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(Nф)/dt - скорость изменения потокосцепления.
|
| |
| 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.