Реферат: Однофазные и трехфазные трансформаторы специального назначения

трансформатор стабилизатор электростанция напряжение

Содержание

Введение

1. Пик-трансформаторы

2. Импульсные трансформаторы

3. Умножители частоты

4. Стабилизаторы напряжения

5. Феррорезонансный стабилизатор

Введение

Трансформаторы – наиболее распространенные устройства в современной электротехнике. Трансформаторы большой мощности на напряжение до сотен киловольт составляют основу систем передачи электроэнергии от электростанций в линии электропередачи. Эти трансформаторы повышают напряжение переменного тока до значений, необходимых для экономичной передачи электроэнергии на значительные расстояния. В местах распределения электроэнергии между потребителями применяют трансформаторы, понижающие напряжение до требуемых для потребителя значений. Наряду с этим трансформаторы являются элементами электроприводов, нагревательных и других установок, где они осуществляют преобразование напряжения питающей сети до значений, необходимых для работы электродвигателей, нагревательных печей и других электроустройств.

Определение: Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредством явления электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока.

Наибольшее применение в электротехнических установках, а также в энергетических системах передачи и распределения электроэнергии имеют силовые трансформаторы, посредством которых изменяют значения переменного напряжения и тока. Трансформаторы разделяют на силовые трансформаторы общего и специального назначения. Силовые трансформаторы общего назначения применяются на линиях передачи и распределения электроэнергии, а также в различных электроустройствах для получения требуемого напряжения. Трансформаторы специального назначения характеризуются разнообразием рабочих свойств и конструктивного использования. К этим трансформаторам относятся печные и сварочные трансформаторы, трансформаторы для устройств автоматики (пик-трансформаторы, импульсные, умножители частоты, стабилизаторы напряжения), испытательные и измерительные трансформаторы и т. д. Рассмотрим подробно некоторые из них.

1. Пик-трансформаторы

Пик-трансформаторы применяются для преобразования синусоидального напряжения в импульсы пикообразной формы. Такие импульсы напряжения с крутым фронтом необходимы для управления тиристорами либо другими полупроводниковыми или электронными устройствами.

Принцип работы пик-трансформатора основан на явлении магнитного насыщения ферромагнитного материала. Существует несколько конструктивных исполнений пик-трансформаторов. Рассмотрим пик-трансформатор с магнитным шунтом. Первичная обмотка ω1 расположена на стержне увеличенного сечения, в котором не наступает состояния магнитного насыщения. Стержень со вторичной обмоткой ω2 имеет уменьшенное сечение, и при некотором значении напряжения u1 (магнитного потока Ф1) в нем наступает магнитное насыщение. Третий стержень – это магнитный шунт, отделенный от остальной части магнитопровода воздушным зазором. Переменный магнитный поток среднего стержня Ф1 разветвляется через боковые стержни, т. е. Ф1=Ф2+Фш. При этом график Фш=ƒ(I1) имеет вид прямой линии, так как благодаря воздушным зазорам этот стержень не насыщается.

При синусоидальном первичном напряжении u1 магнитный поток Ф1 также синусоидален. При малых мгновенных значениях напряжения u1 и магнитного потока Ф1 поток Ф2>Фш, т. е. значительная часть магнитного потока Ф1 замыкается через стержень со вторичной обмоткой ω2, а меньшая часть – через шунт, отделенный от основной части магнитопровода воздушными зазорами.

С ростом мгновенных значений первичного напряжения u1 увеличивается магнитный поток Ф1 и наступает магнитное насыщение стержня со вторичной обмоткой ω2. При этом нарастание потока Ф2 в стержне со вторичной обмоткой ω2 практически прекращается. Так как ЭДС, наведенная во вторичной обмотке, пропорциональна скорости изменения потока Ф2, т. е. e2 = – ω2dФ2/dt, то участку графика Ф2= ƒ(t1) на интервалах времени 1–2 и 3–4, когда поток Ф2 практически неизменен, соответствует ЭДС e2 = 0. В момент времени, соответствующий изменению направления (знака) магнитного потока Ф2, ЭДС e2 резко возрастает и ее график приобретает пикообразную форму.

Для обеспечения удовлетворительных энергетических показателей пик-трансформаторов их магнитопроводы изготавливают из сплава типа пермаллой.

2. Импульсные трансформаторы

В электронных устройствах для согласования полных сопротивлений, изменения знака и амплитуды импульсов, а также для размножения импульсов применяют импульсные трансформаторы. Одно из основных требований, предъявляемых к импульсным трансформаторам, – минимальное искажение формы трансформируемых импульсов.

