V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Основой большинства современных высокоэффективных обратноходовых источников питания (ИП) являются импульсные силовые трансформаторы. При производстве импульсных трансформаторов важной задачей является контроль индуктивности обмоток данных устройств в соответствии с техническим заданием. В отличие от силовых сетевых трансформаторов, для импульсных силовых трансформаторов, которые применяются в обратноходовых ИП, индуктивность первичной обмотки – один из самых важных параметров, от него зависит правильное функционирование схемы. Несоответствие значения индуктивности первичной обмотки силового импульсного трансформатора техническому заданию может привести к неработоспособности устройства, а также выходу его из строя.

Ниже приведена одна из возможных методик проверки индуктивности обмоток трансформатора.

При включении в цепь переменного тока катушки индуктивности напряжение на ней изменяется по закону:

uL=Ldidt, (1)

где u_L – мгновенное значение напряжения на катушке, L – значение индуктивности катушки, i – мгновенное значение тока в катушке.

Как видно из формулы (1) катушка индуктивности представляет собой дифференциальное звено по отношению к току, следовательно, при подаче треугольного токового сигнала напряжение на катушке будет прямоугольным.

Нетрудно показать, что при треугольном входном токе с периодом равным T и амплитудой ILm (см. рисунок 1), амплитудное значение напряжение на катушке индуктивности, после решения дифференциального уравнения (1) и подстановки значения I_lm и T, будет определяться по следующей формуле:

ULm=4ILmLT, (2)

где U_lm – амплитудное значение напряжения на катушке индуктивности,L – значение индуктивности катушки.

Рисунок 1 – Треугольный токовый сигнал

Напряжение на катушке будет иметь форму, представленную на рисунке 2.

Рисунок 2 – Напряжение на катушке индуктивности

Таким образом, как видно из формулы (2), при входном треугольном токовом сигнале постоянной амплитуды и частоты, амплитудное значение напряжение на обмотке катушки линейно зависит от значения индуктивности обмотки катушки.

Из формулы (2) значение индуктивности обмотки катушке:

L=ULmT4ILm , (3)

Формула (3) представляет собой зависимость индуктивности от измеренного значения амплитуды напряжения на катушки, при известных значениях I_lmи T.

Одна из возможных функциональных схем проверки индуктивности обмотки трансформатора имеет вид, представленный на рисунке 3.

Процесс проверки индуктивности обмотки трансформатора для схемы, представленной на рисунке 3, заключается в следующем. С генератора тестового сигнала подаётся треугольный токовый сигнал на обмотку трансформатора. Трансформатор преобразует входной треугольный ток в прямоугольное напряжение. Электронный вольтметр измеряет амплитуду напряжения на обмотке трансформатора. ЭВМ рассчитывает отклонение выходного сигнала вольтметра от заданного значения в соответствии с известным алгоритмом расчёта и выдаёт сигнал о соответствии или несоответствии трансформатора техническим требованиям.

Генератор треугольного тока может быть реализован в виде преобразователя напряжения в ток (ПНТ) на вход которого подаётся напряжение с выхода генератора треугольного напряжения. Схема ПНТ на базе операционных усилителей представлена на рисунке 4 [1].

Рисунок 4 – Преобразователь напряжения в ток

При выполнении условия R1 = R2 = R3 = R4 ток в нагрузке R* не зависит от величины R* и определяется по формуле

iR*=U2R5 (4)

Как видно из формулы (4) выходной ток ПНТ (рисунок 4) является функцией от входного напряжения (U2) и величины сопротивления R5, следовательно, при треугольном входном напряжении выходной ток при постоянном сопротивлении R5 также будет треугольным.

Схема генератора треугольного напряжения представлена на рисунке 5 [2].

Рисунок 5 – Генератор треугольного напряжения

С выхода генератора треугольного напряжения (рисунок 5), напряжение U2 подаётся на вход ПНТ (рисунок 4). К выходу ПНТ последовательно подключается тестируемая обмотка трансформатора.

Обычно значение индуктивности, при производстве трансформаторов, в техническом задании записано в виде L_н±∆L, где L_н – номинальная индуктивность, ∆L – максимальное допустимое отклонение от номинального значения. Для того чтобы определить отклонение индуктивности обмотки трансформатора от номинального значения, воспользуемся следующей формулой:

∆L=Lн –L, (5)

где L_н= номинальное значение индуктивности.

Электронный вольтметр (см. рисунок 3) – представляет собой аналогово-цифровой преобразователь. Выходной сигнал электронного вольтметра равен амплитудному значению напряжения на катушке индуктивности.

Электронный вольтметр измеряет значение U_lm, затем передаёт это значение на ЭВМ. ЭВМ рассчитывает отклонение индуктивности (∆L) от заданной. Далее, если ∆Lнаходится в допустимых пределах, то ЭВМ выдаёт сигнал, что индуктивность трансформатора соответствует техническим требованиям, в противном случае ЭВМ выдаёт сигнал о том, что индуктивность трансформатора не соответствует техническим требованиям.

Вышеизложенная методика является одной из возможных методик проверки индуктивности трансформатора. Также данная методика может служить основой создания стенда для проверки индуктивности трансформаторов в соответствии с техническим заданием.

Литература

1. Пейтон А. Дж. Аналоговая электроника на операционных усилителях. — Пейтон А. Дж., Волш В. – М.: БИНОМ. 1994 — 352 с.: ил. — ISBN 5-7503-0013-7.

2. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. – М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2005. – 528 с.

3. Хоровиц, П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл – Москва, Мир, 1998. – Т. 1 – 590 с.

Код для цитирования: Скопировать