Рубрики
Составляющие силовой электроники

Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки

Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки Олег Казаков Владимир Казаков В ответ на бессчетные вопросы читателей журнальчика

Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки Олег Казаков
Владимир Казаков

В ответ на бессчетные вопросы читателей журнальчика

Малогабаритные трансформаторы MTS, описанные в [1–4], с ферромагнитной обмоткой, совмещающей функции центрального сердечника, пока непривычны, потому у профессионалов появляются вопросы: каковы нагрузочная способность трансформатора, электродинамические усилия меж его частями, излучения помех. В процессе сотворения новых электрических устройств и систем у многих профессионалов скапливаются собственные, нередко используемые лаконичные способы расчетов и описания явлений, универсальные технические и технологические решения, которые обеспечивают разной степени удобства в работе, уменьшают сроки и увеличивают качество ее выполнения. Обмен таковой статистической информацией меж спецами важен, потому что позволяет уменьшить количество собственных тестов и расчетов, понижает уровень погрешностей и количество дорогостоящих ошибок. Для описания новейшей конструкции трансформатора в данной статье применены собственные короткие трактовки, которые, может быть, понравятся электротехникам, невзирая на то, что для поочередного изложения пришлось также коротко повторить общеизвестные правды. Тут разглядим только синусоидальные напряжения и токи, потому что напряжения и токи с другими временными диаграммами можно свести к сумме синусоидальных. В формулах используем систему единиц измерений СИ.

Вторичные токи — нужное условие первичных токов

Идеализируем однофазовый электрический трансформатор с 2-мя обмотками, считая его потоки рассеяния магнитного поля и другие утраты равными нулю. Полный ток I1 первичной обмотки в трансформаторе можно регулировать, меняя полные токи, создающиеся в среде, окружающей эту обмотку: полный ток проводимости — полный ток I2 вторичной обмотки методом конфигурации нагрузки; полный ток Iμ намагничивания сердечника — используя сердечники с различными значениями магнитной проницаемости μ материала. С учетом воздействия формы сердечника векторная сумма полных вторичных токов обратна векторам первичного тока: I1 = –I2 – Iμ. Невзирая на электропроводность первичной обмотки и напряжение на ее выводах, отсутствие встречных токов I2 и Iμ препятствует появлению тока I1 в этой обмотке. Означает, не считая наличия электронного поля напряженностью E и носителей электронного заряда ±qi, способных двигаться в направлении этого поля, третьим неотклонимым условием электронного тока в проводе является создание токов в среде, окружающей провод, противовесных данному току. Докажем, что это справедливо не только лишь для электрических трансформаторов, да и в общем случае для всех электрических цепей, ведь электронный ток появляется также и в уединенном электронном проводе, к концам которого подключен источник питания, хотя нет ни вторичной обмотки, ни сердечника. Догадка: ток, встречно уравновешивающий ток в проводе, появляется и существует в неэлектропроводной среде в виде токов смещения в зоне формирования электрической волны. Поясним догадку, вводя нужные определения и формулировки.

Источник первичного тока. Разглядим источник первичного тока в качестве источника электрической волны. В электрических системах энергия распространяется в направлении от источников волны. Простейшими источниками электрического излучения являются: провод, контур, неважно какая обмотка вместе с источником неизменного либо переменного электронного напряжения U, который подключен к их концам либо выводам и обеспечивает в их электронный ток i, именуемый первичным, также неизменные магниты. Все другие тела — воздух, проводящие контуры и вторичные обмотки без источников, ферромагнитные сердечники и т. д. — являются вторичными цепями, другими словами звеньями среды, в каких скапливается либо через которые далее передается энергия, к примеру, в виде вторичных (наводимых) токов проводимости либо смещения.