Для выяснения принципиальной возможности преобразования кратковременных однополярных импульсов рассмотрим идеальный трансформатор (без потерь и паразитных емкостей), работающий без нагрузки. Пусть на вход этого трансформатора подаются однополярные импульсы прямоугольной формы продолжительностью tи с периодом Т. Первичный контур трансформатора с активным сопротивлением r1 обладает некоторой постоянной времени זּ = L1 / r1, обусловленной индуктивностью этого контура L1.

Рассмотрим случай, когда постоянная времени первичного контура намного меньше продолжительности импульса, т. е. זּ << tи. При этом график первичного тока i1 = ƒ(t) имеет вид кривой, отличающейся от прямоугольника, а кривая вторичного напряжения u2 = ƒ(t) значительно искажена: в интервале времени 1–2 напряжение u2 = 0, так как при i1=const ЭДС e2 = M (di / dt) = 0, где M – взаимная индуктивность обмоток. Следовательно, при זּ << tи трансформирование импульсов сопровождается их значительным искажением.

Рассмотрим случай, когда постоянная времени намного больше продолжительности импульса, т. е. זּ >> tи. Этот случай более реален, так как продолжительность импульсов обычно не превышает 10-4 с. Теперь, когда импульс напряжения u1 прекращается еще до окончания переходного процесса в первичной цепи, импульсы напряжения u2 на выходе трансформатора не имеют значительных искажений. Возникающая отрицательная часть импульса u2 легко устраняется включением полупроводникового диода во вторичную цепь трансформатора.

Для уменьшения паразитных емкостей и индуктивности рассеяния обмоток последние делают с небольшим числом витков. При этом малая продолжительность трансформируемых импульсов позволяет выполнять обмотки импульсных трансформаторов проводом уменьшенного поперечного сечения, не вызывая недопустимых перегревов. Это способствует уменьшению габаритных размеров и массы импульсных трансформаторов.

3. Умножители частоты

Трансформаторные устройства, состоящие из магнитопроводов и обмоток, можно использовать для умножения частоты переменного тока, т. е. увеличения частоты в целое число раз.

Рассмотрим принцип работы удвоителя частоты. Два замкнутых магнитопровода имеют пять обмоток. Первичную обмотку ω1 выполняют так, чтобы она охватывала сразу два магнитопровода. При включении обмотки в сеть переменного тока с синусоидальным напряжением и частотой f1 она создает в каждом магнитопроводе переменную МДС F1. Две секции вторичной обмотки ω1' и ω2", каждая из которых расположена на своем магнитопроводе, включены друг с другом последовательно согласно, так что результирующий магнитный поток, сцепленный с этими обмотками, равен сумме потоков магнитопроводов Фa + Фb. Кроме того, на каждом магнитопроводе имеется по одной обмотке подмагничивания ω0, включенных между собой последовательно. При включении этих обмоток на постоянное напряжение U0 в каждом из магнитопроводов возникает подмагничивающая МДС F0 = I0 ω0.

При включении в сеть с синусоидальным напряжением u1 и частотой f1 обмотка ω1 в течение первого полупериода напряжения u1 создает МДС F1 = I1 ω1 в магнитопроводе a, направленную согласно с МДС постоянного тока F0. При этом магнитные потоки в магнитопроводе a складываются и создают результирующий поток Фa = Ф0 + Ф1. За счет магнитного насыщения магнитопровода a график этого потока Фa = ƒ(t) имеет уплощенный вид.

В магнитопроводе b в этом же полупериоде МДС потоки Ф0 и Ф1 действуют встречно, создавая результирующий поток Фb = Ф0 – Ф1, имеющий значительный провал в середине первого полупериода. Во втором полупериоде напряжения u1 в магнитопроводе a создается поток, равный разности Фa = Ф0 – Ф1, а в магнитопроводе b – поток, равный сумме Фb = Ф0 + Ф1. Вторичную обмотку, состоящую из двух секций (ω2 = ω2' + ω2"), охватывает суммарный магнитный поток Фa + Фb, график которого (Фa + Фb) = ƒ(t) построен путем суммирования ординат потоков Фa и Фb. Этот поток содержит постоянную составляющую Фпост, не принимающую участия в наведении вторичной ЭДС и явно выраженную переменную составляющую второй гармоники, которая наводит в секциях вторичной обмотки ЭДС E2 частотой f2 = 2 f1. Электродвижущая сила первичной обмотки E1, так же как и первичное напряжение U1, имеет частоту f1.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--