 |
3. Базові принципи дії трансформатору
|
|
|
|
3. Базові принципи дії трансформатору
 |
Рисунок 110 – Схематичний пристрій трансформатора
Робота трансформатору заснована на двох базових принципах:
1. змінний в часі електричний струм створює змінне в часі магнітне поле (електромагнетизм);
2. зміни магнітного потоку, який минає через намотування, створює ЕРС в цьому намотуванні (електромагнітна індукція).
На одне з намотування, звану первинним намотуванням, подається напруга від зовнішнього джерела. Змінний струм, протікаючий по первинному намотуванню, створює змінний магнітний потік в магнітопроводі (рис. 110). Внаслідок електромагнітної індукції, змінний магнітний потік в магнітопроводі створюється у всіх намотуваннях, у тому числі й у первинній, ЕРС індукції, пропорційну першої похідної магнітного потоку, при синусоїдальному струмі зрушеної на 90º у зворотний бік по відношенню до магнітного потоку.
У деяких трансформаторах, що працюють на високих або надвисоких частотах, магнітопровід може бути відсутнім.
4. Малопотужні трансформатори живлення
Уніфіковані трансформатори розроблені на базі нормалізованих магнітопроводів та випускаються в масовому порядку. Для напівпровідникової апаратури випускаються трансформатори живлення типу ТПП броньовий конструкції.
Усе живиться від мережі 127В, 220В та частотою 50Гц. Конструктивні параметри в довідниках.
Узгоджуючі трансформатори застосовують частіше у вихідних каскадах ПНЧ для узгодження опору навантаження з вихідним опором вихідного каскаду. А також при дуже низькому вхідному опорі наступного каскаду, при міжкаскадному узгодженні (рис. 111).
|
|
|
 |
Рисунок 111 – Узгоджуючі трансформатори
Уніфіковані узгоджуючі трансформатори для апаратури на транзисторах випускаються вхідні трансформатори типу ТВТ та вихідні (закінчені) типу ТОЙ (рис. 112).
Рисунок 112 – Схема уніфікованого трансформатора живлення типу ТПП
Уніфіковані характеризуються нерівномірністю АЧХ не більше 2Дб в діапазоні частот 300÷ 10000Гц. Напруга на первинному намотуванні не повинно перевищувати 1В. Трансформатори типу ТОТ випускають з потужністю 0, 025÷ 25Вт.
Екрановані вхідні трансформатори застосовуються для захисту від різних наведень. Проводиться шляхом вкладання трансформатору в металевий футляр, який з'єднаний з корпусом підсилювача. Екран виготовляють з залізонікелевого сплаву з товщиною аркушів 0, 3÷ 0, 5мм, відстань між стінками екрану та трансформатором (рис. 113), повинна бути не менше 5÷ 10% габаритних розмірів трансформаторів. Кріплення трансформатору до екрану виконується немагнітними матеріалами.
Рисунок 113 – Екрановані трансформатори
5. Види трансформаторів
1. Силовий трансформатор – трансформатор, призначений для перетворення електричної енергії в електричних мережах та в пристроях, призначених для прийому та використання електричної енергії. Слово " силовий" відображає роботу даного виду трансформаторів з великими потужностями (рис. 114).
Необхідність застосування силових трансформаторів обумовлена різною величиною робочих напруг: ЛЕП (35÷ 750кВ), міських електромереж (як правило 6÷ 10кВ), напруга, що подається кінцевим споживачам (0, 4кВ, вони ж 380/220В) і напруга, яка необхідна для роботи електромашин та електроприладів (найрізноманітніші: від 1Вт до сотень кВт).
Рисунок 114 – Трансформатори
2. Автотрансформатори – варіант трансформатору, в якому первинне і вторинне намотування сполучені безпосередньо та мають, за рахунок цього, не тільки електромагнітний зв'язок, а й електричний. Обмотка автотрансформатора має кілька виводів (як мінімум 3), підключаючись до яких, можна отримати різну напругу. Перевагою автотрансформатора є більш високий ККД, оскільки лише частина потужності піддається перетворенню – це особливо суттєво, коли вхідна і вихідна напруги відрізняються несуттєво.
|
|
|
Недоліком є відсутність електричної ізоляції (гальванічної розв'язки) між первинним і вторинним ланцюгом. Застосування автотрансформаторів економічно виправдано, замість звичайних трансформаторів, для з'єднання ефективно заземлення мереж з напругою 110кВ та вище при коефіцієнтах трансформації не більше 3-4.
