку и питался прямоугольниками от звукового усилка, поэтому «силовое» напряжение Uтр (синий график) не очень жёсткое. Iтр – ток в обмотке транса, видно несимметричное насыщение «в минус». Толстый зелёный график Uизм – сигнал с измерительной катушки снаружи (мВ):

Сразу видно, что в моменты насыщения сердечника, когда красный ток в конце второго полупериода резко уходит в минус, сигнал с измерительной катушки резко возрастает относительно своих «спокойных» значений.

Конец полупериода – это момент, предшествующий коммутации транзисторов, питающих транс, и этот момент всегда известен управляющему контроллеру, который без труда может фиксировать сигнал в моменты, отмеченные на зелёном графике чёрными кружками.

При «одностороннем» насыщении сердечника возникает несимметрия сигнала, измеренного таким способом. В данном случае «зелёный» график показывает +1,0 мВ в конце первого полупериода и –1,7 мВ в конце второго, несимметрия равна минус 0,7 мВ, и контроллер мог бы сообразить, что постоянную составляющую тока намагничивания надо сдвинуть «в плюс».

Прелесть такого способа измерения в том, что сам датчик – дешевле не придумаешь, и для усиления его сигнала не требуется быстродействующий или прецизионный усилитель. Во-первых, сигнал измеряется в момент, предшествующий коммутации, а, во-вторых, несимметрия зафиксированных значений вычисляется относительно среднего значения «зелёного» сигнала, которое можно получить на выходе простого пассивного ФНЧ, что позволит устранить влияние напряжения смещения в усилителе датчика.

Чтобы оценить магнитное поле в зоне расположения датчика, можно проинтегрировать «зелёный» сигнал с измерительной катушки и поделить на число витков (40) и её площадь (4 мм 2 ), тёмно-синий график:

Получается, что в самой благоприятной для измерений зоне амплитуда индукции магнитного поля снаружи сердечника не превышает 0,5 мТл, что по порядку величины приближается к магнитному полю Земли. Если для измерения поля, выпирающего из сердечника, рассматривать другие распространённые датчики, то Холл для таких слабых величин не годится, и подойдут только магнитометры, как в электронных компасах (наподобие магниторезистивных HMC1051/1052), что будет сильно дороже ширпотребного усилителя и маленькой катушки, в роли которой можно применить готовую чип-индуктивность.

Да, если рассматривать Ш-образные сердечники, то измерительную катушку надо размещать возле стыка половинок сердечника – там поле максимально «выпирает» из сердечника, а это очень неудобное место, потому что такие трансы обычно охватывают короткозамкнутым витком медной фольги для экранирования полей рассеяния. Если говорить про трансы на тороидальных сердечниках – там ещё хуже, потому что стыков вообще нет и поле из сердечника практически не «выпирает». Но более дешёвого способа определения постоянного смещения магнитного потока в сердечнике трансформатора с использованием ширпотребного мусора я не придумал.

Возможно, если наклеить плёнку магниторезистора непосредственно на боковой керн трансформатора, то система «почувствует» поле сердечника даже без стыка, но такие материалы под ногами не валяются. Ещё можно попробовать вариант с головкой от компьютерного жёсткого диска или с чип-индуктивностью на ферромагнитном сердечнике, приложенными непосредственно к «бесстыковой» части магнитопровода, но до такого у меня руки не дошли.

Электрические машины — файл n1.doc

приобрести
Электрические машины
скачать (21223.5 kb.)
Доступные файлы (1):

Читайте также:

  1. Глава восемнадцатая РАЗНОВИДНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
  2. Обмотки трансформаторов
  3. Параллельная работа трансформаторов
  4. Проблемы, возникающие после того, как процесс обучения некоторое время протекал хорошо
  5. Расчет импульсных трансформаторов.
  6. Схемы и группы соединений обмоток трансформаторов
  7. Трансформаторов
n1.doc 21224kb. 09.09.2012 00:54 скачать
    Смотрите также:
  • Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины (Документ)
  • Крицштейн А.М. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике: Учебное пособие (Документ)
  • Андрианов В.Н. Электрические машины и аппараты (Документ)
  • Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. Электрические Машины. Лабораторные работы на ПК (Документ)
  • Грумбина А.Б. Электрические машины и источники питания радиоэлектронных устройств (1990) (Документ)
  • Кочегаров Б.Е., Лоцманенко В.В., Опарин Г.В. Бытовые машины и приборы. Учебное пособие. Часть 1 (Документ)
  • Копылов И.П. Справочник по электрическим машинам Том 1 (Документ)
  • Крицштейн А.М. Электрические машины (Документ)
  • Общая электротехника. Мультимедийное лекционное обеспечение (Документ)
  • Абрамов А., Хлебников П. Самодельные электрические и паровые двигатели (Документ)
  • Пашнин В.М. Электрические машины (Документ)
  • Москаленко В.В. Справочник электромонтера (Документ)

n1.doc

Глава тринадцатая НАМАГНИЧИВАНИЕ СЕРДЕЧНИКОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ

§ 13-1. Явления, возникающие при намагничивании сердечников трансформаторов

При намагничивании сердечников трансформаторов вследствие насыщения магнитной цепи возникают явления, требующие отдельного изучения, Для этого рассмотрим режим холостого хода трансформатора, когда первичная обмотка подключается на еинусоидаль-ное напряжение, а вторичная обмотка разомкнута.

Однофазный трансформатор. При холостом ходе трансформатора для первичного напряжения действительно уравнение

Пренебрежем сначала также потерями в стали. Тогда потребляемый из сети ток холостого хода i = / является чисто реактивным намагничивающим током (i = iOr).

Поток Ф создается током iOr. Так как при наличии насыщения пропорциональность между Ф и iOr нарушается, то при синусоидальном потоке Ф ток iOr уже не будет синусоидальным.

На рис. 13-1 в правом квадранте представлена кривая Ф = = / (iOr) при наличии насыщения, а в левом квадранте — синусоидальная кривая Ф = /(/), где t — время. В нижнем квадранте этого рисунка изображена кривая iOr — f которую можно получить, как показано на рисунке, если значения Ф по кривой Ф = / (t) для отдельных моментов времени /, 2, 3 и т. д. снести на кривую Ф = / (iOr) и получаемые при этом значения i$r снести вниз и отложить для этих же моментов времени. Отрицательная полуволна кривой iOr = / (t) будет иметь такую же форму, как и положительная. Такая несинусоидальная кривая iOr — f (t) (рис. 13-2) содержит все нечетные гармоники (v = 1, 3, 5. ), из которых наряду с первой, или основной (v = 1), наиболее сильной будет третья гармоника. Для стали марки Э4 и максимальной индукции 1,4 тл третья гармоника составляет около 30%, а пятая — около 15% от основной.

