Лекция 4 - Конспекты (1095372), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

д. Не лучше ситуация и на рынке конечных устройствсиловой электроники.Рисунок 4.18 – Внешний вид силовой интегральной схемы4.3 Магнитные и моточные компонентыДля расширения возможностей и улучшения качества преобразователейэлектрической энергии, а также обеспечения электромагнитной совместимостис питающей сетью и нагрузкой ИЭП обычно включают в себя дополнительныеэлементы – среди них трансформаторы и реакторы (дроссели), которые относятк моточным компонентам (рисунок 4.19).Рисунок 4.19 – Современные моточные компоненты ИЭПМоточные компоненты выполняют путём укладки обмоток.

Обмоткойназывают совокупность витков провода, основным параметром которойявляется индуктивность. Обмотка (или обмотки) может быть расположена илине расположена на магнитопроводе.32Электропитание РЭАГлава 4Магнитопровод – это изделие из вещества, способного переноситьмагнитный поток. Магнитный поток Ф вычисляют какФ  SB ,(4.1)где S – площадь сечения, а B – магнитная индукция материала магнитопровода.Если по обмотке пропускать переменный ток, то возникнет переменноемагнитное поле. Чем больше сила тока, протекающего через витки обмотки,тем больше порождённое им магнитное поле, и тем больше магнитный поток.Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, имеющеедве или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе ипредназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукциинапряжения переменного тока одного уровня в соответствующее напряжениедругого уровня без изменения частоты (в общем же смысле трансформатор –устройство для преобразования каких-либо существенных свойств энергии илиобъектов).Конструктивнотрансформаторможетсостоятьизодной(автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либоленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком,намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитногомагнитомягкого материала.По конструктивному исполнению трансформаторы бывают броневыми,стержневыми и кольцевыми.

У первых магнитопровод Ш-образный и намоткавыполнена на одной катушке. У вторых магнитопровод П-образный и двекатушки. У третьих магнитопровод кольцевой. Различаются эти конструкции восновном условиями охлаждения магнитопровода и катушки. Также внастоящее время широко применяют планарные трансформаторы в видепечатных плат.По конкретному назначению и решаемым задачам трансформаторы делятна:- силовые трансформаторы, применяемые в сетях переменного токанизкой частоты;33Электропитание РЭАГлава 4- высокочастотные трансформаторы, применяемые в сетях переменноготока повышенной и высокой частоты;- измерительные трансформаторы, применяемые при измерениях в цепяхпеременного тока;-импульсныетрансформаторы,применяемыедляпотенциальнойразвязки при передаче импульсов, например, в цепях управления ИЭП;- и некоторые другие.Вышеперечисленные трансформаторы могут сильно отличаться поконструкции, мощности, габаритам и т. д.Силовые трансформаторы используют в качестве повышающих илипонижающих напряжение переменного тока.

Также их делят на однофазные имногофазные, из последних наибольшее применение имеют трёхфазныетрансформаторы. Кроме того, трансформатор может быть двухобмоточным,если он имеет две обмотки, или многообмоточным, если он имеет более двухобмоток на каждую фазу.Типовой силовой трансформатор состоит из замкнутого сердечника(магнитопровода), изготовленного из ферритового материала, и двух (илиболее) обмоток из изолированного провода. Обмотка, подключаемая кисточнику напряжения, называется первичной, к нагрузке – вторичной(рисунок 4.20).а)б)Рисунок 4.20 – Устройство типового двухобмоточного трансформатора (а) иего обозначение на схемах (б)34Электропитание РЭАРаботаГлава 4трансформатораосновананадвухбазовыхфизическихпринципах:- изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся вовремени магнитное поле (электромагнетизм);- изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаётэлектродвижущую силу (ЭДС) в этой обмотке (электромагнитная индукция).Подаваемый на первую обмотку переменный ток образует в катушкепеременный магнитный поток.

В результате электромагнитной индукциипеременный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, втом числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первойпроизводной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° вобратную сторону по отношению к магнитному потоку. Иными словами,магнитное поле образует во второй катушке электрический ток.

Но просто такизменение напряжения не произойдёт: оно зависит от того, сколько витковмеднойпроволоки в каждой обмотке.Конечно,величинаизменениямагнитного поля (скорость) также влияет на величину напряжения.Если число витков в первичной катушке больше, чем во вторичной, то этопонижающий трансформатор.

И наоборот, если количество витков вовторичнойобмоткебольше,чемвпервичной,тоэтоповышающийтрансформатор. Имеет место и случай, когда количество витков в обеихобмотках одинаково – это так называемые изолирующие трансформаторы.Одним из наиболее важных параметров трансформатора является егомощность. Различают электромагнитную, выходную (отдаваемую), расчётнуюи габаритную (типовую) мощности.Электромагнитноймощность,передаваемаямощностьюизPЭМпервичнойтрансформатораобмоткивоназываетсявторичныеэлектромагнитным путём. Она равна сумме произведений ЭДС Ei исоответствующих токов вторичных обмоток Ii:35Электропитание РЭАГлава 4nPЭМ   Ei I i ,(4.2)i 2где i  2...n – номера обмоток.Выходной (отдаваемой) мощностью Pвых трансформатора называетсясумма произведений действующих значений напряжений Ui на зажимахвторичных обмоток и выходных (нагрузочных) токов Ii:nPвых  U i I i .(4.3)i2РасчётноймощностьюPiобмоткитрансформатораназываетсяпроизведение действующих значений тока, протекающего по обмотке, инапряжения на её зажимах.