Замкнутость контура первичного тока. Первичные токи, так же как и вторичные, всегда замкнуты, замкнута даже цепь тока в прямом проводе в момент соединения им 2-ух тел с обратными сосредоточенными электронными зарядами (рис. 1а и 1б) за счет замыкания этой цепи токами проводимости и диэлектрического смещения в окружающей среде. Разглядим провод l, по которому протекает ток I (рис. 2а). Представим, что в данном случае есть аналогия с рассмотренным примером (рис. 1), и в среде поблизости каждого отрезка провода могут быть токи смещения, встречные первичному току I, образующие с ним замкнутые контуры и в сумме равные Isp. Если это так, то хоть какое приложение первичного напряжения U к концам провода эквивалентно приложению встречного ему вторичного напряжения Usp к среде, окружающей провод. Если провод имеет какое-либо сопротивление, то на неком отрезке провода будет разность потенциалов ΔU, способная в гальванометре, присоединенном к этому отрезку, вызвать ток I’, являющийся частью тока I, а не Isp. Напротив, наведенный ток I” в той стороне измерительного контура, которая прилегает к проводу, будет встречным к I, другими словами совпадающим с разностью потенциалов ΔU, прикладываемой и к среде, окружающей провод.

Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки
Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки

Аналог вторичного электронного тока — электрическая волна. Разглядим передачу электрических волн и связанные с этим явления в простых электрических системах. Обозначим: ƒ и ω — частота и повторяющаяся частота тока в проводе; T, λ и c — период, длина волны и скорость распространения электрической волны, излучаемой этим током, где λ = cT = 2πc/ω. В хоть какой среде возмущение стремится распространиться, и волна является совокупой безпрерывно последующих волн: волны напряжения, другими словами возможной энергии, и запаздывающей по фазе волны вызванного им смещения, другими словами кинетической энергии. Напряжение является предпосылкой смещения, а смещение среды делает условия для предстоящего распространения напряжения: новое место, от которого напряжение передается далее. Предстоящее движение волны происходит с нового места смещения в среде. Принцип Гюйгенса–Френеля представляет поперечную волну как сумму единичных квантов, другими словами как сумму контуров вращения с условным простым радиусом, идиентично направленных и тесновато расположенных по полосы фронтов волны.

Традиционно принято [5] место, занятое электрической волной, делить на две зоны: ближнюю, отстоящую на расстоянии r < λ от источника волны, и волновую, отстоящую на расстоянии r > λ от этого источника.

Волновая зона излучения, либо место на расстоянии r > λ от провода. В этой зоне электрическая энергия сформировалась в волну [5, с. 466], и от провода, выполняющего роль источника излучения, «оторвалась» и со скоростью c движется волна электронной напряженности E (волна возможной энергии — накапливающегося смещения), совместно с ней, отставая по фазе, следует волна токов смещения Isp (волна кинетической энергии). Количество полупериодов токов смещения в волновой зоне четно, суммарный ток смещения уравновешивает себя и не ведет взаимодействие с током в проводе. Волна распространяется в виде скомпенсированных колебаний — спаренных смещений. Поясним это предположение. Всякую волну можно выразить как сумму простых составляющих — простых источников, либо квантов.

Простым источником электрической волны будем считать круглый электропроводящий контур радиуса r с условно присоединенным к нему источником электропитания U (рис. 3), полагая, что r << λ, где λ — длина волны. Тогда электрическую волну хоть какого из источников — проводов с хоть каким искривлением, контуров, обмоток и соленоидов хоть какой геометрической формы с присоединенными источниками электропитания, полюсов всех магнитов — можно считать суммой простых источников волны.

Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки

Уединенный квант электрического излучения в системе отсчета, связанной с ним, принято изображать как простый контур электронной напряженности E с перпендикулярно сцепленным с ним простым контуром магнитной напряженности H, передвигающиеся со скоростью c в направлении скрещения плоскостей этих контуров (рис. 4а). Это эквивалентно изображению 2-ух совпадающих простых контуров: напряженности E и тока смещения Isp (рис. 4б). Но ток смещения Isp в волне отстает по фазе от приложенной электронной напряженности E (рис. 4в), означает, напряженность H магнитного поля отстает по фазе от напряженности E электронного поля (рис. 4г). Из замкнутости контуров E и H в волновой зоне следует их парность, другими словами единичные кванты лучше изображать в виде пар взаимно уравновешенных контуров встречного направления (рис. 4д).

Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки

Волновая зона представляет сумму единичных квантов, другими словами примыкающих пар встречных полупериодов напряжений (напряженностей E), компенсирующих друг дружку, и примыкающих пар встречных полупериодов токов (напряженностей H), также компенсирующих друг дружку. Потому волновая зона существует как независящая, стопроцентно сформированная система, она не обменивается энергией с излучающим проводом, другими словами не оказывает влияние на его ток.

Электрическая волна на расстоянии r < λ от провода, либо в ближней зоне — зоне ее формирования.

В отличие от волновой, эта зона всегда заполняется энергией от провода и может поддержать ток в проводе, к примеру, вызывая перенапряжение в месте разрыва цепи тока, что проявляется в виде искры либо дуги [5, с. 345–385]. В электротехнике многие устройства работают при низких частотах ƒ, и размеры самого устройства D << λ, другими словами находятся в ближней зоне волны. Потому дальше нас интересует только зона формирования волны.

В среде, к примеру в вакууме, поблизости от поверхности провода с током появляется и расширяется область токов смещения определенной плотности, допуская повышение уравновешиваемого тока в проводе, которая со скоростью света уходит от провода, а освобождающееся место у поверхности провода безпрерывно заполняется током смещения. Протяженность зоны токов смещения при низких частотах росла бы неограниченно, увеличивая полный ток смещения в среде, который наращивает парный с ним уравновешиваемый ток в проводе, но приходит момент, когда развитие тока смещения среды ограничится, потому что ток в излучающем проводе ограничивается омическим сопротивлением. В то же время накапливающееся в волне «инерционное» смещение стремится противодействовать электронной напряженности, распространяющейся параллельно проводу. При установлении неизменного тока в проводе ближняя зона перестает заполняться, а «оторвавшаяся область» полного тока смещений и скопленных напряжений в среде далековато удаляется от провода, уменьшаясь по плотности, другими словами увеличиваясь в объеме пропорционально повышению расстояния от провода. Хотя в проводе с установившимся неизменным током омическое падение напряжения уравновешивает напряжение источника питания и предстоящее формирование волны не происходит, в среде находится удаляющаяся одиночная полуволна смещения, встречная току в проводе, другими словами уравновешивающая его. Такое порционное излучение сходно с током среды, встречно уравновешивающим ток в проводе. Отметим, что недвижный неизменный магнит во всем этом сходен с проводом, в каком установился неизменный ток.

Окончательная формулировка догадки. Неотклонимыми критериями появления электронного тока являются: наличие электронного поля напряженностью E; наличие носителей электронного заряда ±qi, способных двигаться в направлении этого поля; наличие уравновешивающего полного тока в окружающей этот ток среде в виде суммы токов проводимости среды и токов смещения среды в области формирования электрической волны.

Примечание. Принцип парности встречается нередко: принцип рассредотачивания электронов (принцип Паули), электрические пары Купера, парное рождение частиц обратных зарядов. В электрической системе с одним источником излучения сумма токов в проводе и окружающей его среде равна нулю. Этот принцип парности первичных и вторичных токов более близок с законом сохранения импульса, либо реактивного движения, в механической системе 2-ух незакрепленных взаимодействующих тел, где изменение линейного Δp либо вращательного Δm импульса 1-го из их вызывает встречное изменение импульса (–Δp) либо (–Δm) другого тела, другими словами равновесие встречных напряжений и смещений является условием сохранения системы.

