Трансформатора становится

и втор!!чная ооиртки тр-тнс'^ормато^я соедадт намагничивающие силы (н. с. ) /i-H^t^. и _f д « И^ i.? , под действием которых в сердечнике трансформатора создается ьигнитный поток ф^ , йсли в магнитной схеие вамещения тронс^юршатора . ( 1.2 ) представить его стальной сердечник кагдатнш сопротивлением ^мС » "& в последнем магнитнБй поток Фь вызывает некоторое пздоние ыагнитнрго. напрякиния, которое условно принимают раиннн н. с. f s. H^ i-Q ( н. с. j~o наоывается н. с. холостого хода, а ток ?о - током холостого хода трансформатора). Применив при этом условии второй закон'impxroifia для замкнутого контура магнитной схемы вамещения трансформатора (см. 1.2 ),

Входной блок ВБ отличается принципиально в ЗУ с первичным питанием постоянным и переменным током. В ЗУ с питанием постоянным током входной блок представляет собой инвертор, преобразующий постоянный ток первичной системы электропитания в однофазный или трехфазный переменный ток повышенной частоты (400—5000 Гц), который далее через повышающий трансформатор и выпрямитель преобразуется в постоянный ток повышенного напряжения для заряда ЕН. Простейшая схема однофазного транзисторного инвертора представлена на 3.16, а. Транзисторы VT1 и VT2, поочередно включаемые и выключаемые, работают в ключевом режиме, что снижает динамические потери мощности. На обмотках трансформатора создается напряжение переменного тока прямоугольной формы. Использование в качестве ключей тиристоров требует применения коммутирующих конденсаторов ( 3.16, б). Для обеспечения устойчивой работы инвертора в режиме «заряд—разряд» на его вход включают дроссель ?др. По схеме включения коммутирующих конденсаторов инверторы делятся на параллельные (коммутирующий конденсатор Ск2 включен параллельно первичной обмотке трансформатора Т, конденсатор CKi отсутствует), последовательные (Ск1 включен последовательно, Ск2 отсутствует) и последовательно-параллельные (включены в схему Ск1 и Ск2). Параллельные инверторы перестают коммутировать, т. е. «опрокидываются» в режимах, близких к короткому замыканию, а последовательные — в режимах, близких к холостому ходу. Поскольку заряд ЕН начинается с режима, близкого к короткому замыканию (мс„~0), а заканчиваться может при

вижным и неподвижным электродами представляет собой сопро тивление определенной величины и в цепи протекает постоянны? ток. При этом во вторичной обмотке II трансформатора Тр напря жения нет. Во время разговора под действием колебания воздушной среды мембрана начинает колебаться. Когда мембрана прогибается внутрь, угольный порошок уплотняется, площадь соприкосновения между крупинками порошка увеличивается, а сопротивление его уменьшается. Если мембрана прогибается в противоположную сторону, площадь соприкосновения уменьшается, а сопротивление порошка увеличивается. Изменение сопротивления угольного порошка в такт звуковым колебаниям вызывает изменение тока, протекающего через первичную обмотку I трансформатора Тр. Вокруг пгрвичнои обмотки трансформатора создается изменяющийся по величине магнитный поток, который пересекает витки вторичной обмотки трансформатора и индуктирует в ней переменный ток, следовательно, осуществляется преобразование звуковых колебаний в электрические.

При согласном включении обмоток в режиме холостого хода магнитный поток трансформатора создается только током первичной обмотки и разветвляется между средним и верхним стержнями магнитопровода:

Двухтактная схема на транзисторах с трансформатором на выходе работает следующим образом. Пусть на вход схемы подается синусоидальный сигнал, который необходимо усилить. На базы транзисторов VT1 и VT2 он поступает в противофазе, т. е. если транзистор VT1 открывается, то транзистор VT2 закрывается — транзисторы и плечи двухтактного каскада работают поочередно. При открывании транзистора VT1 синусоидальным сигналом под действием ЭДС источника питания Е„ в верхней полусхеме каскада протекает ток i'K синусоидальной формы, который в магнитопроводе трансформатора TV создает синусоидальный магнитный поток. Во вторичной обмотке трансформатора индуцируется синусоидальная полуволна ЭДС. При открывании транзистора VT2 транзистор VT1 закрывается и верхняя полусхема не -работает, а в нижней полусхеме каскада протекает ток i"K синусоидальной формы, который по первичной обмотке трансформатора TV течет в направлении, противоположном i'K. В магнитопроводе трансформатора создается синусоидальный магнитный поток, который во вторичной обмотке трансформатора индуцирует синусо-