Эта мощность характеризует габаритные размерыобмотки, так как число витков определяется напряжением на её зажимах, асечение провода – действующим током:Pi  U i I i .(4.4)Габаритной (типовой) мощностью PT трансформатора называетсямощность, определяющая размеры трансформатора:1 nPT   Pi .2 i 1(4.5)В процессе работы трансформатора в его магнитопроводе и в обмоткахзатрачивается некоторая часть подводимой к нему энергии, поэтому мощность,потребляемая трансформатором из сети, всегда больше мощности, отдаваемойнагрузке.

Разность между поступающей к трансформатору энергией иотдаваемой им во вторичную сеть называется потерями.Назначением трансформаторов в ИЭП является:- согласование уровней напряжений переменного тока (преобразованиепеременного напряжения одной величины в переменное напряжение другойвеличины);- преобразование числа фаз;- гальваническая развязка цепей нагрузки и сети.36Электропитание РЭАГлава 4Смысл использования в трансформаторе магнитопровода заключается вуменьшении тока намагничивания и улучшении коэффициента связи междуобмотками.

Уменьшение тока намагничивания происходит за счёт увеличениясобственной индуктивности обмоток, которая пропорциональна магнитнойпроницаемости магнитопровода μ. Ниже приведена формула для расчётаиндуктивности катушки (в том числе и обмотки трансформатора) с числомвитков W, намотанной на замкнутом магнитопроводе сечением S, среднимпериметром lср и магнитной проницаемостью μ.0W 2 SL.lсрИндуктивностькатушкипрямо(4.6)пропорциональнамагнитнойпроницаемости, следовательно, предпочтителен материал с проницаемостью  1 . Таким свойством обладают так называемые ферромагнетики,магнитная проницаемость которых может достигать 1010. Ферромагнетикиимеют ряд особенностей, которые необходимо учитывать при проектированииимпульсных трансформаторов.

Прежде всего, они имеют нелинейнуюзависимость индукции B от напряженности магнитного поля H. Принапряжённости поля порядка 100А/м магнитопровод входит в насыщение, егомагнитная проницаемость μ падает до единицы, а кривая индукции при этомвыходит на "полочку". Величина индукции насыщения может быть разной взависимости от материала и имеет величину порядка 0,4-1 Тл. Кроме того,магнитная проницаемость в рабочей области также не является постояннойвеличиной.Начальнаяпроницаемостьнескольконижемаксимальногозначения, и для расчётов магнитных элементов берут именно её.Ещё одной особенностью ферромагнетиков является наличие гистерезисакривой намагничивания. Это означает, что намагничивание ферромагнетикапроисходит по разным "траекториям" в зависимости от направления изменениямагнитного поляH.Если изначально размагниченный ферромагнетикнамагнитить до некоторого значения индукции B, а затем снять магнитное37Электропитание РЭАГлава 4поле, то материал останется намагниченным.

Величина этой намагниченностиназывается остаточной индукцией. Для того, чтобы снять эту остаточнуюиндукцию, нужно приложить некоторое магнитное поле обратного знака.Величина этого поля называется коэрцитивной силой. Таким образом, подвоздействием переменного магнитного поля кривая намагничивания описываетпетлю, а на перемагничивание сердечника затрачивается некоторая энергия,котораявыделяетсявсердечникеввидетепла.Мощностьпотерьпропорциональна площади петли гистерезиса.По уровню остаточной намагниченности ферромагнетики делят намагнитомягкие и магнитожёсткие. Магнитожёсткие материалы имеютвысокую остаточную намагниченность и используются в основном дляизготовленияпостоянныхмагнитов.Из-завысокихпотерьнаперемагничивание они непригодны для работы в переменном поле, то есть вкачестве сердечников трансформаторов: для них применяют магнитомягкиематериалы.Ещё один фактор, вызывающий тепловые потери в магнитопроводе, этовихревые токи, или токи Фуко.

Чтобы понять природу этих токов, рассмотримпоперечное сечение магнитопровода с намотанной на неё обмоткой.Предположим,чтомагнитопроводсделанизцельногокускаферромагнетика, обладающего некоторой проводимостью. Тогда, согласнозакону электромагнитной индукции, магнитный поток, создаваемый токомобмотки, будет создавать наведённый ток и в самом магнитопроводе, которыйвызывает в нём дополнительные тепловые потери.

Характеристики

Список файлов лекций