Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Пассивные компоненты радиоэлект онной аппа атуры ми. Магнитопровод в этом случае состоит из двух частей, что позволяет получить воздушные зазоры в магнитной цени, необходимые для нормальной работы трансформаторов, у которых через обмотки помимо переменного тока протекает постоянный ток. При сборке внахлест пластины чередуются так, чтобы у соседних пластин разрезы были с разных сторон, что обеспечивает отсутствие воздушного зазора в магнитопроводе. При этом уменьшается его магнитное сопротивление, однако возрастает трудоемкость сборки. Для уменьшения потерь на вихревые токи пластины изолируют друг от друга слоем оксидной пленки, лаковым покрытием или склеивающей суспензией. Ленточные магнитопроводы (рис. 2.35, 6 и г) получают путем навивки ленты трансформаторной стали толщиной 0,1 — 0,3 мм, после чего авитой сердечникь разрезают и получают два С-образных сердечника, на один из которых устанавливают катушки с обмотками, а затем вставляют второй С-сердечник.
Для получения минимального немагнитиого зазора в магнитопроводе торцы сердечников склеивают пастой, содержащей ферромагнитный материал. Если необходим зазор, то в месте стыка двух сердечников устанавливают прокладки из бумаги или картона требуемой толщины. В случае броневого ленточного сердечника применяют одну катушку с обмотками и четыре С-образных сердечника. Ленточная конструкция сердечников позволяет механизировать процесс изготовления трансформаторов. При этом трудоемкость процесса установки сердечника в катушку снижается, а отходы материалов сокращаются.
Потери в ленточных сердечниках меньше, чем в пластинчатых. Это объясняется тем, что в пластинчатых сердечниках магнитные силовые линии часть пути проходят перпендикулярно направлению проката, а в ленточных сердечниках линии поля расположены вдоль направления проката по всей длине магнитопровода. Трансформаторы на тороидальных сердечниках (рис. 2.35, д) наиболее сложные и дорогие.
Основными преимуществами их являются очень незначительная чувствительность к внешним магнитным полям и малая величина потока рассеяния. Обмотки в трансформаторе наматывают равномерно по всему тороиду, что позволяет еще более уменьшить магнитные потоки рассеяния. Физические основы функционирования трансформаторов Функционирование трансформаторов основано на связи цепей через магнитный поток (рис. 2.36). При подключении к первичной обмотке, имеющей Иг, витков, переменного напряжения и, = У, Гйп ак в ней появляется переменный ток 1',(г) и возникнет магнитный поток Ф,(г), который в основном будет замыкаться через магнитопровод и пронизывать витки как первичной, так и вторичной обмотки, имеющей й', витков, в результате чего в первичной обмотке индуцируется ЭДС е,(г), а во вторичной— е,(г).
Наличие ЭДС е,(г) вызовет появление тока 1,(г) во вторичной обмотке, и на нагрузочном резисторе Я„появится напряжение и,(г). Ток Яг) создаст магнитный поток Ф,(г), направленный навстречу потоку Ф,(г), в результате чего в магнитопроводе установится результирующий магнитный поток Ф,(г). Незначительная часть потока, создаваемого током 1,(г), замыкается не через магнитопровод, а через 157 2.4.Т н о то ы воздух. Этот поток называется потоком рассеяния Ф„(г), точно так же существует поток рассеяния вторичной обмотки Фи(г). В правильно сконструированном трансформаторе потоки рассеяния ничтожно малы, и ими можно пренебречь. Рис. 2.36 В соответствии со вторым законом Кирхгофа напряжение и,(г) должно быть равно сумме падения напряжения на активном сопротивлении провода первичной обмотки и двух ЭДС, обусловленных потоками Ф,(г) и Фн(г), спепленными с первичной обмоткой; и, (г) = 1, (г) Я, + М~ — '+ 1„, — .
ИФ, 4 (г) Соответственно, для вторичной обмотки и,(г)=Юг, ' -1,(г)А,-У ИФ, (г), н1, (г) Й Й (2.59) Значение ЭДС, индуцируемой в первичной обмотке, определяется скоростью изменения магнитного потока: е (г) = Н', ' = %', —. Ф соз 2яг» = 2~ф~Ф з1п ел - "Е,„зш сн. ЫФ,(г) Ы Действующее значение этой ЭДС [В] равно Е, = — ' = 4,441%;Ф„10~. Е, (2.00) Магнитный поток Ф можно выразить через индукцию В: Ф =В„Я„ где 5, — площадь поперечного сечения сердечника, ем~. Тогда величина ЭДС первичной обмотки равна Е, =4,44ЯУ,В 5;10 '.