Кроме реактивной составляющей iOr, ток холостого хода i содержит также относительно малую активную составляющую

гОа, которая синусоидальна и вызвана магнитными потерями в сердечнике (рис. 13-2). Полный намагничивающий ток i = iOa + iOr имеет несимметричную форму.

Трехфазный трансформатор с соединением обмоток Y/Д. Пусть на холостом ходу к сети с синусоидальным напряжением приклю-чена обмотка, соединенная треугольником (рис. 13-3, а). При этом каждая фаза этой обмотки будет приключена к синусоидальному напряжению сети. Следовательно, потоки каждой фазы также будут синусоидальными, а намагничивающие токи фаз iOra, iOrb, iarc, как и у однофазного трансфер-

Рис 13-1 Определение реактивной составляющей намагничивающего тока однофазного трансформатора

Рис. 13-2 Гармонику намагничивающего тока однофазного трансформатора

матора, будут содержать нечетные высшие гармоники. В каждой фазе высшие гармоники тока будут располагаться относительно основной гармоники тока идентичным образом (рис. 13-4).

Однако, в то время как основные гармоники отдельных фаз будут сдвинуты относительно друг друга на 120°, третьи гармоники будут сдвинуты на 3-120 ь ;=360° или 0°, пятые — на 5-120° ==’ — 600° или 240°, седьмые — на 7-120° = 840° или 120°, девятые — на 9-120°^= 3-360° или 0° и т. д.

Таким образом, гармоники, кратные трем (v = 3, 9, 15. ), в отдельных фазах обмотки будут совпадать по фазе. По этой причине в линейных токах, которые представляют собой разностк токов соответствующих фаз, гармоники, кратные трем, будут отсутствовать. Поэтому токи этих гармоник будут циркулировать внутри замкнутого треугольника (рис, 13-3, а), причем, будучи равными по величине и совпадая по фазе, они образуют общий замкнутый циркуляционный ток,

Если трансформатор с соединением обмоток У/А питать на холостом ходу со стороны обмотки, соединенной в звезду (рис. 13-3, б), то гармоники, кратные трем, в фазных токах существовать не могут, поскольку они должны совпадать по фазе и в то же время их сумма должна равняться нулю, так как из нулевой точки выхода тока нет. Однако, как было выяснено выше в связи с рассмотрением процесса намагничивания сердечника однофазного трансформатора, при наличии насыщения для получения синусоидально изменяю-

Рис. 13-3. Питание трансформатора с соединением обмоток Y/Д на холостом ходу: а — со стороны обмотки, соединенной в треугольник; б — со стородш обмотки, соединенной» в звезду

Рис. 13-4. Реактивные составляющие намагничивающего тока и его гармоник в отдельных фазах обмотки трансформатора, соединенной треугольником;

щегося магнитного потока намагничивающий ток должен содержать гармоники, кратные трем. Поскольку в рассматриваемом случае наличие таких гармоник тока невозможно, то поток будет несинусоидальным.

При отсутствии гармоник, кратных трем, ток iQr будет близок к синусоидальному (рис. 13-5), так как гармоники v = 5,7. относительно малы. При такой форме тока iOr кривая потока Фу, создаваемого обмоткой, соединенной в звезду, вследствие насыщения будет иметь уплощенную или затупленную сверху форму (рис. 13-5, а). Такая кривая потока наряду с основной гармоникой Ф^у будет содержать также относительно сильную третью гармонику Ф3у; Третьи гармоники потока Ф3у всех трех фаз совпадают по фазе и будут индуктировать во вторичной обмотке, соединенной треугольником, три равные по величине н совпадающие по фазе

э. д. с. Еаь (рис. 13-5, б). Складываясь в контуре треугольника, эти э. д. с. создают в этом контуре ток /Зд, который вследствие преобладания индуктивного сопротивления будет почти чисто индуктивным. Создаваемые этим током потоки Ф3д будут почти полностью компенсировать потоки Ф3у. Поэтому результирующие потоки фаз будут практически синусоидальными. Таким образом, по сравнению с питанием со стороны обмотки, соединенной треугольником, разница заключается практически только в том, что третья и кратные ей гармоники намагничивающего тока возникают на вторичной стороне (рис. 13-3, б).

Из изложенного следует, что в случае соединения одной из обмоток трансформатора в треугольник магнитные потоки, э. д. с. и напряжения фаз остаются синусоидальными. Это обстоятельство составляет существенное преимущество трехфазных трансформаторов, у которых одна из обмоток соединена в треугольник.

Рис. 13-5. Форма кривой потока при синусоидальном намагничивающем токе (а) и векторная диаграмма потоков и токов третьей гармоники (б)

Сказанное в равной степени относится как к групповым трехфазным трансформаторам, так и к трехфазным трансформаторам с общим сердечником.

Трехфазный трансформатор с соединением обмоток Y/Y. В трансформаторе с таким соединением обмоток кратные трем гармоники (v = 3, 9, 15 . ) в намагничивающих токах первичной и вторичной обмоток, как было выяснено выше, существовать не могут. Однако при этом, как также было выяснено выше, магнитные потоки фаз наряду с основной гармоникой Фг содержат еще третьи гармоники потока Фа.

Следовательно, характерной особенностью соединения Y/Y является наличие третьих гармоник потока Ф3, которые во всех трех фазах магнитолровода совпадают по фазе. В результате этого фазные э. д. с. и напряжения несинусоидальны и содержат третьи гармоники э. д. с. Е3.

Величина этих гармоник может быть значительной. Так, например, если Ф3 составляет 10% от Ф^ то э. д. с. Es составляет уже 30% от /. так как поток Ф3 изменяется с трехкратной частотой. Однако линейные э. д. с. и напряжения синусоидальны, так как в разности э, д. с. двух фаз э, д. с. Ј3 исчезают.

