Повна версія

Головна arrow Техніка arrow ЕЛЕКТРОННІ АПАРАТИ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ВТРАТИ В ТРАНСФОРМАТОРАХ І ДРОСЕЛЯХ

Втрати в муздрамтеатрі. Втрати в муздрамтеатрі обумовлені різними фізичними процесами і в загальному випадку можуть бути визначені як сума втрат на гістерезис, від вихрових струмів, магнітної в'язкості і додаткових втрат. Точний розрахунок окремих складових в деяких випадках виявляється більш складним завданням, ніж розрахунок повних втрат з використанням експериментальних даних, отриманих при впливі синусоїдальним полем. Наприклад, в роботі [2] запропоновано враховувати питомі втрати Р уа (Вт / см 3 ) в муздрамтеатрі наступним чином:

де / - робоча частота; / * = 1000 Гц - базова частота; У т - максимальна індукція; В ' п = 1 Тл - базова індукція; Р 0 , а, (3 - експериментальні коефіцієнти.

Для матеріалів магнітопроводів коефіцієнт а> 1 і, згідно виражений і ю (2.6), зі збільшенням робочої частоти втрати в магнітопроводі збільшуються. У сталевих магнітоіроводах при підвищених частотах переважають втрати на вихрові струми, а в ферритах - втрати на гістерезис. Ця різниця в природі втрат може бути враховано різними значеннями експериментальних коефіцієнтів. Зокрема, для розрахунку втрат використовують більш просте і загальне співвідношення

де Л - експериментальний коефіцієнт, що враховує різні фактори, а також характер втрат в залежності від матеріалу муздрамтеатру (див. роботу [3]).

При впливі періодичних напруг несинусоїдної форми втрати в магнітопроводі збільшуються в порівнянні з втратами при впливі синусоїдальної напруги з частотою, що дорівнює основній частоті несинусоидального напруги. Це обумовлено наявністю високочастотних складових в частотному спектрі несинусоидального напруги.

Вплив вищих гармонік на втрати в магнітопроводі може бути враховано підсумовуванням втрат, визначених для кожної гармонійної складової окремо. Гармонійні складові напруги знаходяться з розкладання несинусоидального напруги в ряд Фур'є. Для практичних завдань при оцінці втрат досить обмежитися урахуванням декількох найбільш явно виражених вищих гармонік.

Якщо впливає на трансформатор напруга містить постійну складову, то відбувається процес його подмагничивания і зміщення робочих значень індукції в муздрамтеатрі. Як приклад, що пояснює це явище, розглянемо процеси в муздрамтеатрі при однополярному намагничивании. Такий режим роботи характерний для імпульсних трансформаторів. Для спрощення завдання будемо вважати, що період проходження імпульсів більше часу перехідних процесів в імпульсному трансформаторі, а його індуктивність розсіювання і активні опори обмоток дорівнюють нулю. Па рис. 2.7 зображений трансформатор імпульсних напруг, який включений в схему з ідеальним джерелом постійної напруги Е і ключовим елементом S, що забезпечує періодичне його підключення до первинної обмотці трансформатора Т (рис. 2.7, а). Очевидно, що вихідний опір такого імпульсного генератора змінюється від нуля (ключ S замкнутий) до °° (ключ S розімкнений). На рис. 2.7, б представлена тимчасова діаграма зміни напруги на первинній обмотці щ. При замиканні ключа S починається процес зміни індукції в муздрамтеатрі трансформатора. Під час замкнутого стану ключа 5 до первинної обмотці з числом витків N l буде докладено напруга Е, що еквівалентно впливу імпульсу напруги з амплітудою Е і тривалістю t H . Беручи допущення про відсутність потоків розсіювання, «паразитних» ємнісних зв'язків і про рівність нулю активних опорів обмоток, еквівалентну схему трансформатора можна уявити в спрощеному вигляді (рис. 2.8, а). На рис. 2.8, б показані діаграми напруги на вторинній обмотці, приведеного до первинної «2, і індукції в муздрамтеатрі в перехідному процесі за умови, що в початковий момент часу сердечник був повністю розмагнічений. У цій схемі трансформатор замінений нелінійним опором

з струмом намагнічування L, а навантаження - приведеним до первинної обмотці опором R '= R H (N t / N 2 ). Під впливом напруги Е за час I = t H середнє значення індукції в муздрамтеатрі зміниться на АВ ср :

де 5 М - перетин муздрамтеатру.

