Напряжения окажутся сдвинутыми по фазе друг
Относительно друга и в цепи трансформаторов появится
Разностная ЭДС, под действием которой возникнет
Значительный уравнительный ток.
Специальные авиационные трансформаторы
Специальныминазываются трансформаторы, имеющие особенность в конструкции или особенность в применении. К специальным трансформаторам относятся:
• автотрансформаторы;
• трансформаторы выпрямительных блоков;
• измерительные;
• многообмоточные;
• импульсные;
• преобразователи фаз.
В данном учебном пособии рассматриваются назначение и конструктивные особенности этих видов специальных трансформаторов.
Автотрансформаторы
Автотрансформаторомназывается трансформатор, у которого часть обмоток принадлежит одновременно первичной и вторичной системам, а сами обмотки, помимо магнитной связи, имеют еще и связь электрическую.
Принципиальная схема автотрансформатора изображена на рис. 1.18.
В случае понижающего автотрансформатора вторичная обмотка является частью первичной (см. рис. 1.18). В случае повышающего автотрансформатора первичная обмотка является частью вторичной.
В системах авиационного оборудования применяются автотрансформаторы серии АТ. Внешний вид авиационного автотрансформатора АТ-4-0,5 изображен на рис. 1.19, а автотрансформаторов АТ-7-1,5 и АТ-8-3 – на рис. 1.20.
Как видно из рис. 1.19 и 1.20, автотрансформатор АТ-4-0,5 имеет защищенное исполнение, а АТ-7-1,5 – открытое. Все автотрансформаторы имеют естественное воздушное охлаждение.
Магнитопровод автотрансформаторов выполняется шихтованным из Ш-образных листов и прямоугольных прокладок, выштампованных из листовой электротехнической стали толщиной 0,35 мм.
Автотрансформаторы имеют броневой тип. Обмотка катушки выполняется из круглого медного провода марки ПЭВ-2 или ПЭВП прямоугольного сечения. При намотке катушки между рядами обмотки прокладывается либо слой электрокартона толщиной 0,1–0,15 мм, либо слой фторопласта толщиной 0,04 мм. Катушка изолируется фторопластом толщиной 0,04 мм, или пропитывается изоляционным лаком, после чего обвертывается слоем лакошелка, липкой стеклолентой или хлопчатобумажной лентой.
После этого катушка может пропитываться асфальтовым и масляно-крезольным лаками (у мощных трансформаторов). Соединение с внешними цепями осуществляется через штепсельный разъем или клеммовые панели.
В автотрансформаторах, с целью облегчения технологии изготовления, вся обмотка выполняется проводом одинакового сечения.
При применении указанных выше обмоточных проводов все автотрансформаторы допускают рабочие температуры в длительном режиме работы до 150оС.
На объектах автотрансформаторы крепятся без амортизаторов в любом положении. В процессе эксплуатации они не нуждаются в специальном уходе, поэтому регламентные работы сводятся только к внешнему осмотру и проверке надежности крепления автотрансформаторов и надежности электрических соединений. При нормальной эксплуатации автотрансформаторы могут безотказно работать и после выработки гарантийного ресурса. Если автотрансформатор не имеет повреждений, и сопротивление его изоляции не менее 1 МОм, то ему можно установить дополнительный технический ресурс, равный гарантийному.
Основными возможными неисправностями автотрансформаторов и их признаками являются:
• обрыв проводов, подходящих к клеммам;
• обрыв обмотки;
• межвитковое замыкание.
В первом случае отсутствует какое-либо из напряжений в зависимости от места обрыва. Во втором – вторичное напряжение на некоторых клеммах, при холостом ходе близко, по величине к первичному. В третьем случае повышен ток холостого хода.
Автотрансформаторы малой мощности нашли распространение в лабораториях в качестве аппаратов (автотрансформаторы серии ЛАТР), позволяющих в определенном диапазоне плавно менять напряжение.
В авиационном оборудовании автотрансформаторы используются в системах обогрева стекол кабин и для питания различных блоков систем регулирования и управления.
Трансформатор тока
Первичная обмотка трансформатора состоит из одного или нескольких витков относительно большого сечения и включается последовательно в цепь, ток которой измеряется (рис. 1.24).
