Трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием

Магнитопровод трансформатора относится к стержневому типу. Первичная W1, и вторичная W2 обмотки разнесены по высоте магнитопровода. При прохождении тока по обмоткам возникают магнитные потоки. Основная часть магнитных потоков, создаваемых намагничивающей силой первичной и вторичной обмоток, замыкается по стержню магнитопровода Фт. Другая часть магнитных потоков замыкается по воздуху, создавая потоки рассеяния Фр1 и Фр2. Потоки рассеяния наводят в трансформаторе реактивную э. д. с, которая и определяет его индуктивное сопротивление Хт.

Рассмотрим работу трансформатора (рис. 18.6) при установившихся режимах.

Рис. 18.6. Трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием: a — функциональная схема (T — трансформатор; Д — Дуга); б — электромагнитная схема; в — распределение магнитных потоков

При холостом ходе ток во вторичной обмотке отсутствует. Магнитный поток Ф01 в трансформаторе создается намагничивающей силой первичной обмотки (рис. 18.7, а). Подавляющая часть магнитного потока Ф01 замыкается по магнитопроводу и взаимодействует с обмотками W1 и W2. Незначительная часть этого потока замыкается по воздуху, создавая поток рассеяния Ф01р (обобщенный поток).
Магнитный поток Ф01 в витках первичной обмотки наводит э. д. с. E1 которая в основном уравновешивается приложенным напряжением U1:

E1 = 4,44ω1Ф01ƒ·10-8 = U1 (18.4)

где ω1 — число витков первичной обмотки трансформатора; ƒ — частота переменного тока.

Рис. 18.7. Распределение магнитных потоков в трансформаторе: а — при холостом ходе; б, в — при нагрузке

Магнитный поток Ф01в в витках вторичной обмотки наводит э. д. с. Е2, равную напряжению холостого хода:

Е2 = 4,44ω2Ф01вƒ·10-8 = U0,

где ω2 — число витков вторичной обмотки трансформатора.

Э. д. с. Е2 наводится только частью потока Ф01, замыкающегося через верхний стержень В магнитопровода. Эту часть потока можно выразить, введя коэффициент магнитной связи первичной обмотки со вторичной kм1-2:

Ф01в = Ф01kм1-2

Коэффициент магнитной связи может быть выражен отношением магнитных потоков Ф01, Ф01в и Ф01р:

kм1-2 = Ф01в/(Ф01в + Ф01р) = Ф01в01

С учетом коэффициента магнитной связи э. д. с. вторичной обмотки

Е2 = 4,44ω201kм1-2·10-8 = U0.

Из уравнений, выражающих значения Е1 и Е2, получим

U0 = U1ω2kм1-21

В трансформаторах с увеличенным магнитным рассеянием kм1-2 < 1 при изменении рассеяния напряжение холостого хода меняется незначительно и обычно составляет 3—5 В.

При нагрузке ток протекает по первичной и вторичной обмоткам трансформатора. Намагничивающая сила этих обмоток наводит в магнитопроводе потоки Ф1 и Ф2. Часть этих потоков рассеивается, образуя потоки рассеяния Фр1 и Фр2 (рис. 18.7, б).

В нижнем стержне Н магнитопровода образуется суммарный магнитный поток Фн:

Фн = Ф1 + Ф2          (18.5)

При неизменном первичном напряжении U1 поток Фн остается практически постоянным. Любое его изменение приводит к снижению или увеличению тока в первично обмотке. Благодаря этому поток Фн восстанавливается. По свое значению поток Фн близок потоку Ф01. Следовательно,

Фн ≈ Ф01≈const.

Э. д. с, наводимая потоком Фн в первичной обмотке, определяется из уравнения (18.4).

В верхнем стержне В магнитопровода образуется симмарный магнитный поток Фв:

Фв = Ф2 + Ф = Ф2 + Ф1kм1-2 (18-6)

Выразим Ф1 из уравнения (18.5):

Ф1 = Фн — Ф = Фн — Ф2kм1-2,

где kм2-1 — коэффициент магнитной связи вторичной обмотки с первичной.