В трехфазной группе однофазных трансформаторов (рис. 13-6, а) и бронестержневых трансформаторах (рис. 23-6, б) потоки Ф3 в каждой фазе замыкаются по замкнутому сердечнику, как и поток Фх. Однако в трехстержневом трансформаторе потоки Ф3 по замкнутому пути в сердечнике замыкаться не могут, так как в каждый момент времени они имеют во всех стержнях одинаковое направление (рис. 13-6, в). Поэтому потоки Ф3 замыкаются от одного ярма к другому через трансформаторное масло или воздух, а также через крепежные детали и стенки бака трансформатора, что приводит к уменьшению величины потоков Ф3 по сравнению с этими потоками в трансформаторах других типов. Замыкание потока

Рис. 13-6. Третьи гармоники потока в трехфазных трансформаторах

через крепежные детали и стенки бака трехстержневого трансформатора вызывает потери на вихревые токи.

Таким образом, в трехфазных трансформаторах с соединением Y/Y возникают неблагоприятные явления: искажения кривых фазных напряжений, а в трехстержневых трансформаторах также добавочные потери от вихревых токов.

Наличие нулевого провода в принципе могло бы улучшить положение, так как при этом образуется замкнутый контур для третьих гармоник тока /3, причем в нулевом проводе возникает ток 3/3. Однако если этот контур создается через сопротивление нагрузки или другие сопротивления, то величина токов /3 и их влияние будут малы.

Ввиду изложенного мощных высоковольтных трансформаторов с соединением обмоток по схеме Y/Y, как правило, не строят. Если же в отдельных случаях возникает потребность в таких трансформаторах (например, при необходимости заземления нулевых точек с обеих сторон), то в трансформаторе можно намотать дополнительную, третичную обмотку с соединением в треугольник, сечение которой рассчитано только на токи /3.

§ 13-2. Расчет магнитной цепи трансформатора

Расчет магнитной цепи производится с целью определения намагничивающего тока и магнитных потерь. Расчет реактивной составляющей намагничивающего тока можно выполнить двумя методами.

Первый метод аналогичен методу расчета магнитной цепи машины постоянного тока (см. гл. 2). При этом магнитная цепь вдоль средней магнитной линии (рис. 13-7) разбивается на участки (стержни, ярма и воздушные зазоры или щели между ними), в пределах которых магнитные индукции Вст, Вя, В& можно считать постоянными. Задаваясь амплитудой потока стержня Фст, определяют амплитуды индукции Бст, Вя, В& = В„ и затем по кривым намагничивания стали (см. рис. В-1) находят Н„ и Яя. Тогда н. с однофазного трансформатора (рис. 13-7, о)

где w — число витков обмотки и k — коэффициент, учитывающий наличие в намагничивающем токе высших гармоник. При Вст — — 1 тл и Всг = 1,4 тл соответственно приблизительно k = 1,5 и k = 2,2.

Магнитная характеристика Фст = / (г^) имеет вид, показанный на рис. 13-1.

Второй метод основан на вычислении энергии магнитного поля сердечника или его намагничивающей (реактивной) мощности.

Допустим, что В и Н представляют собой амплитуды индукции и напряженности магнитного поля, изменяющихся синусоидально во времени. Тогда максимум магнитной энергии в единице объема поля

Величину 0 и положительные токи ix и i2 создают в сердечнике потоки одинакового направления.

Отметим, что в правой части второго уравнения (14-13) можно было бы изменить знаки на обратные. Тогда и2 следовало бы трактовать как напряжение, приложенное к вторичной обмотке со стороны вторичной сети. Некоторые, в особенности иностранные, авторы применяют также и эту последнюю форму записи.

Обычно силовые трансформаторы, а также ряд видов специальных трансформаторов работают с синусоидально изменяющимися токами и напряжениями. В этом случае вместо дифференциальных Уравнений (14-13) удобнее пользоваться комплексными уравнениями Для действующих значений токов и напряжений. Для получения этих уравнений в уравнения (14-13) следует подставить

представляют собой полные собственные и взаимные индуктивные сопротивления обмоток.

При симметричной нагрузке трехфазных трансформаторов электромагнитные процессы протекают во всех фазах одинаково и соответствующие электромагнитные величины в каждой фазе также-одинаковы и лишь сдвинуты по фазе на 120°. Некоторая несимметрия магнитной цепи трехстержневого трансформатора, а также появление в ряде случаев (см. § 13-1) третьих гармоник потока обычно нет оказывают заметного влияния на работу трансформатора под’ нагрузкой. К тому же эти .явления при необходимости можно учесть отдельно. По этим причинам уравнения (14-14) с большой точностью* применимы также для фазных величин трехфазного трансформатора при симметричной его нагрузке. Система уравнений (14-14)- не учи* тывает лишь потерь в стали сердечника трансформатора. Учет этиэ* потерь будет рассмотрен отдельно.

Для трехфазного трансформатора в соответствии со сказанным выше 0it U2, /х и /2 представляют собой фазные значения напряжений и токов.

Уравнения (14-13) и (14-14) полностью определяют процессы происходящие в трансформаторе при указанных выше допущениях и позволяют решать задачи, связанные с работой трансформатора Например^если определить из первого уравнения (14-14) /хи под ставить его значение во второе уравнение (14-14), то получим зав» симость вторичного напряжения % от тока нагрузки 1г:

а второй член — падение напряжения на вторичных зажимах npij нагрузке.

Из этих соотношений видно, что такие важные с эксплуатационной точки зрения величины, как падение напряжения и ток короткого замыкания, определяются небольшой долей а полного индуктивного сопротивления дг22, обусловленной электромагнитным рассеянием. Это же можно сказать и о ряде других величий, характеризующих эксплуатационные свойства трансформаторов и вращающихся электрических машин. Поэтому определение величин, характеризующих электромагнитное рассеяние, составляет важную задачу теории электрических машин.

Кроме указанных соображений о точности результатов, расчеты н а основе уравнений (14-13) и (14-14) неудобны также в связи с тем, Чт о ввиду неравенства чисел витков (w1 Ф до2) параметры rlt г2,

В связи с изложенным теорию электрических машин в отношении рассматриваемых вопросов целесообразно развить в следующих тесно связанных друг с другом направлениях:

1. Индуктивно связанные обмотки приводятся путем-соответствующих пересчетов к одинаковому числу витков, е результате чего порядки напряжений, токов и параметров этих обмоток становятся соответственно одинаковыми.

