Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 [128] 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

рям от гистерезиса за период для принятого значения магнитной индукции. Потери от гистерезиса в рабочем режиме определяются умножением величины потерь за период на рабочую частоту. Вычитая эту величину из общих потерь в сердечнике, изатеренных вначале, полу-чиа1 потери от вихревых токов.

14-1 ж. Токи холостого хода в индуктивно-стяк со стальным сердечником. При последовательном соединении индуктивности и генератора с выходным переменным напряжением и соотношение между напряжением и на зажимах катушки индуктивности и наведенной э. д. с. определяется выражением:

и = Rix +е. (14-11)

N йФ*

где f==jQf " --наведенная э. д., с, в;

(1Ф/Ш - скорость изменения магнитного потока, мкс/сек;

ix - ток холостого хода, а;

R - сопротивление обмотки, ом;

и - напряжение генератора, е. В хорошо спроектированном дросселе или трансформаторе со стальным сердечником произведение Rix обычно очень мало по сравнению с напряжением на зажимах «, вследствие чего наведенная э. д. с. е почти точно равна и. Поэтому если и синусоидально, то э. д. с. е также будет примерно синусоидальной. Отсюда следует, что магнитный поток в сердечнике должен также быть синусоидальным, так как е = N ЮйФ/гЦ. Однако ток холостого хода ix несинусоидален из-за нелинейности петли гистерезиса. Кривая тока холостого хода имеет форму, подобную показанной иа рис. 14-6. Ток холостого хода имеет составляющую, находящуюся в фазе с наведенной э. д. с, и составляющую, отстающую от нее на 90°. Первая называется током потерь в сердечнике /„, а вторая - намагничивающим током г„.


Рис. U-6. Форма кривой тока холостого хода.

14-1 з. Влияние постоянного тока на величину индуктивности катушки со стальным сердечником. Постоянный ток, протекающий через обмотку дросселя или трансформатора, смещает петлю гистерезиса. Из рис. 14-5 видно, что наложение постоянного магнитного поля настолько смещает петлю гистерезиса, что при максимальном значении переменной магнитной индукции материал сердечника может оказаться намагниченным до насыщения. Очевидно, что в этом случае значение р4 заметно уменьшается. Таким образом, в результате протекания постоянного тока индуктивность обмоткн

* Знак минус перед производной опущен. (Прим-

ред. >

становится меньше в соответствии с уменьшением (Хд.

Величина АН равна м. Д. с, на единицу длины сердечника и пропорциональна току холостого хода в обмотке. Следовательно, для получения заданного увеличения переменной магнитной индукции в присутствии большого постоянного поля ток холостого хода должен быть увеличен, кад это показано на рис. 14-5. Ток холостого хода 1Х несинусоидален даже в отсутствие постоянного поля. В правильно рассчитанном дросселе или трансформаторе, однако, величина Rix так мала, что наведенная э. д. с. е фактически равна и. Если на некотором участке петли гистерезиса ток холостого хода становится очень большим, т. е. при максимальном значении переменной магнитной индукции постоянное поле переводит сердечник в состояние насыщения, то несинусоидальное падение напряжения Rix в обмотке становится настолько большим, что форма кривой наведенной э. д. с. е заметно искажается [см. (14-11)].

Влияние насыщения постоянным током можно уменьшить с помощью воздушного зазора, введенного в магнитную цепь (см. § 14-4)"<

14-1 и. Влияние воздушного зазора на добротность Q дросселя со стальным сердечником *. Если частота напряжения, приложенного к дросселю, не изменяется и с введением воздушного зазора в сердечник амплитуда напряжения увеличивается так, что магнитная индукция поддерживается неизменной, то и потери в сердечнике дросселя будут сохраняться такими же. Введение воздушного зазора в сердечник вызывает увеличение магнитного сопротивления сердечника обратно пропорционально р»д [см. формулу (14-8)]. Следовательно, для получения той же магнитной индукции намагничивающий ток должен соответственно увеличиться. Добротность Q дросселя можно приближенно определить с помощью уравнения

Q *** цдг+щ. (14"12>

где U - действующее значение приложенного напряжения, в; -• действующее значение намагничивающего тока, а; 1и - действующее значение тока потерь

в сердечнике, а; R - сопротивление обмотки, ом; ДРС - потери в сердечнике, вт. Из уравнения (14-12) следует, что максимальное значение Q получается при выполнении соотношения

%R=PnR + &Pe. (14-13)

Для получения наибольшей величины добротности Q в сердечник дросселя обычно вводят воздушный зазор, увеличивая тем самым настолько, чтобы выполнялось равенство (14-13). Так как введение воздушного зазора уменьшает индуктивность дросселя, то высокое значение Q достигается обычно за счет снижения индуктивности.