Істотним є: зниження витрат сталі для осердя, міді для обмоток, меншу вагу та габарити, і внаслідок – менша вартість.
3. Трансформатор струму – трансформатор, що живиться від джерела струму (рис. 115). Типове застосування – для зниження первинного струму до величини, використовуваної в ланцюгах вимірювання, захисту, управління та сигналізації, крім того, трансформатор струму здійснює гальванічну розв'язку (відмінність від шунтових схем вимірювання струму).
Номінальне значення струму вторинної обмотки 1А, 5А. Первинне намотування трансформатору струму вмикається в ланцюг з вимірюваним змінним струмом, а у вторинну вмикаються вимірювальні прилади. Струм, що протікає по вторинній обмотці трансформатору струму, дорівнює струму первинної обмотки, поділеній на коефіцієнт трансформації.
Рисунок 115 – Трансформатор струму
УВАГА! Вторинне намотування струмового трансформатору повинна бути надійно замкнена на низкоомне навантаження вимірювального приладу або накоротко. При випадковому або навмисному розриві ланцюга виникає стрибок напруги, небезпечний для ізоляції, оточуючих електроприладів й життя техперсоналу! Тому за правилами технічної експлуатації необхідно: невживане вторинне намотування закорочувати, а всі вторинні обмотки трансформатору струму підлягають заземленню.
4. Трансформатор напруги – трансформатор, що живиться від джерела напруги. Типове застосування – перетворення високої напруги в низьке в ланцюгах, у вимірювальних ланцюгах. Застосування трансформатора напруги дозволяє ізолювати логічні ланцюги захисту та ланцюги вимірювання від ланцюгу високої напруги (рис. 116).
|
|
|
Рисунок 116 – Трансформатор напруги на вітому розрізному магнітопроводі
5. Імпульсний трансформатор – це трансформатор, призначений для перетворення імпульсних сигналів з тривалістю імпульсу до десятків мікросекунд з мінімальним спотворенням форми імпульсу (рис. 117). Основне застосування полягає у передачі прямокутного електричного імпульсу (максимально крутий фронт та зріз, відносно постійна амплітуда). Він служить для трансформації короткочасних відеоімпульсів напруги, зазвичай періодично повторюваних з високою свердловиною. У більшості випадків основна вимога, що пред'являється до ІТ: неспотворена передача форми трансформованих імпульсів напруги; при впливі на вхід ІТ напруги тієї або іншої форми на виході бажано отримати імпульс напруги тієї ж самої форми, але, бути може, інший амплітуди або іншої полярності.
Рисунок 117 – Імпульсний трансформатор
6. Розділювальний трансформатор – трансформатор (рис. 118), первинне намотування якого електрично не пов'язана з вторинним намотуванням. Силові розділювальні трансформатори призначені для підвищення безпеки електромереж, при випадковом одночасном дотику до землі та струмоведучих частин або неструмоведучих частин, які можуть опинитися під напругою у разі пошкодження ізоляції. Сигнальні розділювальні трансформатори забезпечують гальванічну розв'язку електричних ланцюгів.
Рисунок 118 – Розділювальний трансформатор
7. Узгоджувальний трансформатор – трансформатор, який застосовується для узгодження опору різних частин (каскадів) електронних схем при мінімальному спотворенні форми сигналу. Одночасно узгоджувальний трансформатор забезпечує створення гальванічної розв'язки між ділянками схем.
8. Пік-трансформатор – трансформатор, що перетворює напругу синусоїдальної форми в імпульсну напругу із змінювальною полярністю через кожні півперіоду (рис. 119).
|
|
|
Рисунок 119 – Пік-трансформатор
9. Здвоєний дросель (зустрічний індуктивний фільтр) конструктивно є трансформатором з двома однаковим намотуванням. Завдяки взаємній індукції котушок він при тих же розмірах більш ефективний, ніж звичайний дросель. Здвоєні дроселі отримали широке поширення в якості вхідних фільтрів блоків живлення; у диференціальних сигнальних фільтрах цифрових ліній, а також в звуковий техніці.