Если первичный ток связан с вторичными токами, то как эта связь осуществляется? Разглядим связь меж первичной и вторичными электрическими цепями, другими словами электрическое поле. Представим, что меж первичным и вторичным недвижными контурами находится цилиндр, стены которого имеют определенную толщину и образованы простыми замкнутыми контурами электронной напряженности (рис. 5а) либо тока (рис. 5б). Разумеется, сумма этих электронных напряженностей либо токов не равна нулю лишь на поверхности связываемых контуров. Потому эти простые контуры могут быть только абстрактными, и их существование не непременно. Потому что первичный и вторичный контуры недвижны, то, как и при передаче волны повдоль провода, сдвиг фазы меж напряженностями E и H вторичного контура равен нулю. Ток вторичного контура обеспечивает встречную сбалансированную составляющую тока первичного контура. Аналогично изображаем абстрактные цилиндры связи меж первичным контуром и контуром средней полосы напряженности электронного поля (рис. 5в), также контуром средней полосы распределенного полного тока смещения среды (рис. 5г) в ближней зоне электрической волны. Тут тоже сумма электронных напряженностей не равна нулю лишь на связываемых контурах. Можно представить, что сдвиг фазы меж токами и электронными напряженностями связываемых контуров обеспечен также задержкой распространения волны. Полный ток смещения среды обеспечивает вторую встречную сбалансированную составляющую тока первичного контура.

Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки

Плоскостям взаимодействующих контуров дозволяется быть непараллельными, в особенности при наличии ферромагнитных сердечников, потому что в данном случае радиус, толщина и искривление оси условных цилиндров связи, именуемых классиками физики электрическим полем, будут различными повдоль расстояния от первичного контура до вторичного. При наличии связывающего ферромагнитного сердечника первичный контур связывается с вторичным контуром и токами смещения в этом сердечнике и воздухе как через сам сердечник, так и через воздух.

Если в первичном контуре уже установлен неизменный ток, а ток во вторичном контуре гасится из-за омического сопротивления этого контура и вторичный контур перестает участвовать в уравновешивании первичного тока, то это уравновешивание будет осуществляться только убегающим вдаль током смещения ближней зоны электрической волны. Означает, экранировка вторичным контуром, сделанным из обыденного металла, невозможна для первичного контура с неизменным током и для неизменных магнитов, потому что сущность экранировки — полное уравновешивание экраном излучения первичного источника. Невзирая на отсутствие электронных напряженностей и токов в абстрактных «цилиндрах» связи первичных и вторичных контуров, другими словами в электрическом поле, хоть какое внесение дополнительных тел либо перемещение тел в этой чувствительной зоне вызовет перестройку системы первичных и вторичных контуров, а означает, может сделать переходные токи проводимости в связываемых контурах и новые токи смещения в среде. Приведенная формулировка параметров поля совпадает с их описанием, данным основателями теории [5].

Рассредотачивание электрической энергии по вторичным цепям. Принцип первичности и вторичности электрических цепей

Первичные электрические цепи, к примеру первичные контуры, являются источниками первичного тока, другими словами источниками электрической энергии, от которых эта энергия распространяется. Вторичные электрические цепи обеспечивают токи, уравновешивающие первичный ток, как следует, являются потребителями электрической энергии. К ним относятся элементы среды, окружающей источник излучения: воздух, проводящие контуры без источников, вторичные обмотки, ферромагнитные сердечники и т. д., другими словами звенья среды, через которую энергия передается далее и в какой создаются составляющие полного тока среды, направленные навстречу и уравновешивающие ток источника электрической волны. При отсутствии связывающего ферромагнитного сердечника первичный контур связывается с контурами, другими словами теми либо другими сосредоточенными элементами среды, отчасти. Рис. 6а иллюстрирует тот факт, что главные потоки и потоки рассеяния электрического поля, по определению классиков электротехники, создаются только источником, а не средой либо вторичным контуром. Описание магнитных потоков имеет некое сходство с описанием электрического поля, приведенным выше. Напомним определения этих потоков. Понятно, что главные потоки магнитного поля — это потоки, сразу пронизывающие первичную и вторичную обмотки. Нередко считают, что при наличии сердечника они должны проходить только через сердечник. Потоки рассеяния связывают первичный ток с токами смещения среды. К примеру, в трансформаторе с ферромагнитным сердечником магнитные потоки создаются первичной обмоткой, идут в сердечник и исходят из сердечника в главном поблизости вторичной обмотки, также идут от первичной обмотки и ответвляются от сердечника в среду, окружающую трансформатор. Вторичные обмотки, как и все элементы среды, делят меж собой энергию первичной обмотки. Ток намагничивания сердечника впрямую не связан с током вторичной обмотки. Естественно, если на пути связи первичной обмотки с сердечником находится вторичная обмотка либо на пути связи первичной обмотки и вторичной обмоткой находится 2-ая вторичная обмотка, то связь будет пронизывать эти специально расположенные обмотки, обеспечивая принужденное последовательное рассредотачивание потоков. Разделение электрической энергии меж вторичными цепями объясняет последующий пример. Если ток первичного контура ограничен его сопротивлением и если один из вторичных частей среды, к которым прикладывается волна напряжения, распространяющаяся в среде, обладает более высочайшей электропроводностью и способностью к электронному смещению по сопоставлению с остальными элементами среды, то электрическая энергия источника может употребляться таким элементом до полного «изнеможения» источника, понижая долю токов, приходящихся на другие элементы.

Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки

Опыт 1. Возьмем однофазовый трансформатор с узким сердечником. Поочередно с первичной обмоткой включим резистор, сопротивление R которого в 10 раз выше сопротивления обмотки, компенсируя уменьшение тока холостого хода, вызванное этим, методом роста входного напряжения. Если сейчас во вторичной обмотке сделать большой ток методом недлинного замыкания ее выводов, то сердечник трансформатора стопроцентно размагнитится, потому что электронная напряженность Ec в сердечнике как части среды уменьшилась: Ec (2πrc) ≈ (U1-i1R)/N1 ? 0; где (2πrc) — эквивалентный средний периметр поперечного сечения сердечника, U1, i1, N1 — входное напряжение, ток и количество витков первичной обмотки. Внедрение трансформаторов с низкоомной цепью вторичной обмотки (в пределе — сверхпроводящей) с большой нагрузкой, при подключении первичной обмотки или к генераторам ограниченной мощности, к примеру преобразователям солнечной энергии, или к сети с поочередно включенными импульсными балластами, обеспечит высочайший коэффициент активной мощности (cosφ) и может представлять коммерческий энтузиазм. На самом деле, это могут быть трансформаторы тока специальной конструкции.

Итак, первичные токи источников электрической волны равны сумме вторичных токов среды. Поля, относящиеся к различным вторичным цепям, не заслоняющим друг дружку от первичных цепей, другими словами являющимся «параллельными нагрузками» источника излучения, не пересекают другую вторичную цепь, не совпадают и не являются частью друг дружку. Замкнутые системы первичных и вторичных токов изображены на рис. 6б. К вторичным токам относятся токи всех потребителей электрической энергии, излучаемой источником волны: токи проводимости в среде (токи во вторичных обмотках) и токи смещения распространяющейся волны. Можно сказать об аналогии электрической системы с герметичной гидравлической системой, содержащей источник напора и несколько параллельных стоков.

Опыт 2. Разглядим трансформатор, содержащий: первичную обмотку с числом витков N1, охватывающую центральный сердечник CC1, первую вторичную обмотку с числом витков N2,1, охватывающую центральный сердечник CC2 и вторую вторичную обмотку с числом витков N2,2, охватывающую центральный сердечник CC3 (рис. 7). Первичная обмотка имеет сопротивление R1 и подключена к источнику напряжения U1, а вторичные обмотки имеют регулируемые сопротивления R2,1 и R2,2 и подключены к регулируемым источникам напряжения U2,1 и U2,2, синфазным напряжению U1 и способным дополнительно прирастить токи вторичных обмоток i2,1 и i2,2. Центральные сердечники CC2 и CC3 размещены друг от друга на расстоянии Δx2,2, и зазоры меж ними и ярмом, в которые, для высококачественной оценки направления магнитных потоков, насыпано маленькое количество пудры отожженного мягенького железа, равны Δx1,2.

Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки

В электротехнике принято использовать напряжения, токи и сопротивления, приведенные к числу витков первичной обмотки. Но при расчетах электрических устройств удобнее воспользоваться приведением этих величин к одному витку, другими словами использовать напряжения и ЭДС 1-го витка, полные токи обмоток и намагничивания сердечника, удельные омические сопротивления сердечника и обмоток, потому что в данном случае облегчается расчет сердечника. Будем использовать эти величины в качестве главных.