1 Рассуждение применимо только в тех случаях, когда через дроссель не проходит постоянный ток, (Прим. автора.)



14-1 к. Магнитное и электростатическое экранирование. С помощью экранов можно либо ограничить действие магнитного и электростатического полей определенным пространством, либо не допустить их проникновения внутрь этого пространства.

Экран с высокой магнитной проницаемостью весьма эффективен для защиты от магнитных полей, создаваемых постоянным током или токами низкой частоты. Такой экран отклоняет магнитный поток от нормального пути и направляет его по экрану. Следовательно, экран должен представлять собой замкнутый путь для магнитного потока. При этом индуктивность обмотки, окруженной этим экраном, становится больше, так как увеличивается магнитная проницаемость пути, по которому проходит поток. Для дросселей со стальным сердечником увеличение индуктивности будет незаметным, а для катушек без сердечника оно может быть ощутимо.

При радиочастотах наиболее эффективны экраны из хорошего проводника электрического тока, например меди или алюминия. Магнитный поток, входящий в экран, наводит в металле вихревые токи, которые в свою очередь создают магнитный поток, прямо противоположный основному потоку. Так как вихревые токи могут быть достаточно велики, то места соединения отдельных частей экрана должны иметь низкое сопротивление, для чего их следует плотно сжать и пропаять. Этот тип экрана уменьшает индуктивность экранированной катушки, так как магнитный поток, созданный токами в экране, противодействует потоку сердечника и заметно уменьшает магнитную проницаемость пути потока. Чтобы достигнуть удовлетворительного экранирования в весьма маломощных устройствах, иногда представляется необходимым применять чередующиеся экраны с высокой магнитной проницаемостью и большой электропроводностью. В большинстве случаев достаточно толстая ферромагнитная оболочка из материала с низкой магнитной проницаемостью служит удовлетворительным магнитным экраном.

Электростатическое экранирование не представляет такой трудной проблемы, как магнитное экранирование, так как ни толщина экрана, ни степень его электропроводности не существенны. Электростатический экран может дать вполне удовлетворительные результаты, даже если его поверхность не непрерывна (например, выполненный из проволочной сетки).

Часто требуется, чтобы между обмотками трансформатора был электростатический экран. Это может быть осуществлено без воздействия на магнитный поток трансформатора путем наложения заземленного слоя металлической фольги на ближайшую к сердечнику обмотку. Сходящиеся края фольги нужно изолировать между собой, чтобы предупредить образование короткозамкнутого витка. Кроме того, нельзя фольгу заземлять более чем в одной точке; для этого, например, ширина фольги должна быть равна ширине обмотки, но не более, чтобы фольга не коснулась металлического сердечника.

14-2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ СО СТАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ

Трансформаторы обычно применяются для изменения величины приложенного напряжения и создания изоляции между двумя электрическими цепями по постоянному току. Иногда ставится только одна из этих задач. Трансформаторы со стальным сердечником применяются как в цепях питания, так и для передачи сигнала.

14-2 а. Типы конструкций трансформаторов. Основными типами конструкций трансформаторов являются стержневой и броневой, показанные на рис. 14-7 и 14-8.

Магнитный поток Сердечник I

Первичная обмотка

! Вторичная обмотка

Рис. 14-7. Трансформатор стержневого типа.

В трансформаторе стержневого типа первичная и вторичная обмотки могут располагаться тремя способами: 1) на одном стержне сердечника; 2) на разных стержнях сердечника; 3) первичная и вторичная обмотки делятся каждая на две части и располагаются на разных стержнях сердечника (рис. 14-7), что приводит к уменьшению индуктивности рассеяния. Сердечник часто собирается из длинных

Магнитный поток

Сердечник


Первичная обмотка

Вторичная обмотка о

Рис. 14-8. Трансформатор броневого типа.

и коротких пластин прямоугольной формы или пластин Г-образной формы, как показано на рис. 14-9.

