ЭПУ-1 (1088699), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

B₀ ≈ U₁/ w₁ Sс,

где  = 2f; f  частота входного воздействия; Sс  площадь поперечного сечения сердечника трансформатора. Приведенное соотношение также показывает, что значение магнитного потока Ф₀ определяется напряжением U₁ и практически не зависит от тока нагрузки I₂.

Для получения заданных частотных характеристик цепи, использующей трансформатор, к параметрам последнего предъявляются вполне определенные требования. В качестве таких параметров реального трансформатора наиболее часто используют значения элементов эквивалентной схемы.

О
дин из вариантов такой схемы, так называемая физическая эквивалентная схема, приведен на рис. 2, а. Изображенный на этой схеме идеальный трансформатор (ИТ) отображает основное свойство трансформатора  изменение значений напряжений и токов в первичной и во вторичной цепях. Коэффициент трансформации идеального трансформатора определяется как отношение чисел витков реального трансформатора n = w₂/w₁ = E₂/E₁ (при любом значении связи между обмотками).

На схеме обозначены также: L_ = ₀/I_ = w₁₀/I_  индуктивность намагничивания, определяемая основным магнитным потоком ₀; L_S1, L_S2  индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора, обусловленные потоками рассеяния _S1 и _S2; r₁, r₂  резистивные сопротивления обмоток трансформатора; g₀  проводимость, определяемая потерями в сердечнике трансформатора на перемагничивание и на вихревые токи; C₀  эквивалентная емкость, характеризующая электрическую энергию, запасенную в межвитковых и межобмоточных емкостях трансформатора.

Основой для составления эквивалентной схемы (без учета емкостных связей) послужили уравнение равновесия магнитодвижущих сил в магнитопроводе и уравнения, отражающие баланс напряжений в цепях первичной и вторичной обмоток:

i₁w₁  i₂w₂ = Ф₀R_μ;

u₁ =  e₁  e_s1 + i₁r₁; (1)

e₂ = u₂ + i₂r₂  e_s2,

где e_s2 = d_S2/dt = –L_S2 di₂/dt  ЭДС, наводимая во вторичной обмотке потоком рассеяния вторичной обмотки; R_ = lср/₀S_с  магнитное сопротивление магнитопровода; lср  длина средней магнитной силовой линии в сердечнике;  – относительная магнитная проницаемость материала сердечника; ₀ = 4∙10^–7 Гн/м  магнитная проницаемость вакуума.

Уравнения равновесия (1) и, более наглядно, эквивалентная схема позволяют оценить изменение характеристик трансформатора в широком диапазоне частот. При анализе характеристик трансформатора используется также преобразованная эквивалентная схема (рис. 2, б), в которой на основе преобразования Нортона три индуктивных элемента заменены двумя  индуктивностью рассеяния L_S' = L_S2 + L_S1t² и индуктивностью намагничивания L_' = L_/ kсв. При таком преобразовании изменяется также коэффициент трансформации идеального трансформатора в эквивалентной схеме t = n kсв, где kсв = (1  Lк.з/Lх.х)^1/2 – коэффициент связи между обмотками трансформатора; Lк.з и Lх.х – индуктивность одной из обмоток при коротком замыкании и разрыве другой обмотки, r' = r₂ + r₁t².

В области низких частот основное влияние на частотные характеристики трансформатора оказывает индуктивность намагничивания L_, что проявляется в увеличении тока намагничивания (I_), а следовательно, и тока первичной обмотки трансформатора I₁.

Если за критерий ограничения полосы рабочих частот принять уровень повышения тока I₁ на 3 дБ, то связь между L_ и нижней граничной частотой fн при заданном сопротивлении нагрузки Rн определится соотношением

2fнL_  Rн/n². (2)

В области верхних частот характер частотных характеристик определяют индуктивности рассеяния L_s, паразитная емкость C₀ и, возможно, наличие емкости нагрузки Сн, а влияние индуктивности L_ практически не сказывается. Поэтому при емкостном характере нагрузки на верхних частотах может наблюдаться подъем частотной характеристики коэффициента передачи K = U₂/U₁. Частота этого подъема характеристики определяется из выражения

(3)

где Cн – емкость в цепи нагрузки; – индуктивность рассеяния обеих обмоток трансформатора, приведенная к вторичной обмотке.

При резистивном характере нагрузки частотная зависимость коэффициента передачи может быть монотонно падающей к верхним частотам. В этом случае индуктивности рассеяния определяют верхнюю граничную частоту

fв  Rн/2 L_S′. (4)

Здесь за границу полосы пропускания также принят уровень спада частотной характеристики 3 дБ.

П
ри анализе искажений импульсных сигналов в процессе их трансформации можно формально воспользоваться преобразованием Фурье, определяющим взаимосвязь переходной характеристики с частотной характеристикой коэффициента передачи. Но достаточно просто можно провести такой анализ отдельно для областей малых и больших времен, которым соответствуют упрощенные эквивалентные схемы для областей верхних и нижних частот.

