Однофазные и трехфазные трансформаторы специального назначения

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 постоянн