Обозначим: I1, I2,1, I2,2 — полные токи обмоток, Iμ — полный ток намагничивания сердечника, e — ЭДС 1-го витка при холостом ходе, ρ1, ρ2,1, ρ2,2 — сопротивления цепей обмоток, приведенные к 1 витку, где I1 = i1N1, I2,1 = i2,1N2,1, I2,2 = i2,2N2,2.

При U2,1 = U2,2 = 0, магнитный поток Ф1, протекающий через центральный сердечник CC1, складывается из потоков, проходящих через центральные сердечники CC2 и CC3 и воздух к вторичным обмоткам N2,1, N2,2, и потоков рассеяния, идущих от первичной обмотки и сердечников в место, окружающее трансформатор. Потоки Ф2 и Ф3, пронизывающие вторичные обмотки, — параллельны и независимы, другими словами независимо от соотношения зазоров Δx1,2 — меж сердечниками и ярмом и Δx2,2 — меж сердечниками (рис. 7) не существует магнитного потока Ф2,3, сразу протекающего через центральные сердечники CC2 и CC3 и пронизывающего обе вторичные обмотки. Это видно из того, что ферромагнитная пудра образует мостики, соединяющие ярмо с центральными сердечниками CC2 и CC3, и оба мостика отделяются друг от друга. Если б появился поток, проходящий сразу через CC2 и CC3, то появилось бы слияние мостиков пудры. Этого можно достигнуть повышением полного тока I2,1 либо I2,2 до значений, когда какой-то из них станет первичным, как и полный ток I1. При отсутствии источников U2,1 и U2,2 экстремальный полный ток вторичной обмотки N2,2, равный Iex2,2 = (U1/N1)/ρ1 и больший, чем ее полный ток недлинного замыкания Ish2,2, достигался бы при R2,2 = 0. Ток недлинного замыкания Ish2,2 = [(U1/N1)–(U2,2/N2,2)]/(ρ1+ρ2,2). Для искусственного заслуги Iex2,2 (тока «сверхпроводимости») уменьшим R2,2 и увеличим напряжение U2,2. Обозначив U2,2/N2,2 = e2,2 и U1/N1 = e1 и считая Iex2,2 = Ish2,2, определим необходимое значение e2,2 = –e1(ρ2,2/ρ1). Если ρ2,2 = ρ1, то e2,2 = –e1. Означает, напряжение 1-го витка, приложенное к среде, стало равным e = e1 + e2,2 = 0, и намагничивание центрального сердечника CC3 стало равным нулю. Значение Iex2,2 соответствует граничному значению тока I2,2, выше которого он станет первичным. Это подтверждается образованием мостика ферромагнитной пудры меж сердечниками CC2 и CC3. Тут при определении пути магнитных потоков можно воспользоваться принципом первичности и вторичности: поток первичной магнитной цепи, содержащей источник электрической волны, замыкается через все вторичные цепи, а потоки вторичных магнитных цепей замыкаются только через первичную цепь.

В качестве примера разглядим путь магнитного потока через соединения первичной обмотки с центральным сердечником и соединения центрального сердечника с ярмом: в обыкновенном трансформаторе (рис. 8а) и в трансформаторе MTS с вторичной стальной обмоткой-сердечником (рис. 8б). Невзирая на то, что в MTS центральный сердечник совмещает роль вторичной обмотки, поток Ф1 в его сердечнике, как и в сердечнике обыденного трансформатора, не замыкается через примыкающие слои. Даже при плохом изготовлении сердечника (рис. 8в), когда зазор с ярмом Δx1,2 будет неравномерным, в трансформаторах обоих типов поток перераспределяется лишь на кромки выступающих слоев сердечника, не вызывая в их приметных вихревых токов.

Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки

Оценка нагрузочной возможности трансформаторов MTS. В этих трансформаторах каждый слой рулона похож на вторичную обмотку с своим центральным сердечником [1–4]. Ток i2 этих слоев общий, но слои отличаются эквивалентным количеством витков и эквивалентной площадью поперечного сечения сердечника. Потому следует найти, достигается ли такое наибольшее значение iex2 вторичного тока i2 трансформатора, при котором некие слои рулона станут источниками электрического излучения. Тогда потоки этих слоев замыкались бы через примыкающие слои, пронизывая их плоскости и вызывая нагревающие вихревые токи, как это происходит при использовании вторичных обмоток MTS в роли первичных.

Возьмем центральный сердечник MTS со последующими параметрами: толщина АРМКО-ленты — 50 мкм, толщина изоляционного слоя Al2O3 — 2 мкм, высота рулона — 26 мм, внутренний поперечник рулона — 5 мм, количество витков в рулоне — 200. Задаем: повторяющаяся частота ? питающей сети — 314 рад/с, индукция магнитного поля в сердечнике B = 1,1 Тл, удельное сопротивление железа ρFe = 0,000000098 Ом·м. Тогда рулон MTS можно охарактеризовать параметрами, приведеными в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики сердечника MTS
Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки

Условно экстремальный полный ток первичной обмотки достигается при нулевом сопротивлении электронной цепи вторичной обмотки. Значение I1ex/Sc этого удельного тока, приходящееся на единицу сечения рулона, в два раза больше наибольшего удельного полного тока Ish, c/Sc недлинного замыкания этого рулона. Тут оно равно I1ex/Sc = 2-0,117 = 0,234 А/м2 и более чем в 1,6 раза выше наибольших значений удельного полного тока недлинного замыкания хоть какого витка рулона. Означает, все витки рулона всегда остаются вторичными обмотками, и прохождение их магнитных потоков через примыкающие витки рулона исключается. Измерения на экспериментальных образчиках MTS подтверждают расчеты. Немагнитный зазор меж ярмом и рулоном уменьшает поток, пронизывающий каждый виток рулона, увеличивая поток рассеяния от первичной обмотки. При всем этом соотношения токов, приведенных в таблице 1, практически не изменяются.

Комменты к расчетам электрических систем

Относительно расположения обмоток можно сказать последующее. Подразумевается, что ферромагнитный сердечник трансформатора обеспечивает два главных, не зависящих друг от друга канала для связи средством сетки абстрактных микроконтуров, другими словами поля: по омическому току — меж первичной и вторичными обмотками; по индуктивному току — меж первичной обмоткой и сердечником, потому что путь электрической волны повдоль цепочки частей упорядоченно ориентируемого поля Вейсса в сердечнике облегчен. Зависимость этих каналов появляется исключительно в смысле рассредотачивания общего электрического потока меж ними. Благодаря локализации основной толики ближней зоны электрической волны в сердечнике, уменьшению объема этой зоны и ее «утяжелению» пропорционально относительной магнитной проницаемости μ сердечника паразитный индуктивный ток смещения среды Isp в главном становится равным индуктивному току намагничивания сердечника Iμ, значительно наименьшему начального Isp. Тут проглядывается маленькая аналогия параметров сердечника и оптоволоконного канала, в каком электрическая энергия локализуется благодаря эффекту внутреннего отражения от границы со средой с наименьшей оптической плотностью. Потому такая среда, как сердечник, позволяет работать при большей передаваемой мощности на единицу ее объема. Магнитный поток в трансформаторах создается первичной обмоткой, реактивная его часть затрачивается на намагничивание сердечника, также, уходя с поверхности первичной обмотки и сердечника, на намагничивание остальной среды, а другая, другими словами активная, часть исходит из сердечника в главном поблизости вторичной обмотки и обеспечивает связь обмоток. При малых зазорах меж обмотками и сердечником укорачивается средний путь магнитного потока, связывающего первичные обмотки с вторичными. Рекордсменами по минимуму потоков рассеяния и токов намагничивания, другими словами реактивной мощности, посреди трансформаторов являются трансформаторы MTS. Отсутствие пронизывания вторичных обмоток потоками намагничивания сердечника, создаваемых первичной обмоткой, исключает принужденное взаимодействие с первичными обмотками, которое появилось бы за счет пространственно поочередного перераспределения магнитных потоков. Эти трансформаторы, в особенности по сопоставлению с трехфазными и многофазными аналогами, первичные и вторичные обмотки которых размещены соосно на этом же уровне, имеют существенно наименьший уровень шума. Потому выбору расположения обмоток других трансформаторов уделяется повышенное внимание.

