Меню

Зависимость напряжения трансформатора от частоты



Изучение принципа действия трансформатора. Расчет трансформатора и представление его чертежа общего вида

Цель работы: изучение принципа действия трансформатора, освоение методики расчета маломощного трансформатора электропитания на ЭВМ, непосредственный расчет трансформатора и представление его чертежа общего вида.

Приборы и оборудование: клавиатура, мышь, монитор, PC и Trans32.

1. Какие параметры трансформатора определяются в режиме холостого хода?

Напряжение на первичной, вторичной обмотках, ток холостого хода, мощьность, определяющая потери стали, коэффициент трансформации для каждой из обмоток, активное сопротивление первичной обмотки (r 0 = P 0 /I 0 2 ), реактивное сопротивление первичной обмотки (X 0 = U 1/I 0), комплексное сопротивление первичной обмотки (|Z 0| = √(r 0 2 + X 0 2 )).

2. Какие параметры трансформатора определяются в режиме короткого замыкания?

В режиме короткого замыкания измеряют и определяют напряжение короткого замыкания, ток в первичной обмотке, равный номинальному току, мощность, потребляемая трансформатором, определяющую потери в меди, потери в проводах обмоток при номинальном токе, сопротивление трансформатора при коротком замыкании, активная и реактивная составляющая напряжения короткого замыкания.

3 . Что называется полной отдаваемой и полной потребляемой мощностями трансформатора?

Полная потребляемая мощность: VA 1=E 1I 1=4k фk сf 1S cB mI 1 [ВА]. Полная отдаваемая мощность:

4. Что характеризует собой типовая мощность трансформатора и в чем ее отличие от мощности, потребляемой трансформатором из сети? Назовите схемы выпрямителей, в трансформаторе которых эти мощности одинаковы?

Типовая (габаритная) мощность: , где N – число обмоток. Ее отличие от потребляемой мощности в том, что при более точном приближении S т зависит от числа фаз трансформатора, числа обмоток, частоты тока, толщины изоляции и др. Схема Ларионова –наглядный пример выпрямителя, для которого S т=1.05∙P 0.P 0, т. е. типовая мощность почти равна мощности, потребляемой от сети;

Мощность, потребляемая от источника, представляет собой произведение напряжения первичной обмотки U 1 на ток первичной обмотки I 1:

5. Как влияет частота сети на габаритные размеры и вес трансформатора?

, т. е. увеличение частоты и повышение электромагнитных нагрузок приводит к уменьшению линейных и массогабаритных показателей;

6. Как зависят параметры и КПД от тока нагрузки?

Зависимость параметров и КПД трансформатора от тока нагрузки определяется коэффициентом нагрузки, который представляет собой отношение значения тока вторичных обмоток к их номинальному значению.

Читайте также:  Броски напряжения при включении трансформатора

7. Каков диапозон значений коэфицентов трансформации автотрансформаторов?

Рекомендуемый диапазон значений коэффициента трансформации автотрансформатора находится в пределах 1…2

8. Каким образом производится выбор магнитопрвода трансформатора?

Применяют стержневые и броневые магнитопроводы. Трансформаторы больших и средних мощностей выполняют стержневыми, т. к. в броневых трудно изолировать обмотки высшего напряжения от магнитопровода. Для измерительных и лабораторных трансформаторов применяют тороидальные магнитопроводы из-за малого магнитного сопротивления и нечувствительности к внешним полям. Также магнитопровод выбирают по произведению и далее по таблицам;

S ст-площадь поперечного сечения сердечника, S ok-площадь окна магнитопровода.

9 . Как определяют число витков первичной и вторичной обмоток?

Количество витков первичной обмотки выбирают, учитывая отдаваемую мощность, максимальные ток и напряжение. Количество витков вторичной обмотки выбирают в зависимости от коэффициента трансформации трансформатора. ЭДС, индуктируемая в одном витке: и далее число витков каждой обмотки трансформатора: ;

10. Как выбирают обмоточные провода?

Обмоткам придают преимущественно цилиндрическую форму, выполняя их при малых токах из круглого изолированного провода, а при больших токах из шин прямоугольного поперечного сечения. Определяются диаметр провода обмотки трансформатора (без учета толщины изоляции): , средняя длина витка обмотки трансформатора R ср и длина каждой обмотки: . Сопротивление каждой обмотки: , число витков вторичных обмоток: , для первичной обмотки: . Толщина каждой обмотки броневого трансформатора: , толщина катушки трансформатора: . Потери мощности на сопротивлениях обмоток, считая потери в первичной обмотке при протекании по ней полного тока: .

11. В чем заключается проверка теплового режима трансформатора?

При проверке теплового режима трансформатора находят перегрев сердечника по отношению к окружающей среде. Перегрев для каждой марки провода не должен превышать определенной температуры. Если тепловой режим неудовлетворительный, то уменьшают плотность тока. Приближенная формула для нахождения перегрева сердечника: , где S охл – охлаждающая поверхность обмоток.

12. В чем заключаются особенности расчета трансформаторного преобразователя?

В преобразователях используются насыщающиеся или перенасыщающиеся трансформаторы. В первом Типе трансформаторов рекомендуется применять в сердечнике материалы с формой петли Гистерезиса близкой к прямоугольной. На частотах свыше 5 – 10 кГц используются ферритовые сердечники, форма петли Гистерезиса которых не напоминает прямоугольник.

В расчетных формулах значение индукции для насыщаемых трансформаторов выбирается значение индукции В = Bs, для не насыщаемых В = (0,7…0,9)∙ Bs.

Плотность тока в обмотках преобразователя можно примерно определить по формуле

Читайте также:  Схемы преобразователь напряжения 12 220 50гц своими руками схема

J = 0.62∙ln(1/P тип) + 3

В расчетных формулах следует также учитывать форму воздействующего напряжения. Учет производится учетом коэффициента формы сигнала К A ? для формы косинуса К ф = 1,11, для синусоидальной К a = 1.

Источник

Electronov.net | Библиотека

Особенности трансформаторов:

Частота:

При одинаковых напряжениях первичной обмотки, трансформатор, разработанный для частоты 50 Гц, может использоваться при частоте сети 60 Гц, но не наоборот. При частоте меньше номинальной увеличивается индукция в магнитопроводе, что может повлечь его насыщение и как следствие резкое увеличение тока холостого хода и изменение его формы. При частоте больше номинальной повышается величина паразитных токов в магнитопроводе, повышенный нагрев магнитопровода и обмотки, приводящие к ускоренному старению и разрушению изоляции.

Габариты трансформатора напрямую зависят от частоты тока в цепи, в которой он будет установлен. Зависимость эта обратная, т.е. с увеличением частоты габариты трансформатора значительно уменьшаются. Именно поэтому, импульсные блоки питания (с импульсными высокочастотными трансформаторами) намного компактнее обычных линейных.

Объясняется данный факт до неприличия просто. По сути, все объяснение можно вывести из закона электромагнитной индукции Фарадея (формулы рассматривались в разделе индуктивность.

Габаритные размеры практически полностью определяют величину индуктивности, т.е. коэффициент пропорциональности между магнитным потоком и электрическим током. Соответственно, в обычном сетевом трансформаторе на 50 Гц, для увеличения пропускаемой мощности, которая определяется величиной ЭДС индукции, необходимо увеличивать габариты магнитопровода. Однако если Вы внимательно посмотрите на формулу ЭДС индукции, то сможете разглядеть там частоту тока, вызывающего эту самую ЭДС индукции. И если Ваш мозг не спит, то он сразу же скажет вам, что «Вот оно, решение! И чего это люди раньше до такого не додумались?». На самом деле, так и есть, но изготовление таких трансформаторов само по себе сложнее, чем в случае с обычными. К тому же, высокая рабочая частота тока требует совершенно иной схемотехники и конструкции прибора, а также полупроводниковых приборов, способных работать на такой частоте. Именно поэтому данный класс устройств получил широкое распространение лишь в последнее время.

При работе на высоких частотах, начинает значительно проявляться поверхностный эффект (скин-эффект), выражается это проявление в разогреве обмоточных проводов, уменьшении КПД и появлению паразитных гармоник напряжения и тока. Чтобы снизить данный эффект в высокочастотных трансформаторах и катушках индуктивности, в качестве обмоточного применяется специальный вид провода — литцендрат (нем. Litzen — пряди и Draht — провод) — многожильный провод, каждая жила которого покрыта изолирующим лаком. Однако данный вид провода вызывает значительное удорожание продукции, т.к. сложен в изготовлении и пайке.

Читайте также:  Регулятор напряжения lm317 с полевым транзистором

Коэффициент трансформации:

Трансформаторы могут быть как понижающими, так и повышающими, соответственно коэффициент трансформации может быть больше единицы или меньше. Коэффициент трансформации численно равен отношению числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной.

Основные параметры трансформаторов:

  • Коэффициент трансформации:

Определяет тип трансформатора – понижающий или повышающий. Может указываться в неявном виде, т.е. просто задается рабочее напряжение первичной и вторичной обмоток, например, 220В/24В.

  • Количество вторичных обмоток;
  • Номинальная мощность:

Максимальная мощность, которую трансформатор способен пропустить через себя. Часто вместо мощности указывают максимальный ток вторичной обмотки.

  • Класс точности:

Данный параметр указывается только для измерительных трансформаторов. Характеризует точность и стабильность коэффициента трансформации.

  • Индуктивность обмоток:

Этот параметр нормируется только для согласующих трансформаторов.

Маркировка трансформаторов:

Так как габариты даже высокочастотных трансформаторов не такие уж и маленькие, по сравнению с остальными электронными приборами, то информация обычно указывается в явном виде.

На трансформаторах указывается:

  • Тип трансформатора, например, ТП – трансформатор питания (т.е. силовой);
  • Рабочее напряжение первичной и всех вторичных обмоток;
  • Указывается либо номинальная мощность, либо максимальный ток для каждой вторичной обмотки;
  • Число вторичных обмоток;
  • Рабочая частота;
  • Для измерительных трансформаторов указывается классточности;
  • Для согласующих трансформаторов указывается индуктивность обмоток.

Условное обозначение трансформаторов на схемах:

УГО трансформаторов

Рисунок 1 — УГО трансформаторов.

  1. – трансформатор с ферритовым сердечником;
  2. – трансформатор с сердечником из магнитодиэлектрика, т.е. диэлектрического магнитного материала;
  3. – трансформатор с ферритовым сердечником с 2 вторичными обмотками;
  4. – трансформатор с ферритовым сердечником с отводами из вторичной обмотки.

Рядом с условным обозначением указывается тип элемента (T) и порядковый номер, также рядом с условным обозначением может указываться (не является обязательным требованием) коэффициент трансформации.

Внешний вид трансформаторов:

Внешний вид импульсных трансформаторов

Рисунок 2 — Внешний вид импульсных трансформаторов.

Внешний вид силовых трансформаторов

Рисунок 3 — Внешний вид силовых трансформаторов.

Измерительные трансформаторы тока:

Внешний вид измерительных трансформаторов (трансформаторов тока)

Рисунок 4 — Внешний вид измерительных трансформаторов (трансформаторов тока).

Источник