2. Из полных собственных индуктивностей Ln, /_22 и индуктивных сопротивлений самоиндукции хп и х22 выделяются составляющие — индуктивности рассеяния Si> S2 и индуктивные сопротивления рассеяния хх и х%, обусловленные явлением электромагнитного рассеяния, причем это выделение производится с таким расчетом, что остающиеся части полных индуктивностей (LuSi, L22 — S2) и индуктивных сопротивлений (хцхи Х 22х й) соответствуют индуктивно связанным цепям с полной связью (с = 1).

3. Разрабатываются непосредственные методы расчета малых параметров — индуктивностей и индуктивных сопротивлений рассеяния — независимо от расчета полных индуктивностей и индуктивных сопротивлений, чем достигается необходимая точность в определении этих малых параметров.

4. От электрических цепей с индуктивной связью делается переход к схемам замещения с электрической связью цепей, что приводит к упрощению расчетов и большей наглядности теории.

5. Индуктивности и индуктивные сопротивления рассеяния вводятся в явном виде в расчетные соотношения и схемы замещения, что позволяет с необходимой точностью рассчитывать величины, зависящие от электромагнитного рассеяния.

Эти вопросы применительно к трансформаторам рассматриваются ииже.

§ 14-3. Схемы замещения двухобмоточного трансформатора

Приведение вторичной обмотки к первичной. Первичные и вторичные токи, напряжения и другие величины имеют одинаковый порядок, если у первичной и вторичной обмоток число витков одинаково. Рассмотрим поэтому вместо реального трансформатора эквивалентный ему так называемый приведенный трансформатор, первичные и вторичные обмотки которого имеют одинаковое число витков.

Представим себе, что реальная вторичная обмотка трансформатора с числом витков ш2 заменена воображаемой, или приведенной,

обмоткой с числом витков w\ — Wx. При этом число витков вторичной обмотки изменится в

раз. Величина k называется коэффициентом приведения или трансформации.

В результате такой замены, или приведения, э. д. с. Е’2 и напряжение U2 приведенной обмотки также изменяются в k раз по сравнению с величинами Ј2 и U2 реальной вторичной обмотки:

Чтобы мощности приведенной и реальной обмоток при всех режимах работы были равны, необходимо соблюдать равенство

где 1′% — приведенный вторичный ток. Отсюда с учетом второго равенства (14-21) следует, что

Намагничивающие силы приведенной и реальной обмоток на основании выражений (14-20) и (14-22) равны:

Для того чтобы электромагнитные процессы в реальном и приведенном трансформаторах протекали одинаково, приведенная и реальная вторичные обмотки должны создавать одинаковые магнитные поля. Для этого, кроме соблюдения условия (14-23), необходимо, чтобы приведенная вторичная обмотка имела те же геометрические размеры и конфигурацию и была расположена в окне сердечника трансформатора так же, как и реальная вторичная, обмотка (см. например, рис. 12-2, 12-26). Поэтому суммарное сечение всех витков приведенной обмотки должно быть таким же, как и у реальной обмотки, а сечение каждого витка приведенной обмотки должно уменьшиться в k раз. Но поскольку приведенная обмотка имеет в k раз больше витков, то в итоге активное сопротивление приведенной обмотки в k 2 раз больше, чем реальной:

Так как при одинаковых геометрических размерах и одинаковом расположении катушек их индуктивности и индуктивные сопротивления пропорциональны квадратам чисел витков, то между индуктивными сопротивлениями приведенной обмотки х’3 и реальной лг2 существует такое же соотношение:

Таким образом, все энергетические и электромагнитные соотношения в приведенном и реальном трансформаторах одинаковы, что и позволяет производить указанное приведение.

Схема замещения без учета магнитных потерь. В соответствии с изложенным сделаем в уравнениях напряжения трансформатора (14-14^ поястановки:

При переходе к электрической связи двух цепей в соответствующей схеме замещения должна появиться общая для обеих цепей ветвь, которая обтекается суммой токов обеих цепей /г + 1[. Соответственно этому в уравнениях напряжений этих цепей должны появиться одинаковые члены с множителями (/х + /J). Из уравнений (14-27) видно, что для получения в них таких членов нужно прибавить к первому из этих уравнений и вычесть из него член ]кхп!г и прибавить ко второму и вычесть из него член ]кхп<'%. При этом получим

Введем следующие наименования и обозначения:

1) приведенное активное сопротивление вторичной обмотки

Уравнениям (14-34), как нетрудно видеть, соответствует схема замещения рис. 14-3, а. Действительно, мысленно обойдя левый и правый контуры схемы рис. 14-3, а и составив уравнения напря-жеяия для этих контуров, вновь получим уравнения (14-34). Таким образом, схема рис. 14-3, а представляет собой схему замещения трансформатора, л^ответст^ующую уравнениям (14-14) и (14-34).

Аналогичным образом можно также преобразовать уравнения напряжения в дифференциальной форме (14-13), произведя в них подстановки

При этом получается схема замещения рис. 14-3, б, где

представляют собой индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток, а

— приведенную взаимную индуктивность.

Схема замещения рис. 14-3, б действительна при любых закономерностях изменения напряжения и токов во времени, в том

числе и в случае переходных процессов.

Уравнения (14-34) и схемы замещения рис. 14-3 можно трактовать таким образом, что сопротивления гх и хъ г’ъ и х\ или индуктивности St и Sj включены в цепи дбмоток до и после трансформатора, а параметры обмоток трансформатора уменьшены на эти величины. В результате получается идеальный трансформатор, активные сопротивления которого равны нулю, а коэффициент электромагнитной-связи с = 1. Действительно, у такого идеального трансформатора приведенные собственные и взаимные индуктивные сопротивления одинаковы и равны х’п = kxn и поэтому в соответствии с равенствами (14-12) и (14-19) с 2 = 1 и а = 0.