Подставив значение Ф1 в уравнение (18.6), получим

Фв = Ф2 + (Фн - Ф2kм2-1)kм1-2

Примем km1-2 ≈kм2-1 = kм; тогда

Фв = Ф2нkм - Ф2k2м

или

Фв01в + Ф2(1-k2м) (18.7)

Обозначим 1 — k2м = σ (σ — коэффициент рассеяния). Подставив значение ст в уравнение (18.7), получим

Фв = Ф01В + Ф2σ

Обозначим Ф2σ = Фр  (Фр — суммарный поток  рассеяния в трансформаторе); тогда Фв = Ф01В + Фр (рис. 18.7, в). Поток Ф01в наводит во вторичной обмотке трансформатора основную э.д.с.

Е20 = 4,44ω2ƒФ01в·10-8.

Поток Фр наводит во вторичной обмотке реактивную э. д. с.

Е = 4,44ω2ƒФр·10-8.

Суммарная э. д. с. трансформатора

Е2 = Е20

При рабочей нагрузке э. д. с. трансформатора уравновешивается падением напряжения дуги и реактивной э. д. с.

E2 = Uд + T2p 

Обозначив Е = IдХт, получим

Е2 = Uд + IдХт.

При коротком замыкании э. д. с. трансформатора уравновешивается реактивной э. д. С,

Е2 = Е = IкХт

Пользуясь векторной диаграммой (см. рис. 18.5) и уравнениями (18.1—18.3), выразим значения тока и напряжения дуги в аналитической форме:

Uд = √U20 — I2дХ2т; Iд = √U20 - U2дт

Ток короткого замыкания (при Uд = 0)

I к. з = U0т.

Следовательно, трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием имеют падающую внешнюю вольт-амперную характеристику. Крутизна падения определяется индуктивным сопротивлением трансформатора Хт (см. рис. 18.9, а).
Индуктивное сопротивление трансформатора определяется выражением

Хт = ωw22/Rм,

где Rм — сопротивление цепи на пути потоков рассеяния; ω — угловая частота переменного тока.

В промышленных трансформаторах для дуговой сварки Хт регулируют в основном изменением сопротивления на пути потоков рассеяния. Это достигается следующими способами: раздвижением катушек по высоте магнитопровода; введением в окно магнитопровода подвижных шунтов; размещением в окне магнитопровода управляемых магнитных шунтов и др.
Широкое распространение для дуговой сварки получили трансформаторы с увеличенной и регулируемой индуктивностью (рис. 18.8). При работе трансформаторов с увеличенным магнитным рассеянием на первичную и вторичную катушку действуют знакопеременные электродинамические силы.

Рис. 18.8. Электромагнитные схемы трансформаторов с увеличенным магнитным рассеянием:
а — с раздвижными катушками типа ТД; б — с подвижными шунтами типа СТШ; в - с управляемыми шунтами типа ТДФ

Эти силы, приводящие к значительной вибрации элементов, пропорциональны квадрату силы тока. Трансформаторы с подвижными катушками и подвижными шунтами уступают в надежности трансформаторам с неподвижными катушками и неподвижным этого, трансформаторы с на небольшие   силы  тока управляемым шунтом. Исходя из подвижными элементами выпускают обычно до 500 А. Более мощные трансформаторы выпускают с магнитными управляемыми шунтами. Настройка трансформатора на заданный режим работы производится раздвижением катушек, изменением положения шунта в окне магнитопровода или его подмагничиванием (рис. 18.9, б).

Рис 18.9. Трансформаторы с увеличенным магнитным рассеянием: а -  внешние вольт-амперные характеристики; б -регулировочные зависимости



 
 
Добавить предприятие
 


 
 
 
 
 
 
 
Тел.: (8552) 39-71-29
промышленные предприятия Условия использования материалов сайта Политика конфиденциальности
 
Создание сайта Вебцентр