книги / Электропитание устройств связи

быть значительно больше амплитуды тока в установившемся ре­

витки, смять изоляцию и вызвать в конечном итоге ее пробой. По­ этому катушки и витки обмоток прочно укрепляются, с тем чтобы не возникло сколько-нибудь заметных деформаций их при корот­ ком замыкании.

1.8. ИЗМЕНЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЗАЖИМАХ ВТОРИЧНОЙ ОБМОТКИ НАГРУЖЕННОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Согласно рис. 1.6 напряжение на зажимах вторичной обмотки не остается постоянным при изменении тока нагрузки. Напряже­ ние изменяется вследствие того, что обмотки трансформатора об­ ладают как активным, так и индуктивным сопротивлениями. При этом напряжение на зажимах вто­ ричной обмотки зависит не только от величины тока, но и от харак­ тера нагрузки. Из характерис-

I — при активно-индуктивной на­ грузке, 2 — при активно-емкост­ ной нагрузке

тик рис. 1.19 следует, что при индуктивной нагрузке напряжение на зажимах вторичной обмотки понижается с увеличением тока нагрузки, а при емкостной (при достаточно больших фазовых сдвигах фг) с ростом нагрузки вторичное напряжение повышается.

Отклонение величины U2 от напряжения холостого хода U2а определяется изменением напряжения ДU2 (в %)

А иг = [(£/* - UJIU*1 ЮО = [(Цо - ■u 't)I U2o\Ю0-

31

(<Pi—ф г~0) разность величин U ia и 0 ' 2 практически равна разно­ сти между проекцией вектора и т на управление вектора V \ (от­ резком Ос) и вектором £/'2 (отрезком Оа):

UlH= U2 ~ Ос— Оа = ас.

С другой стороны, согласно рис. 1.20

ac = ab + bc = A rKcos <р, + /х хкsin ф2.

Следовательно,

1 9. КПД ТРАНСФОРМАТОРА

При работе трансформатора на какую-либо нагрузку из пита­ ющей сети помимо полезной мощности Р2 потребляется мощность,

покрывающая потери в стали сердечника и в обмотках.

Потери в стали сердечника на гистерезис и на вихревые токи зависят от частоты тока питающей сети и от магнитной индукции. Так как при работе трансформатора частота тока сети и амплиту­ да магнитной индукции неизменны (при условии постоянства при­ ложенного напряжения), то потери в стали являются постоянными, независящими от нагрузки трансформатора и равными потерям холостого хода, т. е. PCI =PQ- Эти потери определяются из опыта

холостого хода трансформатора.

Потери в обмотках зависят от тока (от нагрузки) и являются потерями переменными. Они пропорциональны квадрату тока, т. е. ^об—Р2Л«ш где РЫ1 — потери в обмотках при поминальном токе,

определяемые из опыта короткою замыкания.

32

Глава вторая.

Магнитные усилители

2.1. ОБЩ ИЕ С В Е Д Е Н И Я

Простейший однофазный магнитный усилитель (МУ) представ­

ляет собой два идентичных трансформатора, первичные обмотки которых, называемые рабочими, соединяются между собой после­ довательно или параллельно и подключаются к источнику напря­ жения переменного тока. Нагрузка включается в цепь рабочих обмоток непосредственно или через выпрямительное устройство. Вторичные обмотки, называемые обмотками управления, соеди­ няются последовательно и подключаются к источнику постоянного тока.

Первичные и вторичные обмотки трансформаторов включают­ ся так, чтобы обеспечить насыщение сердечников в разные полупериоды изменения напряжения источника питания.

Принцип работы МУ заключается в том, чго в течение части

каждого из полупериодов изменения напряжения источника пита­ ния., пока ни один из сердечников не насыщен, ток в нагрузке мал (представляет, по существу, ток холостого хода трансформато­ ров), и практически все напряжение оказывается приложенным к рабочим обмоткам. В течение остальной части каждого из полупериодов^ когда сердечники находятся в насыщении, практически все напряжение источника питания оказывается приложенным к на­ грузке.

Благодаря такому периодическому возникновению и исчезно­ вению большого сопротивления последовательно с нагрузкой, МУ работает как ключ, между источником питания и нагрузкой. Мо­ мент его замыкания может быть изменен выбором величины на­ магничивающей силы (НС) обмоток управления.