Рис. 14-3. Схемы замещения двух-

обмоточного трансформатора без

учета магнитных потерь

Отметим, что, как следует из рассмотрения приведенных преобразований, соотношения (14-26) и все последующие, а также схемы замещения рис. 14-3 справедливы и правильно отражают все процессы в трансформаторе при любом значении k. С математической точки зрения эти преобразования означают переход от переменных /72 и /2 к новым переменным О’2я 1′2 по формулам (14-26), что возможно при любом значении k. В связи с этим необходимо подчеркнуть, что индуктивные сопротивления и индуктивности рассеяния, согласно равенствам (14-30) — (14-33), (14-36), (14-37) и (14-38), определяются неоднозначно и зависят от коэффициента приведения к. Однако для силовых трансформаторов k рационально определять по формуле (14-20), как это и принято на практике и всюду в данной книге. Выбор иного значения k целесообразен лишь в специальных случаях, например в измерительных трансформаторах тока *.

Параметры схемы замещения. Рассмотрим параметры схем замещения рис. 14-3 при k = wjw2 [см. равенство (14-20)].

Приведенная взаимная индуктивность на основании равенств (14-6), (14-10) и (14-38)

Следовательно, сопротивление х’п с большой точностью равно сопротивлению самоиндукции первичной обмотки от потока, замыкающегося по сердечнику.

1 А. И. Воль дек. О схеме замещения трансформатора и ее параметрах. «Электричество», 1952, №. 8, с. 21-25.

Ветви 12 схем замещения рис. 14-3 называются намагничивающими ветвями. Протекающий по этим ветвям намагничивающий то«

Таким образом, индуктивности рассеяния Slt 52 и Sj и индуктивные сопротивления рассеяния

Однако вторыми членами равенств (14-42) и (14-43) по сравнению с первыми пренебречь нельзя, и поэтому потоки, замыкающиеся по воздуху, можно назвать потоками рассеяния лишь условно.

Схема замещения с учетом магнитных потерь. Потери в стали сердечника рвг при заданной частоте пропорциональны следующим величинам:

Таким образом, потери #вг пропорциональны квадрату напряжения Un на зажима* 1—2 намагничивающей цепи схемы замещения рис. 14-3, а. Если к этим зажимам параллельно х’п = хс1 подключить активное сопротивление гмг, как показано на рис. 14-4, а,

Величину рят при заданной а. д. с. Ех можно считать известной из расчетных (см. § 13-2) ил.и опытных данных. Тогда можно считать известным- также гмг.

разделяется в двух ветвях намагничивающей цепи (рис. 14-4, а) на активную /ма и реактивную 1ЯГ составляющие (см. § 13-2), из которых первая определяет мощность магнитных потерь, а вторая создает поток сердечника.

то потери в этом сопротивлении также будут пропорциональны (7i3. Величину сопротивления гмг можно подобрать так, чтобы потери в нем равнялись магнитным потерям:

Рис. 14-4. Намагничивающая цепь схемы замещения с учетом магнитных потерь

Схема с двумя параллельными ветвями намагничивающей цепнг хорошо согласовывается с реальными физическими явлениями. Однако расчеты на основе схемы замещения вести удобнее, если объединить две параллельные ветви схемы рис. 14-4, а в одну общую ветвь, как показано на рис. 14-4, б. Тогда сопротивление этой ветви

При увеличении насыщения сердечника, т. е. при увеличении , Ei или Ult сопротивление х’п при / = const уменьшается. Однако

при этом гмг«=! const, а значение гм уменьшается.

Схема замещения трансформатора с учетом магнитных потерь согласно рис. 14-4, б показана нд рис. 14-5, а. Если использовать обозначения

то схему замещения можно изобразить более компактно, как пока’ зано на рис. 14-5,6. В_режиме холостого хода /а = 0 и Д = /н — току холостого хода трансформатора. В итоге получилась весьма простая Г-образная схема замещения трансформатора, представляющая собой пассивный четырехполюсник. Сопротивление намагничивающей цепи этой схемы ZM отражает явления в ферромагнитном сердечнике. Оно значительно больше сопротивлений Zx и Ъ’г, которые включают в себя активные сопротивления и индуктивные сопротивления рассеяния обмоток. Для силовых трансформаторов в относительных единицах

Рис. 14-5. Схема замещения друх-обмоточного трансформатора с учетом магнитных потерь

Уравнения напряжений и схему замещения трансформатора можно представлять также в относительных единицах. Имея в виду, что

левые части уравнений вида (14-34) можно разделить на Ј/. а правые части — на ZH/H, в результате чего и будет совершен переход к относительным единицам. Абсолютные значения U, I, r, x и Z в схемах замещения также можно заменить относительными. При этом расчеты режимов работы трансформатора можно вести в относительных единицах.

Нетрудно видеть, что относительные величины сопротивлений, токов и напряжений вторичной цепи будут зависеть от того, какая величина коэффициента k была использована при приведении вторичной обмотки к первичной. Неопределенность в этом вопросе исчезает, если определять k всегда одинаковым образом. Например, в силовых трансформаторах всегда берут к = шх/а>а.

Упрощенная схема замещения. Так как 2М >> 1Х та Z’%, то во многих случаях можно положить 2М = оо, что означает разрыв намагничивающей цепи схемы замещения рис. 14-5. При ZM = оо будет /м = 0, т. е. такое допущение эквивалентно пренебрежению намагничивающим током или током холостого хода, что ввиду малости /м во многих случаях допустимо. При этом 1г =l’t — t.

При 2М = оо и /м = 0 схема замещения принимает вид, изображенный на рис. 14-6. Параметры этой схемы

называются соответственно полным, активным и индуктивным сопротивлениями короткого замыкания (см. также § 14-5). Такие названия обусловлены тем, что замыкание вторичных зажимов трансформатора накоротко соответствует замыканию накоротко вторичных (правых) зажимов схемы замещения рис. 14-6 и при этом сопротивление трансформатора при коротком замыкании будет равным ZK. Схема замещения рис. 14-6 чрезвычайно проста. Согласно этой схеме, трансформатор эквивалентен сопротивлению ZK. Обычно в силовых трансформаторах гк* = 0,05 -г- 0,15.

§ 14-4. Расчетное определение параметров схемы замещения трансформатора

Параметры схемы замещения могут быть определены расчетным или опытным путем.

Активные сопротивления обмоток легко рассчитываются по обмоточным данным, если известны коэффициенты вытеснения тока, учитывающие увеличение активных сопротивлений под влиянием

Рис. 14-6. Упрощенная схема замещения трансформатора

поверхностного эффекта (см. § 12-3). Обычно эти коэффициенты находятся в пределах 1,005—1,15.

Параметры намагничивающей цепи,легко определяются по данным расчета магнитной цепи (см. § 13-2). Сопротивление гмг для схемы рис. 14-4, а уже было определено в § 14-3 [см. формулу (14-45)].

Для того чтобы найти х’и для заданного значения э. д. с. Ег [см. формулу (12-3)1, надо определить поток Фс, затем н. с. F и, наконец, по формулам (13-3) или (13-6) ток 1Ог, Тогда

После этого могут быть использованы формулы (14-46) и (14-47).

Метод противовключения. Наибольшую трудность вследствие сложного характера магнитных полей в воздухе представляет определение индуктивных сопротивлений рассеяния xt и х[. Вместе с тем достаточно точное определение этих параметров имеет важное значение (см. § 14-1). Рассматривая схему замещения рис. 14-5, а, можно отметить, что влияние параметров хг и x’t этой схемы на эксплуатационные показатели и характеристики трансформатора гораздо больше, чем влияние параметров намагничивающей цепа.

Для вычисления л?! и х’% используется метод так называемого противовключения, который был предложен в 1909 г^ немецким электротехником В. Роговским и заключается в следующем.

Нслн питать трансформатор с первичной и вторичной сторон такими напряжениями Ut и Oit что

IB связи с изложенным можно сказать, что в режиме противо-включения существуют только магнитные поля рассеяния.

Осуществление опыта противовключения при wt ф w2 в действительности практически невозможно, так как весьма трудно достичь соблюдения условия (14-50) с большой точностью. При небольшом нарушении этого условия в сердечнике возникает заметный поток Фс, сравнимый с потоками в воздухе Фв, и равенства (14-51) и (14-53) грубо нарушаются. Поэтому осуществление этого опыта на практике возможно только при изготовлении геометрически подобного макета исследуемого трансформатора с wx = ш2 или при замене вторичной обмотки приведенной. В этом случае опыт можно осуществить по схеме рис. 14-7. Идея метода противовключения

Рис. 14-7. Схема опыта противовключения

лежит в основе всех расчетных методов определения индуктивных сопротивлений рассеяния.

Расчет индуктивных сопротивлений рассеяния по отдельности для каждой из обмоток представляет значительные трудности. Поэтому обычно рассчитывается сумма этих сопротивлений исходя из картины магнитного поля в режиме противовключения, когда

На рис. 14-8, а изображены сечения концентрических обмоток, расположенных в окне трансформатора, и характер создаваемого им магнитного поля в режиме противовключения. Эту картину поля можно заменить слегка идеализированной (рис. 14-8, б), когда все магнитные линии направлены вертикально и их эквивалентная расчетная длина между ярмами 1а несколько больше высоты обмотки /, т. е.

где kR = 0,93 -г 0,98 представляет собой так называемый коэффициент Роговского.

Определим закономерность распределения напряженности поля вдоль координаты х на рис. 14-8, б.

Применим закон полного тока

для магнитной линии в зоне / (0 х °Д а однофазного (а) и трехфазного (б)

Для трехфазного трансформатора по показаниям трех амперметров и вольтметров определяются средние значения линейного тока /Ол и линейного напряжения 1/Ол, а по показаниям ваттметров — мощность холостого хода трех фаз Ро = Р’ + Р»> Физический смысл имеют только значения сопротивлений, рассчитанные для фазы обмотки. Поэтому необходимо принять во внимание схему соединения обмотки. В случае соединения первичной обмотки в звезду

Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора может рассчитываться по фазным напряжениям (&) или по линейным напряжениям (&л). Для теории трансформатора имеет значение первое из указанных значений коэффициента трансформации.

Целесообразно определять относительные значения перечисленных сопротивлений:

Уравнению напряжения холостого хода (14-7U) соответствует векторная диаграмма холостого хода на рис. 14-11. На этой диаграмме для ее ясности падения напряжения rjQ и jxjo изображены весьма большими. В действительности они составляют доли процента от Uo, поэтому ими можно пренебречь и положить Uo = = —Ј1. Вследствие преобладания индуктивного сопротивления при Uo = UH коэффициент мощности cos
0 «Ј 0,1.

Так как гх 2 ^ U 2 , а Ро растет быстрее Щ, то г с ростом также . уменьшается. По характеристикам холостого хода устанавливаются значения соответствующих величин для Uo == UH.

Опыт короткого замыкания производится по схемам рис. 14-13. Вторичные обмотки замыкаются накоротко, а к первичным обмоткам во избежание перегрева и повреждения трансформатора подводится пониженное напряжение с таким расчетом, чтобы ток находился в пределах номинального.

Полное zK, активное гк и реактивное хк сопротивления короткого замыкания рассчитываются по формулам, аналогичным для случая холостого хода.

Для однофазного трансформатора

Для трехфазного трансформатора по показаниям приборов определяются средние значения линейного напряжения Ј/к л, линейного тока /к л и мощности короткого замыкания трех фаз Рк. При соединении первичной обмотки в звезду параметры короткого замыкания на фазу будут следующие:

Рис. 14-12. Характеристики холостого хода трансформатора с соединением обмоток Y/Yo, 240 кв • а, 3150/380 в, замеренные со стороны НН

Рис. 14-13. Схемы опытов короткого замыкания однофазного (а) и трехфазного (б) явухобмоточных трансформаторов

Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании с /к = /н изображена в двух видах на рис. 14-15, а, б. Треугольник на рис. 14-15, б называется треугольником короткого замыкания. Его катеты представляют собой активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыкания:

В трансформаторах мощностью SB = 10 кв -а обычно cos
K « я» 0,65, а в трансформаторах мощностью SH = 60 000 кв -а обычно cos фк « 0,05. Таким образом, в мощных трансформаторах преобладают составляющие uv и х& по сравнению с ыка и гк. Очевидно,

что мКо* = г к*, «кг* = *к*- Величина ика* приводится к температуре обмоток, равной 75 е С.

Согласно изложенному, напряжение короткого замыкания характеризует величину активных сопротивлений и индуктивных сопротивлений рассеяния трансформатора и является поэтому важной характеристикой трансформатора. Величина ико указывается в паспортной табличке трансформатора. В силовых трансформаторах ик% = 4,5 -5- 15. Первая цифра относится к трансформаторам с номинальным линейным напряжением лн=^ 10 к», авто-рая — к трансформаторам с Un, н = 500 /се, которые обладают большим рассеянием вследствие большого расстояния между обмотками.

