 |
3.Базовые принципы действия трансформатора
|
|
|
|
3. Базовые принципы действия трансформатора
Схематическое устройство трансформатора
Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:
1. изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм);
2. изменения магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция).
На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаётся во всех обмотках, в том числе и в первичной. ЭДС индукции, пропорциональна первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90º в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.
В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.
4. Маломощные трансформаторы питания.
Унифицированные трансформаторы разработаны на базе нормализованных магнитопроводов и выпускаются в массовом порядке. Для полупроводниковой аппаратуры выпускаются трансформаторы питания типа ТПП броневой конструкции.
Все рассчитано на питание от сети 127В, 220В и частотой 50Гц. Конструктивные параметры в справочниках.
Согласующие трансформаторы применяют чаще в выходных каскадах УНЧ для согласования сопротивления нагрузки с выходным сопротивлением выходного каскада. А также при очень низком входном сопротивлении следующего каскада, при межкаскадном согласовании.
|
|
|
 |
Унифицирующие согласующие трансформаторы для аппаратуры на транзисторах выпускаются входные трансформаторы типа ТВТ и выходные (оконченные) типа ТОТ.
Схема унифицированного трансформатора питания типа ТПП
Унифицированные характеризуются неравномерностью АЧХ не более 2Дб в диапазоне частот 300÷ 10000Гц. Напряжение на первичной обмотке не должно превышать 1В. Трансформаторы типа ТОТ выпускают с мощностью 0, 025÷ 25Вт.
Экранированные входные трансформаторы применяются для защиты от различных наводок. Производится путем помещения трансформатора в металлический футляр, который соединён с корпусом усилителя. Экран изготавливают из железоникелевого сплава с толщиной листов 0, 3÷ 0, 5мм, расстояние между стенками экрана и трансформатором должно быть не менее 5÷ 10% габаритных размеров трансформаторов. Крепление трансформатора к экрану выполняется немагнитными материалами.
Экранированные трансформаторы
Виды трансформаторов
1. Силовой трансформатор – трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Слово “силовой” отражает работу данного вида трансформаторов с большими мощностями.
Необходимость применения силовых трансформаторов обусловлено различной величиной рабочих напряжений: ЛЭП (35÷ 750кВ), городских электросетей (как правило 6÷ 10кВ), напряжение, подаваемого конечным потребителям (0, 4кВ, они же 380/220В) и напряжение, требуемого для работы электромашин и электроприборов (самые различные: от единиц вольт до сотен киловольт).
Силовой трансформатор
2. Автотрансформаторы – вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию – это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно.
|
|
|
Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано, вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземление сетей с напряжением 110кВ и выше при коэффициентах трансформации не
более 3÷ 4. Существенным является: меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге – меньшая стоимость.
3. Трансформатор тока – трансформатор, питающийся от источника тока. Типичное применение – для снижения первичного тока до величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации, кроме того, трансформатор тока осуществляет гальваническую развязку (отличие от шунтовых схем измерения тока).
Трансформатор тока
Номинальное значение тока вторичной обмотки 1А, 5А. Первичная обмотка трансформатора тока включается в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, равен току первичной обмотки, делённому на коэффициент трансформации.
ВНИМАНИЕ! Вторичная обмотка токового трансформатора должна быть надёжно замкнута на низкоомную нагрузку измерительного прибора или накоротко. При случайном или умышленном разрыве цепи возникает скачок напряжения, опасный для изоляции, окружающих электроприборов и жизни техперсонала! Поэтому по правилам технической эксплуатации необходимо: неиспользуемые вторичные обмотки закорачивать, а все вторичные обмотки трансформатора тока подлежат заземлению.
4. Трансформатор напряжения – трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение – преобразование в цепях высокого напряжения в низкое, в измерительных цепях. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.
|
|
|
Трансформатор напряжения
5. Импульсный трансформатор (ИТ) – это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса (максимально крутой фронт и срез, относительно постоянная амплитуда). Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью. В большинстве случаев основное требование, предъявляемое к ИТ заключается: в неискажённой передаче формы трансформируемых импульсов напряжения; при воздействии на вход ИТ напряжения той или иной формы на выходе желательно получить импульс напряжения той же самой формы, но, быть может, иной амплитуды или другой полярности.