10. Трансфлюксор – різновид трансформатору, використовується для зберігання інформації (рис. 120). Основна відмінність від звичайного трансформатору – це велика величина залишкової намагнічування магнітопровіду. Іншими словами трансфлюксори можуть виконувати роль елементів пам'яті. Крім цього трансфлюксори часто постачали додатковим намотуванням, що забезпечують початкове намагнічування та задають режими їх роботи. Ця особливість дозволяє (у поєднанні з іншими елементами) будувати на трансфлюксорах схеми керованих генераторів, елементів порівняння та штучних нейронів.
Рисунок 120 – Трансфлюксор
В таблиці 1 вказано причини несправності та діагностика.
Таблиця 1 Діагностика причин несправності
| Вид несправності | Причина |
| Перегрів | Перевантаження |
| Перегрів | Низький рівень масла |
| Перегрів | Замикання |
| Перегрів | Недостатнє охолодження |
| Пробій | Перевантаження |
| Пробій | Забруднення олії |
| Пробій | Низький рівень масла |
| Пробій | Старіння ізоляції масла |
| Обрив | Погана якість пайки |
| Обрив | Сильні електромеханічні деформації при КЗ |
| Підвищенне гудіння | Ослаблення пресування шіхтованного магнітопровіду |
| Підвищенне гудіння | Перезавантаження |
| Підвищенне гудіння | Несиметричне навантаження |
| Підвищенне гудіння | КЗ в обмотці |
| Поява повітря в газовому реле (з термосифонним фільтром) | Приглушений термосифонний фільтр, повітря з'являється в газовому реле через заглушку |
5. Дроселі високої частоти
Дроселі високої частоти (ВЧ) – котушка індуктивності, що включається в ланцюг для збільшення опору струму високої частоти (рис. 121).
Рисунок 121 – Дроселі високої частоти
Конструктивно виконуються у вигляді одно та багатошарових котушок з феромагнітним осердям або без них. Багатошарові використовуються в діапазоні СВ і ДВ, одношарові – на більш коротких хвилях. Для зменшення власної ємності багатошарові котушки роблять секціонуючими, а одношарові намотують з примусовим кроком (рис. 122).
а б
|
|
|
Рисунок 122 – а) дроселі придушення ЕМП; б) простий мережевий дросель
Якщо добротність дроселя не має значення (для зменшення власної ємності), вибирають діаметр каркасу 3÷ 6мм та діаметр дроту 0, 02÷ 0, 05мм.
Дроселі з феромагнітним осердям відрізняються меншими розмірами, меншою кількістю витків і, відповідно, власною ємністю. Що дає можливість працювати в більш широкому діапазоні частот. В якості осердя використовуються стрижні діаметр 1, 5÷ 2мм з феритів (рис. 123).
Рисунок 123 – Силовий мікродросель
При виготовленні дроселів ВЧ з феромагнітним осердям циліндричної форми на осердя накладають шар конденсаторного паперу або діелектричної плівки, зверху намотують обмотку. Якщо використовується броньове осердя, обмотку розташовують на секціонованому каркасі з пластмаси. На тороідальному осерді обмотку намотують секціями.
Промисловість випускає ВЧ дроселя типу ДМ з феритовою серцевиною. Номінальні індуктивності струму – не менше 60мА і зростають із зменшенням індуктивності.
Дроселі згладжуючих фільтрів живлення – основні параметри: індуктивність, номінальний струм, підмагнічування, опір постійного струму, припустима змінна напруга (параметри в довіднику).
Дроселі низької частоти (НЧ) – котушка індуктивності з магнитопроводом, призначена для використання в електроланцюгах в якості індуктивного опору.
У приймально-підсилювальної апаратурі дроселі НЧ використовуються у фільтрах живлення, різних НЧ фільтрах та ланцюгах корекції АЧХ (амплітудно-частотної характеристики).
|
|
|