Вторичная обмотка состоит из большого числа витков сравнительно малого сечения и замыкается на приборы с малыми сопротивлениями – амперметры, токовые обмотки ваттметров, счетчики и т.д. Рабочий режим трансформатора тока практически представляет собой режим короткого замыкания.
|
|
|
При номинальном токе индукция в сердечнике трансформатора мала: В = 0,08 – 0,1Тл. Наличие небольшого намагничивающего тока влечет за собой погрешность, которая называется токовой и определяется формулой
%,
где I1 – ток в первичной обмотке;
I2 – ток во вторичной обмотке;
к – коэффициент трансформации.
По величине токовой погрешности трансформаторы тока делятся на пять классов точности: 0,2; 0,5; 1; 3 и 10.
Трансформаторы тока изготавливаются на первичные токи от 5 до 15 000 А и имеют, как правило, номинальный вторичный ток в пределах 5 А. В зависимости от назначения конструкции трансформаторов тока различаются.
Следует особо подчеркнуть, что вторичную обмотку ни в коем случае нельзя оставлять разомкнутой при включении трансформатора, или размыкать ее при работе. В этом случае трансформатор переходит в режим холостого хода. Отсутствие тока во вторичной обмотке приводит к увеличению магнитной индукции до 2,4 – 1,8 Тл. Соответственно этому растут потери в стали, и при длительной работе неизбежен перегрев сердечника и повреждение изоляции вторичной обмотки. Но главную опасность представляет напряжение на зажимах разомкнутой вторичной обмотки 
, имеющее резко пикообразный характер, что объясняется сильным насыщением стали, вследствие чего поток трансформатора приобретает вид сильноуплощенной кривой. В трансформаторах, предназначенных для измерения большого тока, вторичное напряжение достигает нескольких тысяч вольт, следовательно, представляет несомненную опасность для обслуживающего персонала.
Таким образом, соблюдение указанного выше условия (о постоянной замкнутости вторичной обмотки трансформатора тока на себя или на приборы) чрезвычайно важно.
При повышенных напряжениях и больших величинах токов трансформаторы тока приобретают значительные размеры и массу. Но, по мере усовершенствования конструкции, удается существенно уменьшить эти данные.
В авиационном оборудовании трансформаторы тока используются для измерения токов или для получения сигналов, пропорциональных токам в системах регулирования и защиты электроэнергетических систем.
Измерительный трансформатор тока ТФ1-75, 150/1 А
Трансформатор ТФ1-75,150/1A (рис. 1.25) работает в комплекте с амперметром АФ1-150 и предназначен для измерения силы переменного тока в системе электроснабжения самолета Ил-76.
Трансформатор ТФ1-75,150/1 A состоит из корпуса, кольцевого сердечника, на котором равномерно намотана вторичная обмотка, и крышки. Сердечник вместе с обмоткой помещается в выемке лицевой части корпуса и закрывается крышкой (рис. 1.26).
Рис. 1.25. Внешний вид измерительного трансформатораТФ1-75,150/1А
Роль первичной обмотки выполняет силовой провод измеряемой фазы, проходящий через сквозное отверстие в сердечнике.
Основные технические данныетрансформатора ТФ1-75, 150/1
Пределы изменения силы измеряемого тока, А ..................0–150
Коэффициент трансформации (I1/I2) ..................................... 150/1
Число ампер-витков вторичной обмотки ................................ 150
Количество витков первичной обмотки ...................................... 1
При частоте в пределах 350–1 200 Гц, номинальном первичном токе и номинальной нагрузке токовая погрешность не превышает ±1 %.
Трансформатор стабилизирующий ТС-9
Как указывалось выше, трансформаторы тока могут использоваться для формирования сигнала, пропорционального току в силовой цепи. Типичным примером является трансформатор ТС-9, представленный на рис. 1.27.
Рис. 1.27. Внешний вид трансформатора тока ТС-9
МНОГООБМОТОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
В авиационном оборудовании имеется большое количество силовых трансформаторов, работающих в блоках питания вычислительных устройств, радиотехнических, радиолокационных и других систем. Эти трансформаторы должны питать цепи с различными напряжениями, например, анодные цепи передающих и приемных устройств, цепи накала ламп и другие. Следовательно, вторичная система таких трансформаторов должна иметь несколько обмоток на различные напряжения и различные токи. В таких случаях применяются многообмоточные трансформаторы, которые могут иметь одну или несколько первичных и вторичных обмоток. В системах авиационного оборудования, в основном, применяются трансформаторы, имеющие одну первичную и несколько вторичных обмоток. Конструктивная схема трехобмоточного однофазного трансформатора, как частичный и наиболее распространенный случай многообмоточного трансформатора, изображена на рис. 1.29.