Импульсный трансформатор
6. Разделительный трансформатор – трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции. Сигнальные разделительные трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку электрических цепей.
Разделительный трансформатор
7. Согласующий трансформатор – трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей (каскадов) электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между участками схем.
8. Пик–трансформатор – трансформатор, преобразующий напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение с изменяющейся полярностью через каждые полпериода.
|
|
|
Пик–трансформатор
9. Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) – конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.
10. Трансфлюксор – разновидность трансформатора, используема для хранения информации. Основное отличие от обычного трансформатора – это большая величина остаточной намагниченности магнитопровода. Иными словами трансфлюксоры могут выполняет роль элементов памяти. Помимо этого трансфлюксоры часто снабжали дополнительными обмотками, обеспечивающими начальное намагничивание и задающими режимы их работы. Эта особенность позволят (в сочетании с другими элементами) строить на трансфлюксорах схемы управляемых генераторов, элементов сравнения и искусственных нейронов.
Трансфлюксор
Диагностика причин неисправности
| Вид неисправности | Причина |
| Перегрев | Перегрузка |
| Перегрев | Низкий уровень масла |
| Перегрев | Замыкания |
| Перегрев | Недостаточное охлаждение |
| Пробой | Перегрузка |
| Пробой | Загрязнение масла |
| Пробой | Низкий уровень масла |
| Пробой | Старение изоляции масла |
| Обрыв | Плохое качество пайки |
| Обрыв | Сильные электромеханические деформации при КЗ |
| Повышенное гудение | Ослабление прессовки шихтованного магнитопровода |
| Повышенное гудение | Перезагрузка |
| Повышенное гудение | Несимметричная нагрузка |
| Повышенное гудение | КЗ в обмотке |
| Появление воздуха в газовом реле (с термосифонным фильтром) | Заглушен термосифонный фильтр, воздух появляется в газовом реле через заглушку |
5. Дроссели высокой частоты – катушка индуктивности, включаемая в цепь для увеличения сопротивления тока высокой частоты.
Конструктивно выполняются в виде одно и многослойных катушек с ферромагнитными сердечниками или без них. Многослойные используются в диапазоне средних волн (СВ) и длинных волн (ДВ), однослойные – на более коротких волнах (КВ). Для уменьшения собственной ёмкости многослойные катушки секционируют, а однослойные наматывают с принудительным шагом.
Дроссели подавления ЭМП Простой сетевой дроссель
Если добротность дросселя не имеет значения (для уменьшения собственной емкости), выбирают Æ каркаса 3÷ 6мм и Æ провода 0, 02÷ 0, 05мм.
|
|
|
Дроссели с ферромагнитным сердечником отличаются меньшими размерами, меньшими количеством витков и соответственно собственной ёмкостью. Что дает возможность работать в более широком диапазоне частот. В качестве сердечников используются стержни Æ 1, 5÷ 2мм из ферритов.
Силовой микродроссель
При изготовлении дросселей высокой частоты с ферромагнитными сердечниками цилиндрической формы на сердечник накладывают слой конденсаторной бумаги или диэлектрической пленки, сверху наматывают обмотку. Если используется броневой сердечник, обмотку располагают на секционированном каркасе из пластмассы. На тороидальном сердечнике обмотку наматывают секциями.
Промышленность выпускает ВЧ дросселя типа ДМ с ферритовыми сердечниками. Номинальные индуктивности тока – не менее 60 мА и возрастают с уменьшением индуктивности.
Дроссели сглаживающих фильтров питания
Основные параметры: индуктивность, номинальный ток, подмагничивание, сопротивление I–, допустимое U~ (параметры в справочнике).
Дроссели низкой частоты – катушка индуктивности с магнитопроводом, предназначенная для использования в электроцепях в качестве индуктивного сопротивления.
В приёмо – усилительной аппаратуре дроссели низкой частоты используются в фильтрах питания, различных низкочастотных (НЧ) фильтрах и цепях коррекции АЧХ (амплитудно-частотной характеристики).
|
|
|