Конструкция большинства маломощных силовых трансформаторов и трансформаторов звуковой частоты - броневая. Сердечник собирается из Ш-образных и прямоугольных пластин, как показано на рис. 14-10. Пластины могут быть собраны вперемежку или в стык. Обычно пластины имеют на краях небольшие заусенцы, получающиеся при штамповке, и покрыты тонким слоем окисла. Это позволяет собирать их без дополнительной изоляции и получать небольшие потери. Коэффициентом заполнения называется отношение эффективной площади поперечного сечения сердеч-



иика S (по которой проходит магнитный поток) к площади поперечного сечения Sc, фактически занятой пластинами. Коэффициент заполнения примерно одинаков при сборке из небольших



Нис. 14-10. Сердечник трансформатора броневого типа, собранный впе-рекрышку нз Г-образных и прямоугольных пластин.

Рис. 14-9. Сердечники трансформаторов. й - сердечник, собранный из Г-образных пластин; 6 - сердечник, собранный из коротких и длинных пластин прямоугольной формы.

пластин любой формы, но получается различным в зависимости от способа сборки сердечника. Способы сборки различают по числу одинаковых Ш-образных или прямоугольных дластин, уложенных в сердечнике подряд.

Попеременная укладка Ш-образных и прямоугольных пластин обозначается отношением 1:1, а 4 : 4 означает попеременную укладку группами по четыре одинаковые пластины. Когда чередование Ш-образных и прямоугольных пластин отсутствует, говорят, что сердечник собран в стык. Значения коэффициента заполнения в зависимости от способа сборки равны:

Тип сборки Коэффициент заполнения S/Sc 1 : 1 0,88

4: 4 0,92

В стык 0,94

Важным шагом в улучшении качества материала сердечников является появление стали гайперсил, выпущенной фирмой Вестингауз1. Гайперсил имеет пример на 30% большую проницаемость, чем обычные кремнистые стали при том же значении индукции. Обычно он изготовляется в виде тонких лент и навивается на прямоугольную оправку. После этого сердечник отжигается и разрезается на две части, которые вставляются в готовые обмотки трансформатора и стягиваются.

Высокая магнитная проницаемость гайпер-сила по сравнению с обычными кремнистыми сталями дает ему преимущество там, где требуются трансформаторы малых размеров. Гай-персиловые сердечники могут применяться и в трансформаторах броневого типа, как показано на рис. 14-11. В настоящее время некоторые другие фирмы также изготавливают специальные высококачественные сердечники подобной конфигурации.

Кроме пластинчатых, часто используются сплошные ферритовые сердечники. Так как феррит очень плохой проводник, то потери от вихревых токов в нем очень малы. Поэтому сплошные ферритовые сердечники применяются преимущественно для трансформации токов высокой частоты. Однако при их применении должна быть проявлена осторожность, так как они обладают меньшей механической прочностью, чем обычные сердечники.

14-2 б. Основы теории трансформаторов. Простейший трансформатор имеет стальной



1 Гайперсил аналогичен отечественной холоднокатаной электротехнической стали Э310. (Прим. ред.)

Рис. 14-11. Трансформаторы с С-образными сердечниками из гайперсила. а - сердечник стержневого типа- 6 - сердечник броневого типа.

сердечник, первичную обмотку и одну вторичную обмотку, как показано на рис. 14-8. Если к первичной обмотке приложено напряжение, то по ней проходит первичный ток. При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в первичной обмотке является током холостого хода /х. Ток холостого хода состоит из тока, находящегося в фазе с э. д. с, наводимой в первичной обмотке, и тока, отстающего от этой э. д. с. на 90°. Первый ток называется током потерь в сердечнике /„, а второй - намагничивающим током 1. Электродвижущая сила, наведенная в первичной обмотке, равна приложенному напряжению минус вектор IKR, где R - сопротивление первичной обмотки. Этот ток создает в сердечнике магнитный поток, который наводит э. д. с. в первичной обмотке. Величина э. д. с, наведенной в первичной обмотке, обычно почти точно равна величине приложенного напряжения и может быть определена с помощью выражения (14-11) Электродвижущая сила, наведенная во вторичной обмотке, имеет ту же фазу, что и э. д. с, наведенная в первичной обмотке, и величина ее относится к величине первичного напряжения, как число витков вторичной обмотки - к числу витков первичной. Если к зажимам вторичной обмотки присоединена нагрузка, то по ней протекает ток. Это вызывает уменьшение входного сопротивления первичной обмотки, что приводит к увеличению тока в первичной обмотке. В идеальном трансформаторе нагрузка вторичной обмотки вызывает увеличение первичной э. д. с, равное по величине и противоположное по направлению м. д. с. вторичной обмотки, создаваемой током в нагрузке. В результате при протекании тока нагрузки в обмотках поток в сердечнике не изменяется.

Чрезвычайно большой ток холостого хода часто протекает в переходный период времени



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 [128] 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0022