Рассмотрим рис. 2.-1. Сердечник МУ изображается в схемах

жирной прямой линией. В отличие от трансформаторов оси обмо­ ток МУ располагаются на схеме перпендикулярно линии сердечни­ ка. Выпуклости в графических изображениях рабочих обмоток и обмоток управления направлены взаимно противоположно. Услов­ ные начала обмоток отмечаются точками. Направление НС обмо-

34

где Iу — среднее значение тока в цепи управления.

Поэтому выражение (2.1) для переменных составляющих мож* но записать как

Рассмотрим случай, когда сопротивление Ry настолько мало, что можно пренебречь падением напряжения на нем, т. е. (iy—

—/у)^у-=0. Тогда для переменных составляющих имеем

Следовательно, при Ry= 0 сумма магнитных потоков в сердеч­

никах Л и £ постоянна, а изменение их в каждом из сердечников одинаковы, но противоположны по знаку. Поэтому и ЭДС, инду­ цируемые в обмотках управления, равны по величине, но противо­ положны по знаку. Кроме того, если магнитный поток в одном из сердечников остается постоянным (dB/dt=0)y то и в другом сер­

дечнике в течение того же интервала времени поток также будет постоянен.

В интервале возбуждения для рабочей цепи справедливо сле­ дующее уравнение равновесия ЭДС:

где Bm=Um[{2awpS) — амплитудное значение магнитной индук­

ции в сердечниках при последовательном соединении рабочих об­ моток.

В момент t —aia магнитная индукция в сердечнике А достигает

значения индукции насыщения, и дальнейшее изменение индукции прекращается.

37

(2.11) с достаточно высокой степенью точности соблюдается и для дроссельных МУ, выполненных на реальных сердечниках, что оправдывает принятую идеализацию характеристик перемагничивания.

Зависимость Ino=f(Iy) называется характеристикой управле­

ния, проходной характеристикой или характеристикой вход—вы­ ход. Обычно эта характеристика строится в относительных еди­ ницах. На рис. 2.3 показана проходная характеристика МУ, по­

строенная в соответствии с ур-нием (2.11).

Рис. 2.3. Характеристики управления (про­ ходные характеристики) дроссельного МУ на идеальных сердечниках

Максимальное значение тока нагрузки 1иот определяется из

ур-ния (2.9) при а = 0

Наклон характеристики управления на линейном участке опре­ деляет коэффициент усиления по току Кь который согласно (2.11)

зависит только от отношения чисел витков обмоток,

= d l j d l y = I J I y = wy/wp.

При B r ^ B s характеристика управления выходит из начала коор­

момент / = 0, а в некоторый момент £=р/со>0, точно также в сер­

сыщены и ток нагрузки уже не зависит от величины тока управле­

30

Минимальному току нагрузки I'm соответствует ток управления /'у=/'ноа>р/доу. Как видно из рис. 2.3, перенасыщение МУ сужает

диапазон регулирования тока нагрузки.

Достоинством рассматриваемых дроссельных МУ является ли­

нейность характеристики управления и малая чувствительность коэффициента усиления по току к изменению напряжения питания, частоты сети, сопротивления нагрузки и свойств материала магнитопровода.

Изменение напряжения сети и частоты изменяет величину Вт и

соответственно диапазон регулирования (в случае перенасыщения МУ)уно не влияет на величину коэффициента усиления.

Стабильность коэффициента усиления Ki облегчает обеспече­

ние условий точности регулирования и устойчивости при исполь­ зовании дроссельных МУ в системах автоматического регулиро-

ния.

Характеристики перемагничивания реальных сердечников отли­ чаются от идеальных конечной проницаемостью ненасыщенных участков, отличной бт нуля проницаемостью, насыщенных участ­ ков (p s> 0 ) и наличием перегиба магнитной характеристики. Раз­ личие в характеристиках B = f(H) вызывает расхождение и в про­ ходных характеристиках МУ на реальных и идеальных сердечни

ках.

Рассмотрим рис. 2.4, в отличие от идеального МУ в МУ на ре­

альных сердечниках ток нагрузки при / у= 0 отличен от нуля. По-

Рис 2 4. Характеристики управления дроссельного МУ на сердечниках:

-----------------------реальных;--------- —^ — идеальных

этому до точки пересечения проходных характеристик / но > >Iy(wy/wp). Величина /нохх (ток холостого хода) может быть оп­

ределена по кривой намагничивания сердечника, снятой на пере­ менном токе при В = В точке пересечения проходных характе­ ристик наблюдается равенство намагничивающих сил обмоток wp

поэтому равенство намагничивающих сил wp и wy снова нарушает­

40