Конструкция сердечника трехобмоточного трансформатора ничем не отличается от обычного двухобмоточного. Обмотка низкого напряжения w1 располагается обычно у стержня. Обмотка высокого напряженияw3, как правило, наиболее удалена от стержня, но может располагаться между обмотками низкого и среднего w2 напряжений (см. рис. 1.29).
Согласно ГОСТу-11677-65 номинальной мощностью трехобмоточного трансформатора называется мощность наиболее мощной его обмотки. Обычно мощность обмоток высокого, среднего и низкого напряжений трехобмоточного трансформатора в процентах от его номинальной мощности составляет:
а) 100, 100, 100;
б) 100. 100, 66,7;
в) 100, 66,7, 66,7;
г)100, 66,7, 100.
В соответствии с наличием трех обмоток трансформатор имеет и три различных коэффициента трансформации.
Импульсные трансформаторы
Импульсные трансформаторы (ИТ) находят широкое применение в устройствах импульсной техники для изменения амплитуды импульсов, исключения постоянной составляющей, размножения импульсов и т.п. Одно из важнейших требований, предъявляемых к ИТ – минимальное искажение формы трансформируемых импульсов, для чего во вторичной обмотке трансформатора необходимо максимально уменьшить паразитную емкость и индуктивность рассеяния обмоток трансформатора. Основное значение для этого имеет уменьшение размеров сердечника и числа витков обмоток.
Если в радиолокационной технике используются относительно новые импульсные трансформаторы, имеющие среднюю длину магнитопровода до 50 см и его сечение до 10 см2 и, сравнительно реже, малогабаритные ИТ (МИТ), то в счетно-решающих устройствах чаще применяются МИТ, как правило, на кольцевых ферритовых или металлических (ленточных) сердечниках со средней длиной сердечника 7–8 мм.
Скорости изменения магнитной индукции в сердечниках МИТ достигают больших величин (до 10 Тл/с), в то время как у обычных трансформаторов при частоте 400 Гц они соответствуют около 2,5–10 Тл/с. Для изготовления МИТ применяются сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса, которые выполняются из магнитных материалов с повышенной магнитной проницаемостью – например, железоникелевых сплавов. Иногда магнитопровод делают из феррита.
Преобразователи ЧИСЛА фаз
Преобразователи фаз предназначены для преобразования многофазных систем с одним числом фаз в системы с другими числами фаз. Преобразование фаз можно осуществлять как с помощью электрических машин, так и с помощью трансформаторов. В схемах автоматики для питания двухфазных асинхронных двигателей необходим двухфазный переменный ток. Для его получения может быть применена схема, преобразующая трехфазный переменный ток в двухфазный. В этой схеме используются два однофазных трансформатора с различными коэффициентами трансформации, соединенных между собой определенным образом (рис. 1.30). Здесь первичная обмотка трансформатора Тр1 подключается к средней точке первичной обмотки трансформатора Тр2, вследствие чего напряжение Uα будет сдвинуто по фазе относительно напряжения UАС на угол 90°. На такой же угол будут сдвинуты по фазе и вторичные напряжения Uα и Uβ.
Примечание. В промышленности могут встречаться трансформаторные преобразователи трехфазной сети в шести и двенадцатифазную.
1.4. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Объясните принцип действия однофазного трансформатора.
2. Объясните принцип действия трехфазного трансформатора.
3. Опишите конструкцию однофазного трансформатора.
4. Опишите конструкцию трехфазного трансформатора
5. Назовите основные неисправности авиационных трансформаторов и их проявления.
6. Расскажите об особенностях конструкции и принципа действия автотрансформаторов.
7. Расскажите об особенностях конструкции и принципа действия измерительных трансформаторов.
8. Расскажите об особенностях конструкции и принципа действия многообмоточных трансформаторов.
9. Расскажите о схемах и группах соединения авиационных трехфазных трансформаторов.
10. Дайте классификацию трансформаторов.
Контрольные вопросы к лекции