Уравнение полного тока можно записать в виде (–I1) = ∑I2 + Iμ, либо (–I1) = ∑I2 + Hclc, где Hc — напряженность магнитного поля, lc — средняя длина сердечника. При расчетах комфортно переносить ∑I2 в левую часть уравнения, но при всем этом пропадает физический смысл уравнения, другими словами принцип первичности и вторичности электрических цепей, потому что вторичная обмотка играет роль только части среды, окружающей первичную обмотку (источник электрического излучения).

При проектировании неких электрических устройств расчеты становятся понятнее и проще, если заместо термина «магнитное поле» использовать термин «токи смещения», другими словами воспользоваться только последующими основными параметрами: напряжение U и напряженность E электронного поля, ЭДС (либо напряжение) e 1-го витка — заместо магнитного потока Ф = (ωВSc); полные токи Iμ (либо Isp), I1, I2 — заместо МДС = Hlc; Iμ/Sc — удельный полный ток намагничивания, также удельные полные токи I1/Sc и I2/Sc; относительная магнитная проницаемость μ; размеры lc, Sc сердечника; длина lL и радиус rL кривизны провода с током. При всем этом принимается, что силовые полосы магнитного поля охарактеризовывают плотность токов Iμ (либо Isp) смещения среды: расстояние меж этими линиями назад пропорционально плотности токов смещения. При переходе от методики расчетов индуктивных частей с внедрением термина «магнитное поле» к методике расчетов без использования этого термина, в том числе при расчете всех дросселей и трансформаторов с обмотками, число витков которых более 1-го, неувязка подмены потокосцеплений какими-либо другими величинами не появляется. К примеру, если на выводах обмотки напряжение равно U, то в среде (сердечнике) распространяется напряжение 1-го витка e = U/N. Вызванный полный ток Isp смещения в среде обусловливает встречный полный ток I в обмотке, другими словами ток в витках обмотки i = I/N. Означает, сопротивление среды, индуктивность элемента и взаимоиндукция частей пропорциональны N2. Упрощаются дифференциальные уравнения при расчете резонансов и антирезонансов полых и твердотельных каналов, а именно волноводов и магнитострикционных излучателей.

К примеру, существенно упростился расчет входной цепи индукционного управления для нового быстродействующего силового интегрального ключа, построенного на базе разрядника, производимого Рязанским заводом конденсаторов. Эти ключи превосходят по надежности и остальным характеристикам все известные силовые переключающие модули забугорного производства: Uраб > 30 кВ; Iраб > 300 кА; tсраб < 1 мкс; Uоткр < 0,02 В.

Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки

Все следующие публикации, в том числе публикация справочника по трансформаторам MTS, осуществляются с ролью нашего научного управляющего, доктора Казанского энергетического института, д. т. н. Ш. И. Вафина.

1 ответ к “Нагрузочная способность силовых трансформаторов MTS. Анализ явлений в электрических системах и догадки”

Вы идёте старой неверной дорогой, теряете время и теряетесь в догадках. Между тем, с трансформаторами становится всё предельно просто приняв несколько правил — 1. поле вокруг катушки должна иметь форму тора и значит катушка должна быть далека от селенойда, 2. съём энергии надо производить с верху и снизу первички (т.е. с вершин тора) двумя обмотками вторички (одна из них будет работать на «выталкивание» из первычки а другая на «всасывание», 3. с нагрузкой у такого трансформатора может не быть холостого тока первычки, 4. у него не будет противо ЭДС и обратной связи. Удачи!

Обсуждение закрыто.