2. Электромагнитные преобразователи

Электродвижущая сила (ЭДС) генерируется вдоль проводника, когда его пересекает переменное магнитное поле. И, наоборот, когда проводник движется через маг­нитное поле, вдоль него генерируется ЭДС (рис. 2.3), определяемая из следующего соотношения:

где d(N_ф)/dt — скорость изменения потокосцепления.

Рис. 2.3. Электромагнитное преобразование

 

 

 

Рис. 2.4. Индуктивное преобразование

 

   Рис. 2.5. Преобразование магнитного сопротивления, используемое в дифференциальном трансформаторе с линейно-изменяющимся выходом

 

 

Индуктивное преобразование показано на рис. 2.4. где самоиндукция катушки меняется в соответствии с изменением измеряемой величины. Изменение индуктив­ности может быть осуществлено путем движения ферро­магнитного сердечника внутри катушки либо путем вне­сения внешнего изменяющегося потока в катушку с не­подвижным сердечником.

Преобразование магнитного сопротивления показано на рис. 2.5, на котором цепочка сопротивления между двумя или более катушками (или отдельными частями одной или нескольких катушек) изменяется в зависимо­сти от вариаций измеряемой величины. Когда к системе катушек прикладывается переменный ток, тогда изме­нение измеряемой величины трансформируется в изме­нение выходного напряжения.

Примеры электромагнитных преобразователей:

1)Трансформаторы

Наиболее часто трансформаторы применяются в электросетях и в источниках питания различных приборов.

Применение в электросетях

Поскольку потери на нагревание провода пропорциональны квадрату тока, проходящего через провод, при передаче электроэнергии на большое расстояние выгодно использовать очень большие напряжения и небольшие токи. Из соображений безопасности и для уменьшения массы изоляции в быту желательно использовать не столь большие напряжения. Поэтому для наиболее выгодной транспортировки электроэнергии в электросети многократно применяют трансформаторы: сначала для повышения напряжения генераторов на электростанциях перед транспортировкой электроэнергии, а затем для понижения напряжения линии электропередач до приемлемого для потребителей уровня.

Поскольку в электрической сети три фазы, для преобразования напряжения применяют трёхфазные трансформаторы, или группу из трёх однофазных трансформаторов, соединённых в схему звезды или треугольника. У трёхфазного трансформатора сердечник для всех трёх фаз общий.

Несмотря на высокий КПД трансформатора (свыше 99 %), в очень мощных трансформаторах электросетей выделяется большая мощность в виде тепла (например, для типичной мощности блока электростанции 1 ГВт на трансформаторе может выделяться мощность до нескольких мегаватт). Поэтому трансформаторы электросетей используют специальную систему охлаждения: трансформатор помещается в баке, заполненном трансформаторным маслом или специальной негорючей жидкостью. Масло циркулирует под действием конвекции или принудительно между баком и мощным радиатором. Иногда масло охлаждают водой. «Сухие» трансформаторы используют при относительно малой мощности (до 16000 кВА).

Применение в источниках питания

2) Компактный сетевой трансформатор

Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Например, в телевизоре используются напряжения от 5 вольт для питания микросхем и транзисторов до 30 киловольт для питания анода кинескопа. Все эти напряжения обычно получаются с помощью строчного трансформатора. В блоке питания персонального компьютера обычно также применяется трансформатор, на который подаётся переменный ток от специального управляемого электронного генератора. С помощью обратных связей выходное напряжение поддерживается на необходимом уровне. Блоки питания в устройствах, которые используют несколько существенно различных напряжений, зачастую содержат трансформаторы со многими вторичными обмотками.

В прошлом сетевой трансформатор (на 50-60 Гц) был одной из самых тяжёлых деталей многих приборов. Дело в том, что линейные размеры трансформатора определяются передаваемой им мощностью, причём оказывается, что линейный размер сетевого трансформатора примерно пропорционален мощности в степени 1/4. Размер трансформатора можно уменьшить, если увеличить частоту переменного тока. Поэтому в современных блоках питания переменное напряжение сети сперва выпрямляют, а затем преобразуют в высокочастотные импульсы, которые подаются на импульсный трансформатор, преобразующий их во все нужные напряжения. Такая конструкция заметно уменьшает массу блока питания.