При передаче импульсных сигналов индуктивность рассеяния и емкость C₀ определяют искажения фронтов передаваемых импульсов, т. е. характер переходного процесса в области малых времен. В частности, по периоду T колебательного процесса при передаче фронтов импульса (рис. 3) можно определить L_S′, используя очевидное соотношение

. (5)

Индуктивность намагничивания определяет форму переходной характеристики в области больших времен. Так, спад вершины импульса  = U₂/U₂ связан с L_ следующим соотношением:

 = (_и/L_)[(R₁R₂/n²)/(R₁ + R₂/n²)],

где R₁ = r₁ + Rг и R₂ = r₂ + Rн – резистивные сопротивления в цепях первичной и вторичной обмоток (включая внутреннее сопротивление источника сигнала Rг и сопротивление нагрузки Rн).

Описание лабораторного макета

У
прощенная принципиальная схема установки приведена на рис. 4.
Исследуемый трансформатор содержит первичную и вторичную обмотки с числами витков w₁ w₂. К первичной обмотке трансформатора подключен источник сигнала u₁, к вторичной – нагрузка Rн. Для коррекции частотных характеристик параллельно Rн можно подключать корректирующие конденсаторы Cк, (С_к1 = 22 нФ, C_к2 = 33 нФ)

Одна из дополнительных обмоток используется как измерительная и работает в режиме, близком к холостому ходу, поэтому напряжение на ней практически равно ЭДС, наводимой основным магнитным потоком в соответствии с числом витков этой обмотки w₃. Нагрузкой этой обмотки служит высокое входное сопротивление интегрирующей цепи, выходное напряжение которой на основании закона электромагнитной индукции будет пропорционально (по форме и по величине) основному магнитному потоку, т. е. магнитной индукции в сердечнике трансформатора:

,

где e₀ – ЭДС на зажимах обмотки; S – площадь поперечного сечения магнитопровода.

Вторая дополнительная обмотка подключена к источнику постоянного напряжения, что позволяет исследовать процессы, обусловленные током подмагничивания. Резистор R1 обеспечивает высокое выходное сопротивление источника тока подмагничивания.

Помимо исследуемого широкополосного трансформатора лабораторный макет содержит встроенные генератор тестовых сигналов, регулируемый источник тока подмагничивания и мультиметр

Генератор позволяет получать сигналы: синусоидальной и прямоугольной (меандр) формы. Установка формы, частоты и амплитуды тестовых сигналов осуществляется с помощью органов управления, расположенных на лицевой панели макета.

Органы управления мультиметром позволяют выводить значения измеряемых величин сигналов в контрольных точках схемы – амплитуды напряжения U₁ и тока первичной обмотки I₁, напряжения на вторичной обмотке U₂, магнитной индукции B в сердечнике трансформатора, вызванной основным магнитным потоком ЭДС E₀ и постоянный ток подмагничивания I_П. Выбор измеряемой величины осуществляется соответствующими кнопками, расположенными под жидкокристаллическим дисплеем.

Наличие двух выходов на внешний осциллограф позволяет одновременно наблюдать формы токов и напряжений в различных точках схемы:
u₁, i₁, u₂, e₀, B (напряжение u₁ поступает на осциллограф с ослаблением в 10 раз). Для исследования взаимосвязи сигналов во времени рекомендуется на один из каналов двухлучевого осциллографа постоянно подавать опорный сигнал (например, напряжение на первичной обмотке трансформатора) и этим сигналом синхронизировать развертку осциллографа.

Если используемый осциллограф имеет вход усилителя горизонтального отклонения луча, то возможно наблюдать кривую перемагничивания материала магнитопровода при синусоидальном и импульсном воздействиях.

Программа выполнения работы

Ознакомиться со схемой лабораторного макета, размещением органов управления и контроля. Включить лабораторный макет и осциллограф.

1. Исследование процесса намагничивания сердечника трансформатора.

1.1. Установить частоту гармонического напряжения 80…100 Гц, среднее значение сопротивления нагрузки. Ток подмагничивания установить близким к нулю. Зарисовать форму тока первичной обмотки трансформатора при трех значениях входного напряжения (при индукции меньше, больше и примерно равной индукции насыщения).

Проследить изменение формы тока i₁ при введении подмагничивания. Для этого установить входное напряжение, при котором индукция в магнитопроводе превышает индукцию насыщения. Зарисовать диаграммы тока i₁ при различных направлениях протекания тока подмагничивания I₀.

1.2. Повторить эксперимент п. 1.1 при прямоугольной форме входного напряжения.

При проведении дальнейших исследований ток подмагничивания установить близким к нулю.

Характеристики

Список файлов книги