вход Вход Регистрация



При изменении частоты рабочие режимы трансформаторов зависят от ряда противоречивых факторов. С одной стороны, как известно габаритная мощность трансформатора с ростом частоты растёт, поскольку эдс самоиндукции пропорциональна частоте [13] и, в частности, напряжение первичной обмотки трансформатора при синусоидальной форме кривой определяется соотношением:

 

, (1.27)

 

где: - действующее значение напряжения первичной обмотки, В;

- частота напряжения питающей сети, Гц;

- число витков первичной обмотки;

- сечение стержня магнитопровода, м2;

- максимальная индукция в сердечнике, Тл.

С другой стороны, с ростом частоты увеличиваются потери, как в магнитопроводе, так и в меди обмоток трансформатора. Увеличение удельных потерь в электротехнической стали можно приблизительно оценить по следующей формуле [14]:

, (1.28)

где: - удельные потери в стали в рабочем режиме, Вт/кГ;

- удельные потери в стали при Тл и Гц.

Допустимый уровень потерь в сердечнике определяется конструкцией трансформатора и условиями охлаждения. При прочих равных условиях, с увеличением частоты удельные потери в стали растут, и этот рост приходится компенсировать соответствующим снижением индукции. Используя (1.28) для нормального режима и для режима работы при повышенной частоте, приравняв удельные потери в этих двух режимах, будем иметь:

. (1.29)

Решив, (1.29) относительно индукции в рабочем режиме, получим:

. (1.30)

Таким образом, с ростом частоты индукция в сердечнике трансформатора должна быть уменьшена в соответствии с (1.30). Когда величина рабочей индукции падает до уровня 0,3 – 0,4 Тл, целесообразно отказаться от применения электротехнической стали и использовать сердечники на ферритах. Ферритовые сердечники способны работать на частотах до сотен кГц при существенно меньших, чем в стальных сердечниках, удельных потерях. Следует обратить внимание, что применение ферритовых сердечников на низких частотах нецелесообразно потому, что допустимые индукции в ферритах существенно меньше, чем в электротехнических сталях (в ферритах 0,35 – 0,4 Тл, а в сталях 1,5 – 1,8 Тл), что, естественно, сказывается на размерах сердечника трансформатора.

В схемах автономных преобразователей довольно часто трансформаторы работают при несинусоидальных напряжениях на обмотках. В частности, выходное напряжение АИН может иметь прямоугольную форму или состоять из пачек прямоугольных импульсов, длительность которых может меняться по какому-нибудь закону. Расчёт потерь в сердечнике в этом случае должен выполняться с учётом влияния высших гармоник, присутствующих в напряжении на обмотках трансформатора. Подобные режимы рассмотрены в [5,15].

Рост потерь в меди при повышении частоты объясняется проявлением эффекта вытеснения тока на поверхность проводника, что приводит к росту плотности тока в поверхностном слое меди и недоиспользованию сечения проводника в глубинных слоях. Всё это, в конечном итоге вызывает увеличение активного сопротивления обмотки и приводит к росту потерь. Следует различать активное сопротивление обмотки, которое должно измеряться на рабочей частоте трансформатора, и омическое сопротивление, которое измеряется на постоянном токе [3]. Степень проявления эффекта вытеснения удобно оценивать с помощью глубины проникновения тока. Глубиной проникновения тока называется расстояние в радиальном направлении проводника, на котором плотность тока уменьшается в раз, т.е. в 2,71 раза. Можно показать, что в слое проводника с толщиной, равной глубине проникновения тока, выделяется приблизительно 90 % всех потерь, выделяющихся в проводнике на этой частоте. Глубина проникновения зависит от частоты и параметров материала проводника, и рассчитывается по следующей формуле [3]:

м, (1.31)

где: - глубина проникновения тока, м;

- удельное сопротивление проводника, Ом*м;

- относительная магнитная проницаемость;

- частота тока в проводнике, Гц.

Для меди при температуре 75 0С формулу (1.31) можно переписать в более простом виде [3]:

мм. (1.32)

Таким образом, даже на промышленной частоте глубина проникновения тока в проводниках электрических машин не превышает 10 мм. С ростом частоты эта величина быстро падает: например, глубина проникновения тока в проводнике индуктора закалочной установки, работающей на частоте 2000 Гц, составляет лишь 1,5 мм.

Эффективным средством, позволяющим добиться хорошего использования поперечного сечения проводника, является транспозиция [3,12]. Транспозиция заключается в том, что проводник разбивается на несколько, изолированных друг от друга, элементарных проводников, с размерами, не превышающими глубину проникновения тока. При выполнении обмотки, элементарные проводники периодически меняются местами таким образом, чтобы обеспечить их симметричное расположение в магнитном поле около сердечника. На рис. 1.10 (а) показано размещение проводников в обмотке, выполненной из четырех, изолированных друг от друга ветвей. Каждому элементарному проводнику для наглядности присвоен номер. На каждом витке обмотки размещение проводника, по отношению к поверхности магнитопровода, возможно в одной из четырех позиций. Из-за влияния эффекта вытеснения напряженность поля в разных позициях разная, соответственно, реактивные сопротивления проводников, размещенных в разных позициях тоже

 



 

Рис. 1.10 – Позиции проводников и эквивалентная схема обмотки

 

разные. При выполнении обмотки на каждом следующем витке обеспечивается перемещение проводника в следующую позицию. Следовательно, за четыре витка проводник побывает во всех четырех возможных позициях. Схема, представленная на рис. 2.1 (б), показывает, что в этом случае все четыре ветви имеют одинаковые реактивные сопротивления и, следовательно, при их параллельном включении токи между ними будут распределяться поровну. При этом важно, чтобы вся обмотка состояла из целого числа периодов транспозиции – в данном примере, число витков обмотки должно быть кратно четырем. Кроме того, проводники обмотки должны быть изолированы друг от друга.