Величина э. д. с. Ег в опыте короткого замыкания при ^к — ^н в 15—40 раз меньше [/„. При этом магнитные потери в 225—1600 раз меньше, чем в случае U = UB, и весьма малы. Поэтому мощность короткого замыкания Рк с большой точностью представляет собой мощность электрических потерь в обмотках, включая добавочные потери в стенках бака и в крепежных деталях от потоков рассеяния трансформатора. Следовательно, и гк — гх + г«, определенное из опыта короткого замыкания, является эквивалентным сопротивлением с учетом этих потерь.

Если короткое замыкание происходит при номинальном первичном напряжении, то

Рис. 14-14. Характеристики короткого замыкания трансформатора с соединением обмоток Y/Yo, 240 кв-а, 3150/380 в, замеренные со стороны ВН

Рис. 14-15. Векторные диаграммы трансформатора при коротком замыкании с /* = /„

Явления, возникающие при намагничивании магнитопроводов трансформаторов

Трансформаторы. Намагничивание и потери

Намагничивание постоянным током

Если в обмотке трансформатора будет протекать только постоянный ток, то он сместит рабочую точку на кривой намагничивания и вызовет значительные искажения (в форме сигнала) из-за насыщения во время одной половины цикла намагничивания. Именно из-за этого анодные токи выходных ламп двухтактного усилителя должны быть очень тщательно уравновешены, и в силовых трансформаторах не должно использоваться однополупериодное выпрямление. Традиционным методом установления баланса по постоянной составляющей выходных ламп двухтактного усилителя является измерение напряжения между анодами выходных ламп и установление нулевого значения этого напряжения. Нулевое значение напряжения между анодами означает равенство падений напряжения, что подразумевает равенство токов и отсутствие несбалансированных токов, однако, это будет справедливо только при равенстве сопротивлений обмоток трансформатора. Поэтому перед использованием данного метода в обязательном порядке следует проверить величины сопротивлений обмоток. Поскольку трансформаторы с тороидальным и С-образными сердечниками не имеют воздушного зазора, то они гораздо в большей степени подвержены насыщению на постоянном токе.

Потери, вызванные сопротивлением обмоток трансформатора

где N выражает отношение числа витков первичной обмотки трансформатора к количеству витков во вторичной.

Медные провода характеризуются некоторой конечной величиной омического сопротивления, поэтому для хорошо рассчитанного трансформатора потери, вызванные этим сопротивлением, должны быть одинаковыми для первичной и вторичной обмоток. Из равенства потерь следует, что величины сопротивлений должны относиться как:

Общие потери, вызванные сопротивлением медной обмотки, могут быть, в свою очередь, сопоставлены для конкретной конструкции трансформатора с потерями в сердечнике, так как два трансформатора могут иметь различные соотношения между количеством медных проводов в обмотках и трансформаторного железа в сердечниках при одинаковой номинальной мощности.

В низкочастотных трансформаторах, используемых в звуковых трактах, емкость между секциями первичной и вторичной обмоток оказывается значительной, так как она дополнительно увеличивается отношением витков в секциях, совершенно аналогично тому, как это происходит в ламповом триоде в соответствии с эффектом Миллера. Проблема может быть решена помещением заземленного электростатического экрана, обычно изготавливаемого из фольги, между взаимодействующими обмотками. Таким образом, возникает емкость относительно земли, но ее влияние очень незначительно. Более важным является то, чтобы края фольгового экрана не имели между собой электрической связи, так как это привело бы к образованию короткозамкнутого витка.

Электростатический экран между первичной и вторичной обмотками силовых трансформаторов часто устанавливается по совершенно иным причинам. В случае пробоя изоляции между первичной и вторичной обмотками при отсутствии экрана напряжение сети питания могло бы попасть непосредственно в цепь вторичной обмотки, что привело бы к весьма тяжелым последствиям. При установке же электростатического экрана в таком случае ток будет протекать непосредственно на землю, что вызовет перегорание плавкого предохранителя сети питания, предохранив оборудование от повреждений.

Электростатический экран также предотвращает передачу за счет емкостной связи высокочастотных радиопомех сети питания в последующие цепи оборудования. В аудиотехнике влияние высокочастотных радиопомех не должно недооцениваться, что является дополнительным стимулом для использования электростатического экрана. Применение электростатических экранов особенно благотворно для низковольтных вторичных обмоток, так как экраны предотвращают появление высоковольтных шумов из сети питания за счет непосредственной емкостной связи в чувствительных цепях.

Ламповые усилители, в которых применяются выходные трансформаторы, подчас склонны «подпевать» в звуковом диапазоне, когда работают на полную мощность. Иногда этот эффект связан с ослаблением затяжки пластин сердечника, однако гораздо чаще, он вызывается магнитострикцией. Магнитострикция — это эффект, связанный с изменением геометрических размеров магнитных материалов, который обусловлен искажениями кристаллической решетки под влиянии сильного внешнего поля. В выходных трансформаторах действуют сильные магнитные поля, поэтому этот эффект может проявляться достаточно ощутимо. Так как напряженность магнитного поля является величиной переменной, то она вызывает вибрации. Однако в силу того, что эффект магнитострикции не является полярным, то в двухтактных усилителях звук, который будет слышаться, будет представлять в чистом виде искажения вторых гармоник.

Магнитострикция обратно пропорциональна относительной магнитной проницаемости μr, поэтому высококачественные трансформаторы менее подвержены влиянию этой (почему-то общепризнанно, несущественной) проблемы.

Выходные трансформаторы, обратная связь и громкоговорители

Как известно, большинство усилителей звуковой частоты охватываются отрицательной обратной связью, что позволяет уменьшить нелинейные искажения в них. Чаще всего, напряжение обратной связи снимается непосредственно с выходного трансформатора. Наиболее удобно снимать обратную связь от специально выполненной обмотки обратной связи, либо от промежуточного отвода обмотки, так как это означает, что пользователь может менять согласование нагрузки и усилителя без необходимости подстройки обратной связи. Например, усилители марки Leak были спроектированы с использованием такого подхода, что обуславливало простую связь для выполнения согласования, однако этот же подход и означал, что использование выходного трансформатора является весьма далеким от оптимального (рис. 5.18).