Рассмотрим процессы в схеме, начиная с момента времени ^0, когда транзистор Т закрыт напряжением «а конденсаторе С и идет разряд этого конденсатора через резистор У?о ( 7.2\,д). По мере разряда конденсатора потенциал базы транзистора становится менее положительным и в момент t\ достигает нулевого значения. Это приводит к открыванию транзистора Т и появлению тока коллектора 1К. Нарастающий ток iK ( 7.21, б) наводит э. д. с. на обмотках трансформатора. Вторичную (базовую) обмотку трансформатора включают таким образом, чтобы создавать и схеме положительную обратную связь, т. е. чтобы при увеличении t'K потенциал базы становился более отрицательным, что приведет к дальнейшему увеличению базового и коллекторного токов. В результате лавинообразного увеличения коллекторного тока (прямой блокинг-процесс) транзистор входит в насыщение (момент t2 на 7.21,6—е). На первичной коллекторной обмотке трансформатора создается перепад напряжения UKm=EK—UK3H&EK, являющийся выходным напряжением блокинг-генератора, а на разовой обмотке формируется отрицательный импульс напряжения i/6m = =Пб?к ( 7.21,г), где ti5=We/WK — коэффициент трансформа-

Подведем к зажимам первичной обмотки короткозамкнутого трансформатора такое синусоидальное напряжение ?/1к, при котором 17-1. Потоки рас-гтервичный и вторичный токи /t и /2 не вы- сеяния в трансформа. ходят за пределы, близкие к их номиналь-ным значениям. Токи 1г и /2 создают первич- ротком ную и вторичную м. д. с. /Jin»! и /2ау2, вступающие между собой во взаимодействие, в результате которого в сердечнике трансформатора создается основной магнитный поток Фк, сцепленный с обеими обмотками трансформатора. Кроме того, м. д. с. IIWL и I2w2 образуют первичный и вторичный потоки рассеяния, причем мы будем считать, что каждый из них создается только данной обмоткой и сцеплен с витками только этой обмотки ( 17-1). Поток Фк создает в первичной и вторичной обмотках трансформатора э. д. с. ?1к и Е'2к, а потоки рассеяния — э. д. с. ?<71 = —jliXi и Ё'аз == — jl'vx'i (см. § 13-2 и 13-4). Тогда, со-

Таким образом, при нагрузке поток Ф трансформатора создается совместным действием МДС первичной и вторичной обмоток, сумма которых i\w\ + i2w2 приблизительно равна МДС первичной обмотки i0wi при холостом ходе:

Трансформатором называется электромагнитное устройство, пре назначенное для преобразования входного напряжения, изменяющей во времени, в ему подобное с положительным коэффициентом подоб,, Если входное напряжение изменяется по синусоиде, то на выходе трансформатора создается синусоидальное напряжение той же частоты, но с измененной по величине амплитудой.

На основании изложенного можно отметить следующее. Поток магнитопровода трансформатора создается суммой н. с. первичного и вторичного токов или н. с. намагничивающей составляющей первичного тока /м. Так как с изменением нагрузки Д и zjfi изменяются, то при Ui — const, согласно выражениям (15-2) и (12-3), несколько изменяются также ?г и Фс. Соответственно этому при изменении нагрузки несколько изменяется также намагничивающая составляющая первичного тока /„.

На основании изложенного можно отметить следующее. Поток магнитопровода трансформатора создается суммой н. с. первичного и вторичного токов или н. с. намагничивающей составляющей первичного тока /м. Так как с изменением нагрузки 1г и ZJ^ изменяются, то при U1 = const, согласно выражениям (15-2) и (12-3), несколько изменяются также Е1 и Фс. Соответственно этому при изменении нагрузки несколько изменяется также намагничивающая составляющая первичного тока /м.

На 3.74 дана реально работающая схема на мощном МОП-транзисторе-200-ваттный усилитель для возбуждения погруженного в воду электрического преобразователя с частотой 200 кГц. Здесь мы использовали пару больших я-каналь-ных МОП-транзисторов, включающихся и выключающихся попеременно, так что в первичной обмотке (высокочастотного) трансформатора создается сигнал возбуждения переменного тока. Биполярные двухтактные схемы возбуждения затворов с небольшими резисторами в цепях затворов необходимы для того, чтобы исключить емкостную нагрузку, так как МОП-транзисторы должны полностью включаться за время несколько меньше 1 мкс.

Тепловой режим силового трансформатора. Энергия, теряемая в обмотке и сердечнике (Р„ и Рс), рассеивается внутри трансформатора в виде теплоты, что вызывает нагрев. Одновремещ о тепловая энергия, распространяясь по объему трансформатора, дох дат до поверхности и отдается в окружающее пространство. При длительной работе трансформатора наступает состояние теплового равновесия, при котором количество тепловой энергии, выделяемой внутри трансформатора и отдаваемой в окружающее пространство, равно. При этом температура нагрева для каждой точки объема трансформатора становится величиной постоянной. Температура нагрева обмоток, как указывалось, является важнейшим фактором, определяющим надежность работы трансформатора. Она зависит от свойств трансформатора и от внешних условий, например от температуры окружающей среды. Поэтому тепловой режим трансформатора оценивают температурой перегрева катушки:

В момент начала коммутации, когда значение ЭДС проходит через нуль и меняет знак, обмотка трансформатора становится замкнутой накоротко и для ее контура можно написать уравнение

