Принцип действия трансформатора

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Nbsp; Министерство образования и науки РФ ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» Институт Инженерной физики и Радиолектроники Электропреобразовательные устройства радиоэлектронных средств Учебное пособие Красноярск 2012 УДК 621.396.6 Электропреобразовательные устройства радиоэлектронных средств: Учебное пособие для студентов, направления 210300.62, специальности 210302.65 «Радиотехника», специальности 210304.65 «Радиоэлектронные системы /сост. Н.Н. Лисовская. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 20012 – 108 с. Содержание Введение. 4 1. ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ.. 5 1.1. Трансформатор. 5 1.1.1. Принцип действия трансформатора. 5 1.1.2. Основные параметры трансформатора. 8 1.1.3. Специальные типы трансформаторов. Многообмоточные, многофазные и автотрансформаторы. 11 1.2. Дроссели. 13 1.2.1. Сглаживающие дроссели. 13 1.2.2. Магнитные усилители. 14 2. ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ.. 17 2.1. Неуправляемые выпрямители. 17 2.1.1 Однофазные выпрямители. 18 2.1.2 Трехфазные выпрямители. 24 2.1.3 Влияние характера нагрузки на работу выпрямителя. 28 2.2 Сглаживающие фильтры.. 34 2.2.1. Пассивные фильтры.. 35 2.2.2. Активные фильтры.. 39 2.3 Регулирование напряжения в источниках вторичного электропитания. 41 2.3.1 Применение тиристоров для регулирования напряжения. 41 2.3.2 Управляемые выпрямители. 45 2.3.3 Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности выпрямителей. 50 2.4 Стабилизаторы напряжения и тока. 53 2.4.1 Принцип стабилизации. Виды стабилизаторов. 53 2.4.2 Параметрический стабилизатор постоянного напряжения. 56 2.4.3. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с непрерывным регулированием.. 60 2.4.4 Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения. 66 2.5 Преобразователи напряжения. 75 2.5.1 Виды преобразователей. Структурные схемы. 75 2.5.2 Двухтактный инвертор с самовозбуждением. 77 2.5.3 Двухтактные инверторы с независимым возбуждением.. 81 2.5.4. Однотактные преобразователи с независимым возбуждением.. 86 2.5.5. Стабилизирующие преобразователи. 90 2.5.6 Работа инвертора на выпрямитель со сглаживающим фильтром конвертора. 92 2.6. Структурные схемы устройств электропитания. 94 2.6.1. Структурные схемы устройств электропитания радиотехнических систем. 94 2.6.2. Структурные схемы и общие вопросы проектирования источников вторичного электропитания. 96 2.6.3 системы бесперебойного электропитания. 100 Заключение. 107 Библиографический список. 108 Введение В современных радиотехнических системах значительное место занимают электротехнические устройства (ЭТУ), к которым относятся автономные электростанции, трансформаторы, электрические машины, магнитные усилители, выпрямители, стабилизаторы напряжения и тока, коммутационная аппаратура. Объем, занимаемый ЭТУ, может достигать 80% общего объема радиосистем. Снижение веса и габаритов источников питания является одной из наиболее серьезных проблем. Объясняется это тем, что при широком внедрении микросхем вес и размеры радиотехнической аппаратуры резко уменьшились, в то время как относительный объем и вес ЭТУ возросли, так же как и требование к их качеству. Источники первичного питания - устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. Это электромашинные генераторы, электрохимические источники тока (батареи, аккумуляторы), атомные батареи и другие. Источники вторичного питания (ИВЭП) – устройства, преобразующие электрическую энергию одного вида в другую. К ним относятся преобразователи переменного напряжения в постоянное (выпрямители), преобразователи постоянного напряжения в переменное (инверторы), преобразователи переменного напряжения (трансформаторы), преобразователи частоты. Наиболее распространенной системой электропитания является система, состоящая из источника переменного напряжения и выпрямителей. Основными элементами выпрямителя являются трансформатор, электрические вентили, фильтр, стабилизатор. Трансформатор преобразует переменное напряжение до величины, соответствующей заданному значению выпрямленного напряжения. Кроме того, трансформатор необходим для электрического разделения цепей постоянного и переменного токов. Вентили служат для преобразования переменного напряжения в напряжение одного неизменного направления. Но напряжение, снимаемое с вентилей, является пульсирующим, поэтому для сглаживания пульсации применяют фильтры. Стабилизатор (СН) служит для поддержания напряжения на определенном уровне. Кроме того, выпрямитель может содержать устройства для регулировки выпрямленного напряжения. В последние годы получены качественно новые результаты, обеспечены высокая надежность, экономичность, малые габариты и масса ИВЭП. Эти успехи связаны с переходом на полупроводниковую элементную базу и применением силовых ИМС, определяющим видом которых являются стабилизаторы напряжения. Современные устройства вторичного питания вышли за рамки простейших электронных устройств, содержащих незначительное количество силовых вентилей и реактивные сглаживающие фильтры, какими они были 30-40 лет назад. Сейчас это сложные устройства, содержащие большое количество разнообразных узлов, выполняющих преобразование электрической энергии и улучшающих её качество. В итоге разработок в нашей стране и за рубежом создан обширный класс полупроводниковых преобразовательных устройств, не имеющих прототипов среди ранее известных.

ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ

Основным назначением трансформатора является преобразование переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины. Трансформаторы могут быть использованы для преобразования числа фаз, частоты и формы кривой напряжения.

Дроссель – статическое электромагнитное устройство, используемое как индуктивное сопротивление. Применяется в выпрямителях для стабилизации переменного напряжения, для сглаживания пульсации выпрямленного напряжения, для регулирования напряжения.

Трансформатор

Принцип действия трансформатора

Трансформатор состоит из замкнутого сердечника (магнитопровода), изготовленного из ферромагнитного материала и двух обмоток из изолированного провода. Обмотка, подключаемая к источнику, называется первичной (1), к нагрузке – вторичной (2).

Рис.1.1.1. Режим холостого хода трансформатора

Когда вторичная обмотка трансформатора разомкнута, создается режим холостого хода. При подключении первой обмотки к сети с напряжением через неё протекает ток холостого хода . Этот ток возбуждает в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток , который пронизывает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует ЭДС:

где W₁ и W₂ - число витков первичной и вторичной обмоток. Если сердечник не насыщен, то изменяется по синусоидальному закону:

Тогда ЭДС в первичной обмотке:

действующее значение ЭДС:

. (1.1)

Так же ЭДС вторичной обмотки:

. (1.2)

Поделив (1.1) на (1.2) получим выражение коэффициента трансформации:

Кроме основного потока существует слабый поток рассеяния , замыкающийся по воздуху. Этот поток индуцирует в первичной обмотке ЭДС рассеяния :

За счет активного сопротивления первичной обмотки падение напряжения в этом сопротивлении . На основании второго закона Кирхгофа:

Так как мало, то так же мало и можно считать . Поэтому коэффициент трансформации можно определить при холостом ходе.

. (1.3)

При подключении ко вторичной обмотке нагрузки создается рабочий режим трансформатора. В обмотках появляются токи и , а в его магнитопроводе магнитные потоки и . Так как причиной появления потока

является поток , то оба потока на основании закона Ленца направлены встречно. При увеличении тока увеличивается, суммарный поток уменьшается. Индуцированные суммарным магнитным потоком и тоже уменьшаются.

Первичная обмотка включается в сеть и работает в режиме потребления, а вторичная работает в режиме генератора, следовательно, и уравнения их различны:

(1.1.4)

или

. (1.5)

Уменьшение вызывает увеличение , а следовательно, и суммарного потока Ф. Таким образом, изменения Ф, вызванные увеличением , взаимно компенсируются, в результате чего Ф остается практически неизменным и равным потоку при холостом ходе .

Поскольку , то неизменна и магнитодвижущая сила (МДС) или намагничивающая сила (НС), создающая этот поток (при холостом ходе , под нагрузкой ).

Следовательно:

. (1.1.6)

Это уравнение называется уравнением равновесия МДС. Разделив левую и правую части уравнения (1.6) на , получим:

. (1.1.7)

Поскольку очень мал, и сдвинуты по фазе почти на 180°. Если пренебречь потерями мощности в обмотках и магнитопроводе, то мощность первичной обмотки равна мощности вторичной обмотки, то есть:

, (1.1.8)

Откуда

. (1.1.9)

Для удобства построения векторных диаграмм и возможности построения эквивалентных схем вторичную обмотку приводят к первичной обмотке, то есть полагают, что вместо вторичной обмотки с есть обмотка с , но при этом мощности, энергии и фазовые углы в приведенной и реальной обмотках должны быть равны.

Например, ЭДС приведенной обмотки:

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 249; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!