Рис. 5.18 Схема использования вторичной обмотки выходного трансформатора в усилителях Leak

Например, если в качестве согласующей используется часть обмотки с сопротивлением 4 Ом, то будет использована только половина вторичной обмотки, что приведет к увеличения индуктивности рассеяния. Гораздо хуже то, что в контур обратной связи (которая в идеале должна действовать на выходе) перед точкой, где начнется ее действие, должна дополнительно быть включена часть вторичной обмотки, а действие обратной связи с включением различных частей вторичной обмотки не будет эквивалентным для каждого случая. Оптимальным способом при выборе точки подключения обратной связи были бы выходные клеммы усилителя (либо же, что оказалось бы даже предпочтительнее, клеммы громкоговорителя). В идеальном варианте эффективность работы трансформатора была бы оптимальной при использовании максимально возможного количества секций вторичной обмотки.

Трансформаторы более ранних лет выпуска старались проектировать так, чтобы они имели пару секций вторичных обмоток, которые включались бы последовательно при использовании громкоговорителей с сопротивлением 16 Ом, либо параллельно при использовании громкоговорителей с сопротивлением 4 Ом. Секции выводились не обязательно от одних и тех же слоев обмотки, поэтому секции отличались по своим сопротивлениям и индуктивностям рассеяния. При их последовательном включении (согласование с нагрузкой 16 Ом) особых проблем не возникало, но при параллельном включении не точно идентичные обмотки создавали бы ток друг в друга, что нельзя считать нормальным явлением. Трансформаторы более высокого качества имеют четыре секции вторичной обмотки, предназначенные обеспечить точные значения сопротивлений 1 Ом, 4 Ом, и 16 Ом, однако для них оставалась прежней проблема при включении на нагрузку с сопротивлением 8 Ом.

Правда, может возникнуть вопрос, а почему все-таки широко не используется выходное сопротивление 16 Ом? Громкоговорители с сопротивлением 16 Ом для оптимального демпфирования не очень нуждались бы в источнике с особенно низким сопротивлением и на них оказывало бы меньшее влияние сопротивление подводящих проводов к громкоговорителю. Дополнительным позитивным фактором явилось бы и то, что проектирование транзисторных усилителей стало бы значительно проще, а для ламповых усилителей могла бы оказаться необходимой оптимизация секций вторичной обмотки, а уменьшенное отношение количества витков могло бы еще более улучшить характеристики трансформатора. Однако любой производитель, который выпустил бы громкоговоритель с сопротивлением 16 Ом, установил бы, что данный громкоговоритель оказался бы малоэффективным, так как при заданном напряжении он обеспечивал бы уровень акустической мощности на 3 дБ ниже, чем громкоговоритель, рассчитанный на сопротивление 8 Ом — существуют опубликованные на эту тему комментарии относительно громкоговорителя корпорации Би-би-си LS3/5a (сопротивление 12 Ом). Поэтому автор предпочитает применять с громкоговорители с сопротивлением 8 Ом, хотя и существует стойкая тенденция ориентироваться на громкоговорители с сопротивлением 4 Ом.

Многие современные громкоговорители имеют номинальное сопротивление 8 Ом (достаточно часто, с провалами, которые еще больше снижают эту величину). Учитывая это, а также с учетом только чисто активного сопротивления, получается величина практически незначительно отличающаяся от значения 4 Ом. Исходя из этого, гораздо проще считать все громкоговорители, имеющими сопротивление 4 Ом: некоторое снижение измеряемой мощности по сравнению со значением, получаемым при сопротивлении 8 Ом, можно считать незначительным, зато упущение качества при этом окажется очень ощутимым.

Так как реальные трансформаторы являются сложными для анализа работы устройствами, то принято рассматривать упрощенные модели, которые раздельно описывают его работу в области низких и высоких частот.

На низких частотах трансформатор может быть представлен в виде идеального преобразователя, параллельно которому включена индуктивность L первичной обмотки реального трансформатора, напряжение на который подается от источника питания, сопротивление которого rисточника отличается от нулевого значения (рис. 5.19).

Сопротивление источника питания и индуктивность первичной обмотки, которая имеет конечное значение, образуют фильтр нижних частот, частота среза которого определяется формулой:

Для данной схемы трансформатора более эффективная работа на низкой частоте будет обеспечиваться при снижении сопротивления источника питания. Например, для пентода EL34 значение rа = 15 кОм, однако, при включении этого же самого пентода по схеме триода rа = 910 Ом, а при использовании в схеме катодного повторителя rk

К сожалению, данная модель применима только при условии малого сигнала. В усилителях мощности рабочие характеристики выходных ламп очень точно согласуются с импедансами нагрузок, а пониженное значение индуктивного сопротивления Lp на низких частотах приводит к тому, что часть тока полезного сигнала ответвляется в цепь, образованную Lp . При высоких уровнях сигнала более высокое значение ответвляющегося сигнала насыщает сердечник, что приводит к еще большему снижению индуктивности Lp, дальнейшее увеличение доли тока сигнала, протекающего по параллельной ветви, еще больше снижает величину тока, поступающего в нагрузку (громкоговоритель), то есть искажения в области низких частот возрастают в катастрофических масштабах. Таким образом, для усилителей мощности возникает требование, чтобы частота среза на уровне —3 дБ фильтра, включающего индуктивность Lp, определялась сопротивлением нагрузки RH, а не анодным сопротивлением rа, и преимущества использования лампы EL34 в схеме катодного повторителя совершенно не будут проявляться на полной выходной мощности усилителя.

После того, как установлена важность влияния сопротивления, необходимо получить и высокое значение индуктивности первичной обмотки. Оно может быть получено либо увеличением количества витков первичной обмотки, либо использованием материала сердечника, имеющего более высокое значение относительной магнитной проницаемости, μr. Хотя улучшение характеристик в области нижних частот может быть достигнуто за счет увеличения значения μr, этот фактор следует пока отложить до рассмотрения высокочастотных характеристик, а пока рассмотреть влияние обмотки. Индуктивность первичной обмотки может быть увеличена, если в обмотку добавить несколько витков, что приведет к снижению индуктивности рассеяния и паразитной емкости, приводя опять же к лучшим характеристикам трансформатора при работе в области высоких частот.

Каждый электрик должен знать:  Кабель ВВГ-нг особенности и виды монтажа
Добавить комментарий