(2.61) 158 Глава 2. Пассивные компоненты радиоэпект иной а Соответственно, ЭДС вторичной обмотки равна Е, = 4,44~Иг~В,„Я;10 ', Из соотношений (2.61) и (2.62) следует: Ер 'й', — — = п. Е, %; (2.62) Это отношение называют коэффициентом трансформации. Используя уравнение Кирхгофа и произведя пересчет параметров из вторичной цепи в первичную и переход к действующим знапениям токов и напряжений, мож- но составить эквивалентную схему трансформатора (рис.
2.37), в которой В', = Я',/и', Еа — Еаlп' Вн — )Сlп, (1т — (1,и, 1з — 1гlп. иие. 2.37 Е, представляет собой индуктивность (мкГн1 первичной обмотки, которая равна (2.63) Е~ 12 бр М'~'5,10-з/ где н, — магнитная проницаемость сердечника, зависящая от значения индук- ции, В; 5, — площадь поперечного сечения сердечника, см'; 1, — средняя длина силовой линии в сердечнике, см. Резистор А. учитывает потери в сердечнике на вихревые токи и перемагничива- ние. Ток 1„протекающий через первичную обмотку трансформатора, содержит активную составляющую 1„и реактивную составляющую 1,„: (2.64) Активная составляющая тока определяется потерями в сердечнике Р„потерями в меди Р„и мощностью, потребляемой нагрудной, подключенной к вторичной обмотке: 1 (1 (1 Реактивная составляющая тока первичной обмотки определяется реактивным сопротивлением обмотки: 2.4.
Трансфо матеры 7, У, аУ„ (2.66) Подставляя величину Е, (2.63) и Ц Е, (2.61), получим: яВ 1, (2.67) где я — числовой козффициент, получающийся в ходе подстановки (2.61) и (2.63) в (2.66). Он характеризует функциональную связь между индукцией и напряжен- ностью магнитного поля Н„ следовательно, я — =Н, И, Значит, уравнение (2.67) может быть представлено в виде (2.68) В,тл 1,8 1,8 1,2 1,0 2 4 8 8 10 12 14 Рис. 2.38 Следовательно, изменяя напряженность магнитного поля Н,, выраженную в ам- пер-витках на сантиметр, можно изменять значение реактивного тока 7,„. При расчете трансформаторов обычно выбирают оптимальное значение В, ис- ходя из необходимости получения наименьших потерь в сердечнике.
Позтому по известной величине В определяют требуемую напряженность поля Н, (рис. 2,38), измеряемую в ампер-витках. 1ЕО Глава 2. Пассивные компоненты раднозле иной аппаратуры Потери в трансФорматорах Под потерями в трансформаторе понимают затраты мощности на нагрев обмоток, перемагничивание и вихревые токи в сердечнике. В конечном счете, мощность потерь выделяется в виде тепла, которое должно быть рассеяно в окружающую среду. Потери иа вихревые токи зависят от удельного сопротивления материала сердечника и от частоты магнитного поля. Чтобы уменьшить эту составляющую потерь, применяют специальные трансформаторные стали с большим удельным сопротивлением.
Кроме того, сердечники изготовляют из тонких листов, изолированных друг от друга. Чем выше частота тока, тем больше потери на вихревые токи, поэтому сердечники трансформаторов, работающих на высоких частотах, делают из более тонкого металла. Потери на пврвмагничиванив (гистерезис) зависят от максимальной индукции в сердечнике: чем больше индукция, тем больше площадь петли гистерезиса и тем больше потери. Обычно при расчетах потери на перемагничивание и вихревые токи не разделяют, и свойства материала оценивают удельными потерями Р,„„, то есть потерями, отнесенными к 1 кг материала: (2.69) Р„м =аВ*, где а — эмпирический коэффициент; з = 2-3.
Потери в сердечнике зависят от массы сердечника С,; Р, = Р,„, б,. (2.70) На рис. 2,39 представлены эмпирические зависимости удельных потерь от индукции. Гс.т Вт/кг 38 34233 -0,08 мм У 400 Гм 32 26 24 20 16 12 8 4 3413 8 - 0,35 мм 50 Г» 0,6 1,01,21,41,61,82,0 Вш,тл Рме.
2.80  — ' 1.10з ~,г~и, 75,%', (2.71) Значение индукции можно определить из (2.61), приняв ЭДС индукции равной подводимому напряжению Ц: 2.4. Трансформато ы Из (2.71) следует, что, увеличивая число витков первичной обмотки трансформатора и площадь сечения сердечника, можно снизить индукцию В, а следовательно, потери в сердечнике. Потери яа нагрев овмс!лов определяются соотношением Р =1А+2В2= — +— 2 2 7!'Р1! 42Р12 м ! ! 2 п! м2 (2.72) где р — удельное сопротивление провода; 1, и 1, — длина провода первичной и вторичной обмоток соответственно; 5„, и 5„2 — плошадь поперечного сечения проводов первичной и вторичной обмо- ток, соответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
