Трансформаторные устройства специального назначения

Трансформаторные  устройства специального назначения

 

Работу  выполнил студент 3 курса группы 11-ЭПП-75 Махнырь Валерий Владимирович

Трансформаторы  с плавным регулированием напряжения  

 

 Первичная обмотка этого трансформатора. выполнена из двух катушек, уложенных в кольцевых выемках магнитопровода (см рис. а). Катушки w’₁ и w’’₁ включены так, что создают встречные магнитные потоки. Внутри неподвижной части магнитопровода расположен подвижный сердечник (ПС) со вторичной обмоткой w₂. При среднем положении ПС в обмотке w₂ не наводится ЭДС, так как действие первичных катушек взаимно компенсируется.

При смещении ПС влево или вправо от среднего положения вторичной обмотки  в ней наводится ЭДС . При этом  направление ЭДС  зависит от того, в зоне какой из первичных катушек  находится вторичная обмотка: при  перемещении этой обмотки из зоны одной первичной катушки в  зону другой катушки направление  ЭДС  изменится на 180°. Если такой  трансформатор включить в сеть как  это показано на рис. 6, то, изменяя  положение сердечника вторичной  обмотки (ПС), можно плавно регулировать вторичное напряжение (продольное регулирование).

 

Трансформатор с подвижным сердечником

 

Трансформатор, регулируемый подмагничиваннем шунтов

 

Рассмотрим принцип действия однофазного  трансформатора ТРПШ. Магнитопровод трансформатора состоит из четырех стержней (рис. а): двух крайних, называемых главными стержнями, и двух средних, называемых шунтами. Первичная обмотка состоит из трех катушек: две расположены на главных стержнях и одна — на шунтах. При этом все три катушки соединены последовательно и согласно. Вторичная обмотка также состоит из трех последовательно соединенных катушек, расположенных аналогично первичным, но катушка на шунтах включена встречно относительно двух других.

Кроме катушек переменного тока ТРПШ имеет две катушки постоянного  тока — катушки подмагничивания, расположенные на шунтах и соединенные  последовательно.

При включении первичной обмотки  создаются магнитные потоки во вторичных, наводящие ЭДС. При этом в одном  из стержней (правом) потоки  складываются, а в другом (левом) — вычитаются.

При прохождении постоянного тока по катушкам подмагничивания w_п возрастает магнитное насыщение шунтов. При этом их магнитное сопротивление увеличивается, и магнитный поток шунтов уменьшается. В итоге уменьшается ЭДС, что ведет к росту вторичного напряжения. Следовательно, плавному изменению постоянного тока в цепи подмагничивания соответствует плавное изменение напряжения на выходе ТРПШ.

Трансформаторы  для выпрямительных установок

 

Рассмотрим  работу однофазного трансформатора в схеме однополупериодного выпрямления. Ток во вторичной обмотке ток  имеет две составляющие: постоянную и переменную.

В первичную  обмотку трансформируется лишь переменная составляющая вторичного тока, поэтому  МДС остается неуравновешенной и  создает в магнитопроводе трансформатора постоянный магнитный поток, называемый потоком вынужденного намагничивания. Этот поток вызывает дополнительное магнитное насыщение элементов магнитопровода; для того чтобы это насыщение не превышало допустимого значения, необходимо увеличить сечение сердечников и ярм. Этот недостаток однофазной однополупериодной схемы распространяется и на трехфазную однополупериодную схему при соединении вторичной обмотки трансформатора по схеме «звезда—звезда с нулевым выводом». В этом случае магнитный поток вынужденного намагничивания значительно меньше, так как, действуя                                                                         одновременно во всех трех стержнях магнитопровода, он замыкается вне                                                                                                     магнитопровода.  Однофазную однополупериодную схему применяют                                                                                            лишь для маломощных выпрямителей, что объясняется не только недостатком,                                                                              вызванным наличием потока, но и значительными пульсациями                                                                                           выпрямленного тока. Трехфазная однополупериодная схема соединения                                                                                    вторичной обмотки в звезду с нулевым выводом также ограничивается                                                                                                 выпрямителями небольшой мощности. Если же вторичную обмотку соединить в                                                                              равноплечий зигзаг с нулевым выводом, то недостатки однополупериодной схемы                                                                                         выпрямления устраняются. Объясняется это тем, что при соединении в равноплечий                                                                       зигзаг на каждом стержне оказываются две вторичные катушки со встречным                                                                                                    соединением.

В двухполупериодных                                                                                        схемах условия работы трансформатора оказываются намного лучше и                                                                                                          неуравновешенной МДС не возникает.

Другим  обстоятельством,                                                                         нежелательно влияющим на работу трансформаторов  в схемах выпрямления, является несинусоидальная форма токов в обмотках. В результате в первичной и вторичной обмотках появляются токи высших гармоник, ухудшающие эксплуатационные показатели трансформатора, в частности снижающие его  КПД.

В связи  с тем что первичный и вторичный  токи трансформаторов имеют разные действующие значения (из-за их несинусоидальности), расчетные мощности первичной и вторичной обмоток одного и того же трансформатора неодинаковы (S_1ном ≠ S_2ном). Поэтому для оценки мощности трансформатора, работающего в выпрямительной схеме, вводятся понятия типовой мощности и коэффициента типовой мощности.

Габариты  и вес трансформаторов для  выпрямителей всегда больше, чем у  трансформаторов такой же выходной мощности, но при синусоидальных токах  в обмотках. Это объясняется тем, что в трансформаторах, работающих в выпрямительных схемах, полезная мощность определяется постоянной составляющей вторичного тока а нагрев обмоток  — полным вторичным  и первичным  токами, содержащими высшие гармонические.

 

Трансформаторы  для автоматических устройств

 

в импульсном                    График напряжения

                                            импульсном

                                            трансформаторе

 

 

                                          

                                            Пик-трансформаторы

                                            с активным

                                            сопротивлением (а, б)

                                            и магнитным (в, г) 

                                            шунтом

 

                                          

                                            Утроитель частоты

 

 Импульсные трансформаторы. Применяются в устройствах импульсной техники для изменения амплитуды импульсов, исключения постоянной составляющей, размножения импульсов и т. п. Одно из основных требований, предъявляемых к импульсным трансформаторам, — минимальное искажение формы трансформируемых импульсов.

Процессы  в импульсном трнсформаторе оказываются очень сложными, так как на них значительное влияние оказывают явление гистерезиса, вихревые токи, паразитные емкостные связи (между витками и обмотками) и индуктивности рассеяния обмоток. Для ослабления нежелательного влияния перечисленных факторов импульсные трансформаторы проектируют так, чтобы они работали со значением магнитной индукции в сердечнике, при котором рабочая точка расположена ниже зоны магнитного насыщения на кривой намагничивания трансформатора. Кроме того, магнитный материал сердечника должен обладать небольшой остаточной индукцией. Для её понижения магнитопровод импульсного трансформатора в некоторых случаях снабжают небольшим воздушным зазором. С этой же целью иногда применяют подмагничивание трансформатора постоянным током

 Магнитопроводы импульсных трансформаторов изготовляют из магнитных материалов с повышенной магнитной проницаемостью.

Чтобы уменьшить  паразитные емкости и индуктивности  рассеяния обмоток, их стараются  делать с небольшим числом витков. При этом малая продолжительность  импульсов позволяет выполнять  обмотки импульсных трансформаторов  проводом уменьшенного сечения, не вызывая  недопустимых перегревов.

 Пик-трансформаторы. Предназначены для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсы напряжения пикообразной формы. Такие импульсы напряжения необходимы в цепях управления тиристоров, тиратронов и др.

Пик-трансформатор  с активным сопротивлением. Первичную  обмотку трансформатора подключают активное добавочное сопротивление. Магнитную  индукцию выбирают такой, чтобы магнитопровод находился в состоянии сильного магнитного насыщения. Вторичная ЭДС имеет пикообразную форму, достигая максимальных (пиковых) значений в моменты времени, когда магнитный поток и ток проходят нулевые значения, т. е. когда скорости их изменения максимальны.

 Пик-трансформаторы с магнитным шунтом. Вторичная обмотка расположена на стержне уменьшенного сечения, находящемся в состоянии сильного магнитного насыщения.

Преобразователи частоты. Распространение получили трансформаторы, с помощью которых  возможно удвоение или утроение частоты  переменного тока.

Рассмотрим  работу трансформатора, увеличивающего частоту переменного тока в три  раза. Такой трансформатор называется утроителем частоты. Он состоит из трех однофазных трансформаторов, работающих при сильно насыщенном магнитопроводе. Первичные обмотки трансформаторов соединены звездой, а вторичные — последовательно.

В утроителе частоты магнитопроводы однофазных трансформаторов работают независимо, поэтому магнитные потоки в них достигают больших значений и наводят во вторичных обмотках ЭДС третьей гармоники. Так как ЭДС во всех фазных обмотках совпадают по фазе то на выходе утроителя частоты устанавливается напряжение, равное алгебраической сумме ЭДС с частотой третьей гармоники.

Для снижения падения напряжения во вторичных  обмотках при нагрузке последовательно  с обмотками включают конденсатор, емкость которого компенсирует индуктивность  обмоток.

 

 

Трансформаторы  для дуговой сварки

 

  Трансформатор для дуговой электросварки, обычно называемый сварочным трансформатором, представляет собой однофазный двухобмоточный понижающий трансформатор, преобразующий напряжение сети 220 или 380 В в напряжение 60-70 В, необходимое для надежного зажигания и устойчивого горения электрической дуги между металлическим электродом и свариваемыми деталями.‘

Специфика работы сварочного трансформатора состоит в прерывистом режиме его работы: зажиганию электрической дуги предшествует короткое замыкание вторичной цепи трансформатора, а обрыв дуги создает режим холостого хода. Номинальный режим работы трансформатора соответствует устойчивому горению электрической дуги. Для ограничения тока в сварочном трансформаторе приняты меры по увеличению индуктивного сопротивления. С этой целью первичную обмотку трансформатора располагают на одном стержне, а вторичную — на другом. Это ведет к росту магнитного рассеяния, а следовательно, к увеличению индуктивного сопротивления обмоток. Другой мерой является включение во вторичную цепь трансформатора последовательно индуктивной катушки — дросселя, представляющего собой катушку из медного провода прямоугольного сечения, расположенную на стальном магнитопроводе. Дроссель снабжен устройством типа «винт—гайка», позволяющим вращением винта перемещать ярмо так, что воздушный зазор между ярмом и стержнями меняется. Повышенное индуктивное сопротивление обмоток и наличие дросселя обеспечивают сварочному трансформатору круто падающие внешние характеристики, необходимые для устойчивого горения электрической дуги. Изменяя величину воздушного зазора в дросселе, можно плавно менять угол наклона внешних характеристик. Рабочий ток сварочного трансформатора соответствует напряжению электрической дуги 30 В.

Значительное  индуктивное сопротивление сварочного трансформатора ведет к снижению его коэффициента мощности, который обычно не превышает 0,4—0,5.

 

Спасибо за проявленное внимание!