Імпульсний трансформатор

Мал. 2.7. Імпульсний трансформатор:

а - схема; б - діаграма напруги на первинній обмотці

На рис. 2.9 діаграма процесу зміни індукції під впливом першого імпульсу напруги відповідає переміщенню кривої початкового намагнічування з точки 0 в точку А { . При розмиканні ключа 5, що викликає відключення джерела з напругою Е від трансформатора, починається розмагнічування муздрамтеатру. При цьому струм намагнічування з урахуванням прийнятих припущень спадатиме до нуля в контурі, утвореному опором 2 Ц і навантаженням R H . Вважаючи тривалість розімкненого стану ключа більшою, ніж час спадання струму до нуля, можна вважати, що до моменту чергового замикання ключа S індукція В зміниться по кривій часткового циклу розмагнічування з точки А { в точку Oj. Потім, починаючи з моменту чергового замикання ключа 5, знову почнеться процес намагнічування магнітопровода, але вже з точки При незмінних Е і? і величина ЛВ ср буде також залишатися постійної відповідно до вираження (2.8). В результаті періодичного імпульсного впливу буде постійно відбуватися зсув початкового і кінцевого значень індукції до точки O k відповідної точці A k на рис. 2.9. Подальша дія імпульсів буде викликати пере- магнічіваніе муздрамтеатру по приватному циклу з точки Про до в точку A k і назад. У сталому режимі

де ДВ ср - індукція, що визначається з вираження (2.8); В Лк , B 0k - індукції в муздрамтеатрі в кінці і на початку чергового імпульсу, відповідно. Це явище необхідно враховувати при проектуванні імпульсних трансформаторів.

Процеси намагнічування в імпульсному трансформаторі

Мал. 2.8. Процеси намагнічування в імпульсному трансформаторі:

а - схема заміщення; б - діаграми напруги і індукції

Зміна індукції імпульсного трансформатора

Мал. 2.9. Зміна індукції імпульсного трансформатора

Втрати в обмотках. Напруги і струми підвищеної частоти, в тому числі і обумовлені несінусоідалиюстио їх форм, викликають додаткові втрати енергії не тільки в магнитопроводах, але і в обмотках трансформаторів і реакторів. Ці втрати в основному обумовлені поверхневим ефектом витиснення струму в провідниках під впливом електромагнітних полів. В результаті цих явищ активний опір провідника при змінному струмі стає більше опору Д 0 при постійному струмі. Збільшення опору змінному струмі в цих випадках є наслідком зменшення ефективного перерізу провідника. При поверхневому ефекті відбувається витіснення струму в радіальному напрямку. Явище витіснення струму також походить від впливу електромагнітних полів сусідніх провідників. В результаті такого впливу струми перерозподіляються по перетинах провідників в напрямках, що залежать від конструкції обмоток і їх розташування на муздрамтеатрі. Додаткові втрати в обмотці при змінному струмі враховуються коефіцієнтом К лоб :

Значення коефіцієнта розраховують для кожної конкретної конструкції з урахуванням частоти впливає струму або напруги. При несинусоїдальних формах струму або напруги визначаються додаткові втрати від кожної гармонійної складової, яка визначається з розкладання в ряд Фур'є

де До ло б я - коефіцієнт, що враховує втрати на частоті п -й гармоніки; /, 1 п - діючі значення повного струму і його гармонійних складових відповідно. При підвищенні робочої частоти збільшення номінального струму обмотки вимагає прийняття спеціальних заходів щодо обмеження поверхневого ефекту. Найбільшого поширення серед таких заходів набуло використання спеціальних багатожильних проводів, які отримали назву літцендрата. Такі дроти виготовляються на основі поєднання великого числа провідників малого діаметра, ізольованих один від одного.

 
<<   ЗМІСТ   >>