3 Трансформаторы

Трансформатором называется элемент РЭА, предназначенный для получения различных по амплитуде и мощности переменных напряжений.

Малогабаритные трансформаторы классифицируют по ряду признаков.

По функциональному назначению трансформаторы подразделяются на силовые (трансформаторы питания), согласующие и импульсные. Силовые трансформаторы предназначены для преобразования сетевого переменного напряжения. Согласующие трансформаторы предназначены для согласования каскадов РЭА. Импульсные трансформаторы предназначены для работы с импульсными сигналами. Их используют в преобразователях напряжения, ключевых стабилизаторах, для гальванической развязки каскадов и т.д.

По рабочей частоте трансформаторы подразделяются на трансформаторы пониженной частоты (менее 50 Гц), промышленной частоты (50 Гц), повышенной промышленной частоты (400 и 1000 Гц), повышенной частоты (до 10 кГц) и высокой частоты (свыше 10 кГц).

По электрическому напряжению трансформаторы подразделяют на низковольтные (напряжение любой обмотки менее 1 кВ) и высоковольтные (напряжение любой обмотки более 1 кВ).

По количеству обмоток трансформаторы подразделяются на однообмоточные (автотрансформаторы) и многообмоточные. У автотрансформатора отсутствует гальваническая развязка между входной и выходной цепью. Многообмоточный трансформатор имеет одну первичную и одну или более вторичную обмотки.

По виду магнитного сердечника различают трансформаторы с пластинчатым, ленточным и прессованным сердечниками. Пластинчатый сердечник представляет собой набор штампованных одинаковых пластин (рис.3.5 а,г,ж). Ленточный сердечник представляет собой витую конструкцию из отдельных полос (рис.3.5 в,е,и). Изготовление таких сердечников из отдельных полос снижает потери на вихревые токи. Прессованный сердечник получают из ферромагнитных порошков прессованием (рис.3.5 б,д,з). Ленточные сердечники имеют меньшие потери, а значит, позволяют получить более высокий к.п.д. трансформатора. Прессованные сердечники существенно дешевле пластинчатых и ленточных, но имеют свои недостатки: значительную зависимость магнитных свойств от температуры, малую механическую прочность, но дают возможность работать с высокими частотами.

По конструктивному исполнению трансформаторы подразделяются на броневые, стержневые и тороидальные. Магнитопровод броневого сердечника выполняется из Ш-образных пластин, либо из двух ленточных колец (рис.3.5 а, б,в). Все обмотки располагаются на среднем стержне магнитопровода. Достоинствами таких трансформаторов являются: наличие одной катушки, более высокое заполнение окна магнитопровода, частичная защита катушки от механических повреждений. Магнитопровод стержневого сердечника выполнен либо из П-образных штампованных пластин, либо из одного ленточного кольца (рис.3.5 г,д,е). При этом на каждом стержне магнитопровода размещается половина витков первичной и половина витков вторичной обмоток. Они соединяются между собой последовательно. Стержневые трансформаторы менее подвержены внешним магнитным полям. Недостаток таких трансформаторов наличие двух катушек. Тороидальные трансформаторы имеют обмотки по всей длине тороида (рис.3.5 ж,з,и). Они замыкают магнитное поле, что снижает помехи от

трансформатора. Тороидальные трансформаторы практически не требуют экранирования. Недостатком тороидальных трансформаторов является трудность создания обмоток.

Для обозначения броневых сердечников трансформаторов используют следующую последовательность элементов: первый элемент (буква или сочетание букв) – обозначает тип сердечника, второй элемент (цифра) – обозначает размер сердечника у в мм, третий элемент (цифра) – обозначает толщину сердечника b в мм. Например: ШЛ 10х16.

Для обозначения стержневых сердечников трансформаторов используют следующую последовательность элементов: первый элемент (буква или сочетание букв) – обозначает тип сердечника, второй элемент (цифра) – обозначает размер сердечника у в мм, третий элемент (цифра) – обозначает толщину сердечника b мм. Например: ПЛМ 16х24.

Для обозначения сердечников тороидальных трансформаторов используют следующую последовательность элементов: первый элемент (буква или сочетание букв) – обозначает тип сердечника, второй элемент (цифра) – обозначает внутренний диаметр сердечника d в мм, третий элемент (цифра) – обозначает внешний диаметр сердечника D в мм, четвертый элемент (цифра) – обозначает толщину сердечника b в мм. Например: ОЛ 25/40-20.

Для обозначения прессованных ферритовых сердечников тороидальных трансформаторов используют следующую последовательность элементов: первый элемент (буква) – обозначает тип сердечника, второй элемент (цифра) – обозначает внешний диаметр сердечника D в мм, третий элемент (цифра) – обозначает внутренний диаметр сердечника d в мм, четвертый элемент (цифра) – обозначает толщину сердечника b в мм. Например: К 16х10х4,5.

Для обозначения прессованных ферритовых трубчатых сердечников высокочастотных дросселей используют следующую последовательность элементов: первый элемент (буква) – обозначает тип сердечника, второй элемент (цифра) – обозначает внешний диаметр сердечника D в мм, третий элемент (цифра) – обозначает внутренний диаметр сердечника d в мм, четвертый элемент (цифра) – обозначает длину сердечника L в мм. Например: T 6,3х2х20.

Система условных обозначений трансформаторов питания включает в себя следующие элементы: первый – буква Т, второй – буква или две буквы – указывает на назначение трансформатора (А – трансформатор для питания анодных цепей, Н – накальных цепей, АН – анодно-накальных цепей, ПП – для питания устройств на полупроводниковых приборах, С – силовой для питания бытовой РЭА). Третий элемент (цифра) – показывает порядковый номер разработки, четвертый элемент (цифра) – номинальное напряжение питания, пятый элемент (цифра) – рабочая частота, шестой элемент (буква) – вид исполнения. Например: обозначение ТА5−127/220−50−В – трансформатор для питания анодных цепей, номер разработки 5, сетевое напряжение 127 и 220 В частоты 50Гц, всеклиматического исполнения.

Система обозначений входных согласующих трансформаторов включает в себя следующие элементы: первый – буква Т, второй – буква или сочетание букв – указывает на назначение (ВТ – входной для транзисторных устройств); третий (цифра) – порядковый номер разработки. Например: обозначение ТВТ−1 – трансформатор входной согласующий для транзисторных устройств, номер разработки 1.

Система обозначений выходных согласующих трансформаторов включает в себя следующие элементы: первый – буква Т, второй – сочетание букв – указывает на назначение (ОТ – оконечный для транзисторных устройств), третий (цифра) – порядковый номер разработки. Например: обозначение ТОТ-2 – трансформатор выходной согласующий для транзисторных устройств, номер разработки 2.

Система обозначений согласующих межкаскадных трансформаторов включает в себя следующие элементы: первый – буква Т, второй – буква М или только число (М – миниатюрный), третий – число – поле буквы М указывает на мощность в мА·В, а после буквы Т в А·В, четвертый – число – порядковый номер разработки. Например: обозначение ТМ10-50 – трансформатор миниатюрный межкаскадный согласующий, мощностью 10 мА·В, номер разработки 50.

В соответствии с ГОСТ 20938-75, ГОСТ 17596 –72 основными параметрами трансформаторов являются:

1. Номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора.

2. Номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

3. Номинальный ток первичной обмотки трансформатора.

4. Максимальный ток вторичной обмотки трансформатора.

5. Максимальная мощность трансформатора – сумма мощностей вторичных обмоток.

6. Коэффициент трансформации – отношение напряжений на зажимах вторичной и первичной обмоток.

7. Коэффициент полезного действия трансформатора (к.п.д.) – отношение мощности, потребляемой трансформатором к выходной мощности.

8. Частота питающей сети.

На согласующие трансформаторы вводятся дополнительные параметры:

1. Полоса воспроизводимых частот.

2. Входное и выходное сопротивления.

3. Сопротивление обмоток постоянному току.

4. Индуктивность первичной обмотки.

5. Коэффициент нелинейных искажений.

На импульсные трансформаторы дополнительно вводятся следующие параметры:

1. Длительность импульса.

2. Амплитуда импульса на первичной обмотке.

3. Частота следования импульса.

4. Длительность фронта выходного импульса.

Важнейшей характеристикой силового трансформатора является нагрузочная кривая, т.е. зависимость выходного напряжения от выходного тока (рис.3.6). При отключенной нагрузке (режим холостого хода) напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора более высокое, чем номинальное. При подключении незначительной нагрузки напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора резко снижается до примерно номинального значения. При увеличении тока нагрузки это напряжение снижается практически линейно. При превышении током нагрузки максимального значения I_{H MAX}, определяемого максимальной мощностью трансформатора, напряжение на зажимах вторичной обмотки резко снижается, а к.п.д. трансформатора падает. Эксплуатировать трансформатор рекомендуется до таких значений тока нагрузки, при которых снижение напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора не превышает 20 %.