Поскольку эффект вытеснения проявляется и в ошиновке преобразователя, то в мощных установках для уменьшения потерь при конструировании электрических соединений между элементами схемы, приходится принимать специальные меры для уменьшения или компенсации эффекта вытеснения. В частности, соединительные кабели выполняются скрученными из отдельных, изолированных друг от друга, проводников, диаметр которых не должен превышать глубину проникновения тока на рабочей частоте.

Всё сказанное справедливо и для реакторов, работающих с высокочастотными составляющими в токе обмотки и в потоке сердечника.

 

Случайные новости

19.Измерительные преобразователи

19.1. Основные понятия и определения.

Постоянное развитие электроники , вычислительной техники , методов и средств информационных технологий существенным чином влияют и на развитие теоретических и прикладных аспектов метрологии. Состоялся практически повсеместный отказ от измерительных приборов со стрелочными шкалами и осуществленный переход к измерительным приборам с цифровыми шкалами и встроенными микропроцессорами. Как следствие этого, субъективная ошибка оператора при определении показаний сведена к нулю. Таким образом главным источником погрешности есть собственно измерительные преобразователи, цифровой^-цифровые-аналого-цифровые преобразователи и линии связи или передачи данных .

В реальной жизни измерению подлежат параметры физических процессов, которые имеют в подавляющем большинстве неэлектрическую природу (механические: сила, скорость, давление, деформация ; гидравлические : затрата, давление, скорость потока и т.д. В то же время, как упоминалось выше , основным средством измерения на данное время есть электронные средства, которые измеряют электрические сигналы на входе прибора . Поэтому для проведения измерений необходимый измерительный преобразователь неэлектрической физической величины в электрический сигнал.

Измерительное преобразование является отражением размера одной физической величины размером другой физической величины, функционально с ней связанной. Применение измерительных преобразований является единым методом практического построения любых измерительных устройств. Как упоминалось выше, в подавляющем большинстве случаев измерительное преобразование осуществляется путем преобразования неэлектрической величины в электрический сигнал в виде тока или напряжения.

Измерительный преобразователь — это техническое устройство, построенное на определенном физическом принципе действия, которое выполняет одно частичное измерительное преобразование. Работа измерительных преобразователей протекает в сложных условиях, поскольку объект измерения — это, как правило, сложный, многогранный процесс, который определяется множеством параметров, каждый с которых действует на измерительный преобразователь совместно со сдачей параметров. Нас же интересует только один параметр, который называем измеренной величиной , а всю сдачу параметров процесса считаем препятствиями. В связи с этим для каждого измерительного преобразователя целесообразно установить его естественную входную величину, которая лучше всего воспринимается им на фоне препятствий. Так же необходимо выделить естественную исходную величину преобразователя. За природой исходной электрической величины преобразователи подразделяются на две большие группы:

генераторные ( с исходной величиной е = f (х) или i = f (х) и внутренним сопротивлением Zвн == const) и параметрические (с е,р,с, е =0 и исходной величиной в виде изменения R, L , С == f(x) , где х- исходная величина.

Функция преобразования измерительного преобразователя — это функциональная зависимость исходной величины от входной, что описывается аналитическим выражением или графиком. Чаще всего хотят иметь линейную характеристику преобразования, то есть прямую пропорциональность между изменением входной величины и соответствующим приростом исходной величины преобразователя.

Основные физические принципы, которые используются при проведении измерительных преобразований.

Не смотря на огромное разнообразие технически реализованных измерительных преобразователей перечень физических принципов или явлений, на базе которых строятся эти преобразователи не такой уже и большой. К ним можно отнести следующие :

Физические эффекты и явления:

· Прямой и обратный пьезоэффекты;

· Гальваномагнитные эффекты (эффект Холла)

· Эффекты Зеэбека и Пельтьє (возникновение термоэлектричества в разнородных материалах);

· Изменение сопротивления материалов под влиянием температуры;

· Зависимость величины электрической емкости конденсатора от расстояния между его обложками и значение диэлектрической постоянной ε изоляционного промежутка.

· Зависимость индуктивного сопротивления или взаимоиндукции от взаимного расположения индуктивных контуров;

· Эффект Доплера ( в ультразвуковых или лазерных измерителях.)

· Тензоэффект (изменение сопротивления материала при деформациях)

· Фотоэффекты;

· Магнитоанизотропний эффект (изменение магнитной проницаемости в зависимости от направления вектора магнитной индукции )

· Термопьезоэффект;

· Ионизирующее излучение;

Химические эффекты и явления, методы:

· Хроматография (метод разделения смесей на те, что представляют компоненты при прохождении подвижной фазы через стационарную фазу);

· Электрохимический:

· Спектроскопический ;

· Массовый;

· Термический;

Коротко рассмотрим некоторые измерительные преобразователи, их принцип действия и устройство, которые используются для измерения наиболее употребляемых физических величин, машиностроении и металлургической промышленности, где применение устройств силовой электроники самое распространенное.

© 2019
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру