Раздел: Документация
0 1 2 3 4 5 6 7 ... 35 особенности ИТ: как правило, в обмотках ИТ число витков невелико — единицы, десятки. В некоторых специальных конструкциях повышающих ИТ первичная обмотка имеет всего лишь один виток, а во вторичной обмотке число витков равно коэффициенту трансформации, т. е. всегда целое. Трансформаторы такой конструкции имеют минимальное возможное число витков в обмотках. Следствие отмеченных конструктивных особенностей ИТ — малые значения сопротивления, индуктивности рассеяния и емкости обмоток. Более или менее характерно положение, когда.суммарные потери мощности в обмотках составляют доли процента мощности нагрузки, а коэффициент рассеяния ИТ о= (lsl +b2)il0 = 0,001 -0,01. По причине относительной малости сопротивления, индуктивности рассеяния и емкости обмоток при рассмотрении процессов в МС этими электромагнитными параметрами допустимо пренебречь и считать, что = мФо, следствием чего является приближенное равенство индуктивности намагничивания l 0 индуктивности первичной обмотки l ,. 2.2. ПРИРАЩЕНИЕ ИНДУКЦИИ Пусть на первичную обмотку трансформатора со стальной МС (рис. 2.1) воздействуют импульсы напряжения прямоугольной формы длительностью ги со следующими параметрами: Ui = 0 при г < 0; Ui = ui йри 0< г < ги; Mi =0 при г > ги.  Ъ Рис. 2.4. Замещение трансформатора реактивной катушкой Согласно изложенному ранее трансформатор можно заменить реактивной катушкой (рис. 2.4), где /0 - длина воздушного зазора в МС, который в ИТ чаще отсутствует. 24 Пусть электромагнитные свойства стали МС характеризуются шлейфом предельного статического гистереэисного цикла —Нс, Bs, +НС (рис. 2.5). Согласно закону электромагнитной индукции приложенное  Рис. 2.5. Шлейф предельного статического гистереэиснйго цикла трансформаторной стали к первичной обмотке трансформатора напряжение уравновешивается индуцируемой в обмотке электродвижущей силой, и поэтому и, = Ux = Wi.-jT- ~ wa~dJ где В - индукция в МС. Определяя индукцию из формулы (2.1), имеем (2.1) 5(г) = wia о suidt+ 5(0), (2.2) где 5(0) - некоторое начальное значение индукции в МС, соответствующее моменту времени г = 0. При практических расчетах обычно интересуются не абсолютным значением индукции в МС, а ее приращением во времени. Поэтому выражение (2.2) удобно переписать в виде АД (г) = 5 (г) -5(0) J uydt. В рассматриваемом случае, когда в интервале времени 0 < г < < ги напряжение постоянно, приращение индукции в этом интервале линейно нарастает во времени: В момент окончания импульса приращение индукции достигает максимального значения, определяемого формулой ДВ(Г„)= АВ =.(2.3) Для качественного рассмотрения процесса намагничивания МС предположим вначале, что МС набрана из очень тонких листов стали, т. е. влиянием вихревых токов можно пренебречь. Тогда процесс намагничивания можно рассматривать, пользуясь шлейфом статической характеристики намагничивания — петли гистерезиса (рис. 2.5), где Яс и Вг — коэрцитивная сила и остаточная индукция, а линия OA Bs — основная кривая намагничивания стали МС. Пусть до подачи на первичную обмотку первого импульса напряжения МС находилась в полностью размагниченном состоянии, т. е. ее магнитное состояние характеризовалось точкой Я = О, В — 0. При воздействии первого импульса напряжения точка А, обозначающая магнитное состояние стали, перемещается по основной кривой намагничивания и в момент окончания импульса индукция достигает значения Blt равного АВ в соответствии с выражением (2.3). Это значение индукции полностью определяется напряжением и длительностью импульса при данных конструктивных параметрах МС трансформатора и числе витков в его первичной обмотке. По достижении индукцией значения Bi напряженность магнитного поля достигает некоторого значения Я,, причем в процессе изменения она нелинейно зависит от индукции, а следовательно, нелинейно изменяется во времени. Связь между напряженностью магнитного поля в МС и намагничивающим током г0 58 г- определяется законом полного тока: IHdl = W,i-.. / Применительно к трансформатору на рис. 2.1 ток намагничивания /.«•Я,//*,.(24) С учетом В — цН из выражения (2.4) следует, что намагничивающий ток изменяется в зависимости от изменения индукции во времени по тому же нелинейному закону, что и напряженность, достигая в момент времени ги некоторого конечного значения. После окончания импульса напряжения намагничивающий ток в первичной обмотке трансформатора и напряженность магнитного поля в МС в интервале между импульсами постепенно упадут до нуля. Однако вслед-26 ствие явлсшя шстерезиса точка А не вернется в начало координат, двигаясь по нисходящей ветви некоторого частного гистерезисного цикла, она достигает положения, определяемого остаточной индукцией Вг1 иЯ = 0. При воздействии следующего импульса индукция в МС должна увеличиваться снова на АВ и к моменту окончания второго импульса будет иметь новое значение В2 = Вг1 + АВ. Поэтому при воздействии второго импульса напряжения точка А перемещается по восходящей ветви частного гистерезисного цикла на участке Вг1В1,а затем по основной кривой намагничивания — до точки В 2 ■ По окончании импульса с уменьшением намагничивающего тока точка А по нисходящей ветви нового частного гистерезисного цикла В2ВГ2 займет положение В = ВГ2,Н = 0. При этом Br2 > Bri,B2> > Вх,Н2> Ну иг2> Подобный процесс будет продолжаться до тех пор, пока точка А не достигнет положения В = Вг , Я = 0, соответствующего остаточной индукции предельного гистерезисного цикла. Если теперь индукция в стали МС под воздействием очередного импульса напряжения получит приращение АВ, в результате чего достигнет значения В а = Вг + АВ, то по окончании действия этого импульса точка А возвратится в исходное положение В = Вг , Я = 0. При воздействии всех последующих импульсов напряжения точка А будет перемещаться по ветвям частного предельного несимметричного гистерезисного цикла, отмеченного на рис. 2.5 штриховкой. Именно этот цикл и характеризует электромагнитные процессы в МС, протекающие под воздействием однополярных импульсов напряжения. Вследствие нелинейной зависимости В от Я нелинейной будет также и зависимость АВ = /(ДЯ). Поэтому и магнитная проницаемость стали МС также будет нелинейно зависеть от приращения индукции или приращения напряженности магнитного поля в МС. Для оценки магнитной проницаемости в каждой точке гистерезисного цикла вводят понятие дифференциальной магнитной проницаемости, выражаемой как „ 1 dB М мо dH а для оценки магнитной проницаемости на кривой частного гистерезисного цикла — понятие средней магнитной проницаемости в цикле, формула которой В рассмотренном случае, несмотря на то что в каждом цикле приращение индукции АВ одинаково, напряженность магнитного поля и ее приращение были разными. Так, из рис. 2.5 видно, что Hi < Н2 < ...<НА = АНА. Поэтому с увеличением приращения АН средняя магнитная проницаемость в каждом цикле также не оставалась постоянной: Из рис. 2.5 также следует, что чем выше значение остаточной индукции Вг данной стали, тем меньше возможное приращение индукции в МС и магнитная проницаемость в частном гистерезисном цикле. Таким образом, чем выше значение Вг, тем менее эффективно используется сталь МС трансформатора, так как в конечном счёте для получения заданной индуктивности первичной обмотки (индуктивности намагничивания) в этой обмотке должно быть большее число витков. Это, в свою очередь, приводит к увеличению индуктивности рассеяния, паразитных емкостей, искажениям формы трансформированного импульса и к необходимости усложнения конструкции трансформатора. Поэтому для работы в импульсном режиме, если не приняты специальные меры, наиболее предпочтительны магнитные материалы с малой остаточной индукцией, высокой индукцией насыщения и минимальной напряженностью магнитного поля, при которой достигается индукция насыщения. Магнитный материал с такими свойствами позволяет реализовать в импульсном режиме работы одновременно и большое приращение индукции и высокую магнитную проницаемость. Однако характеристики реальных магнитных материалов таковы, что даже в лучших из них (с изложенной точки зрения) остаточная индукция примерно равна половине индукции насыщения. Поэтому важное значение имеют методы, с помощью которых можно уменьшить остаточную индукцию стали МС. 2.3. МЕТОДЫ УМЕНЬШЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ ИНДУКЦИИ Если магнитный поток МС на каком-то протяжении проходит через воздух или изоляцию, т. е. через среду, магнитная проницаемость которой отлична от магнитной проницаемости стали, то условия работы МС существенно изменяются. Рассмотрим тот же трансформатор (рис. 2.4) в предположении, что в его МС небольшой воздушный зазор 10, причем /0 < а, /0 < Ъ, В этом случае,применяя закон полного тока, имеем fHdl * Я(/ - /0) + Я0/0 = Яв„/,(2.5) где Явн — напряженность внешнего магнитного поля. Из принципа непрерывности магнитного потока следует, что магнитный поток в МС Ф0 равен магнитному потоку в воздушном зазоре 28 Фв. Вследствие относительной малости воздушного зазора магнитное поле в нем можно считать однородным и принять S = 5В. Тогда Ф0 = = фв = wxSB = w15B5B или В = Вв> т. е. магнитная индукция в стали МС и воздушном зазоре одинакова. С учетом этого обстоятельства из выражения (2.5) следует, что так как l0< I. Последнее равенство показывает: для создания в Мс индукции В напряженность магнитного поля Я следует увеличить на В10/(ц01), что позволяет по известной зависимости В = /(Я) для данного магнитного материала МС без зазора построить эквивалентный гистерезисный цикл для МС с воздушным зазором. Построение такого эквивалентного цикла поясняется рис. 2.6. Рис. 2.6. Эквивалентный гистерезисный цикл для магнитной системы с воздушным зазором  Изменение составляющей напряженности внешнего магнитного поля В101(ц01) в координатах В, Н выражается прямой линией ад, проходящей через начало координат под углом а = arctg[/о/(Мо01 • Поэтому эквивалентный гистерезисный цикл может быть построен простым переносом всех точек гистерезисного цикла В = / (Я) на расстояние Btga вправо — в область положительных значений Я и В и влево—в область отрицательных значений. Так, при произвольно выбранном значении индукции В точки М hN гистерезисного цикла В — /(Я) данного магнитного материала МС смещаются в положение М и iV, т. е. на длину отрезка ее, соответствующую Utga. В конечном итоге гистерезисный цикл МС без воздушного зазора ~BS, -Нс, +BS, +ЯС преобразуется в эквивалентный гистерезисный цикл 0 1 2 3 4 5 6 7 ... 35
|