В промежутке времени t\ —12 диод закрыт. В схеме одно-полупериодного выпрямителя разряд конденсатора происходит в интервале времени, превышающем полпериода. В момент времени t2 напряжение на вторичной обмотке трансформатора становится равным напряжению на конденсаторе. Конденсатор-вновь начинает заряжаться до амплитудного значения U2 с постоянной времени т,зар, так как в это время диод открыт. Напряжение на конденсаторе растет до момента времени t3, когда диод вновь закрывается и начинается разряд конденсатора. Таким образом, ток через диод проходит в промежутки времени t0 — t\, tz'—^з и имеет форму импульсов. Так как сопротивление-нагрузки подключено параллельно конденсатору Сф, то напряжение f/н = Uc- Напряжение на конденсаторе и нагрузке будет меньше амплитудного значения напряжения вторичной обмотки трансформатора на значение падения напряжения на внутреннем сопротивлении выпрямителя. Это соответствует штриховым

Последнее выражение показывает, что для переменного напряжения нагрузка в первичной обмотке трансформатора становится равной п2/?2. Таким образом, ла счет введения трансформатора можно добиться согласования выходного сопротивления каскада со стороны первичной обмотки с сопротивлением нагрузки или входным сопротивлением последующего каскада со стороны выходной обмотки. Кроме того, трансформатор позволяет разделить постоянную составляющую выходного тока предыдущего каскада от нагрузки или входного сопротивления последующего каскада, что также оказывается полезным с принципиальной точки зрения. Например, если бы не было возможности использовать межкаскадную трансформаторную связь в усилителях с ОБ (см. § 5.6) для согласования сопротивлений каскадов, то нельзя было бы получить коэффициент усиления по мощности многокаскадного усилителя больше, чем коэффициент усиления одного каскада. Действительно, при передаче сигнала с одного каскада, имеющего большое выходное сопротивление, на второй каскад, имеюший малое входное сопротивление, общий коэффициент усиления по мощности будет равен единице, так как малое входное сопротивление второго каскада с ОБ будет шунтировать большое выходное сопротивление первого.

При проектировании новой серии трансформаторов задача осложняется тем, что при расчете каждого трансформатора необходимо установить не только его оптимальные размеры, но также и параметры холостого хода и короткого замыкания. Решение этой задачи, достаточно сложной и требующей выполнения большого числа расчетных вариантов, может быть получено путем проведения ряда расчетов каждого трансформатора серии с определенными ограничениями его параметров и варьированием этих ограничений. Методика проектирования новых серий подробно рассмотрена в гл. 12. При этом проектирование отдельного трансформатора становится одним из элементов проектирования трансформатора новой серии.

К. п. д. трансформатора, как и электрической машины, с увеличением относительной нагрузки Р сначала возрастает, достигая при определенном значении р максимума, а затем уменьшается при дальнейшем увеличении нагрузки ( 16.1). Величину нагрузки, при которой к. п. д. трансформатора становится наибольшим, определяют из условия dr]/dp = 0. Взяв производную от уравнения (16.4), получим

В следующий полупериод, когда напряжение верхней полуобмотки трансформатора становится положительным, ток снова переходит к вентилю Вь

При проектировании новой серии трансформаторов задача осложняется тем, что при расчете каждого трансформатора необходимо установить не только его оптимальные размеры, но также и параметры холостого хода и короткого замыкания. Решение этой задачи, достаточно сложной и требующей выполнения большого числа расчетных вариантов, может быть получено путем проведения ряда расчетов каждого трансформатора серии с определенными ограничениями его параметров и варьированием этих ограничений. Методика проектирования новых серий подробно рассмотрена в гл. 12. При этом проектирование отдельного трансформатора становится одним из элементов проектирования трансформатора новой серии.

При установившемся режиме работы ток протекает практически только по обмотке трансформатора, встречая на своем пути активные и индуктивные сопротивления. Но при перенапряжениях картина явления коренным образом изменяется. Действительно, процессы, связанные с перенапряжениями, протекают с чрезвычайной быстротой и воспринимаются трансформатором как колебательные процессы весьма высокой частоты. В этом случае индуктивное сопротивление трансформатора становится весьма большим, тогда как емкостное сопротивление, наоборот, уменьшается. В пределе можно считать, что при перенапряжениях ток протекает только по емкостным сопротивлениям, используя для этой цели емкости К данной части обмотки, например катушки, относительно соседней части и емкости обмотки на землю С. Для упрощения анализа емкости

Важность рассмотренного свойства трансформатора становится ясной, если вспомнить, что в условие выделения максимальной мощности в нагрузке входит требование равенства активных сопротивлений источника и потребителя. В большинстве же практических случаев внутреннее сопротивление источника одно, /?/, а потребителя • — совершенно другое, Rn, и ни то, ни другое изменить не представляется возможным. При использовании трансформатора упомянутое условие принимает вид: Ri = R3 «* Ran$, и удовлетворить его можно, выбрав коэффициент трансформации,

случае, при со ;> соср, быстро растут потери в ферромаг-ечнике (см. ниже), а также начинает сказываться влия-между витками обмотки, неизбежно входящей в цепь ервая причина (рост потерь) приводит к росту Ri, ю неравенства /?2<^coL2> вторая приводит к тому, что электрическая схема трансформатора становится похожей на схему связанных контуров, для которых, как было выяснено выше,