Широкополосные мосты на трансформаторах

Рассмотренные мосты сложения мощностей относятся к категории резонансных устройств и способны эффективно работать при коэффициенте перекрытия по частоте порядка 1,2. Для широкополосного сложения мощностей используются схемы на трансформаторах c коэффициентом передачи 1:1. Простейший синфазный мост такого типа представлен на рисунке 4.44а.

В нормальном режиме сложения мощностей токи генераторов протекают через обмотки трансформатора в противоположных направлениях. Поэтому магнитные поля обмоток взаимно компенсируются и кажущееся сопротивление трансформатора для генераторов равно 0. По нагрузке токи протекают в фазе, вследствие чего кажущееся сопротивление нагрузки удваивается (2R). В балластной нагрузке ток отсутствует т.к. предполагается равенство выходных напряжений генераторов по амплитуде и фазе.

В аварийной ситуации (обрыв в цепи одного генератора, или короткое замыкание) эквивалентные схемы устройства сложения мощностей принимают вид, соответствующий рисункам 4.44б и 4.44в. В частности, в первом случае (рисунок 4.44б) сопротивление балластной нагрузки трансформируется к точкам а-с с уменьшением в 4 раза. В результате сопротивление нагрузки для генератора составит

 

 

Рисунок 4.44 – Эквивалентные схемы трансформаторного моста

 

Для того, чтобы входное сопротивление моста, как и в нормальном режиме Rвх = 2R, Rб должно равняться 4R.

Аналогично для короткого замыкания второго генератора (рисунок 4.44в), сопротивление нагрузки R трансформируется к точкам а-б со значением 4R. Входное сопротивление моста для генератора в этом случае составит

Таким образом, все признаки электрического моста имеют место.

Теоретически, для идеального трансформатора, полоса такого моста не ограничена. В реальных условиях снизу полоса ограничивается значением индуктивности намагничивания трансформатора, а сверху индуктивностью рассеяния и паразитными ёмкостями обмоток.

Другой вариант трансформаторного моста представлен на рисунке 4.45.

Рисунок 4.45 – Трансформаторный мост сложения мощностей

 

В этом случае, число трансформаторов соответствует числу генераторов. На рисунке 4.45а приведена синфазная схема сложения мощностей двух идентичных генераторов. Поскольку разность потенциалов на

балластном резисторе отсутствует, мощность в нём не выделяется и входное сопротивление моста (R) для каждого генератора соответствует Rн/2.

R= Rн/2 (4.17)

В аварийной ситуации, при отключении одного генератора эквивалентная схема моста соответствует рисунку 4.45б. Верхний по схеме трансформатор может быть исключён, т.к. его обмотки эквипотенциальны. Таким образом, получаем эквивалентную схему на рисунке 4.45в. В этой схеме ток через обмотки трансформатора Т2 протекают в противофазе. Поэтому кажущееся сопротивление трансформатора равно 0. Поскольку в этой ситуации для моста должно выполняться условие (4.17), то сопротивление балластного резистора должно быть равно Rн.

При коротком замыкании одного генератора эквивалентная схема моста соответствует рисунку 4.45г. Совершенно очевидно, что и в этом случае, для выполнения условия (4.17), сопротивление балластной нагрузки должно удовлетворять условию Rб= Rн=2R.

Принцип построения моста, рассмотренный в последнем случае, может быть положен в основу многополюсных мостовых устройств, варианты которых представлен на рисунке 4.46.

Рисунок 4.46 – Многополюсные трансформаторные мосты

сложения мощности

 

Входное сопротивление моста R для одного генератора в этих схемах

R= Rб = Rн/N

Обычные трансформаторы способны передавать колебания с верхней частотой не более 30-40 МГц, что обусловлено влиянием индуктивности рассеяния и межвитковой паразитной емкости обмоток. При необходимости передать более высокие частоты используют трансформаторы-линии (ТЛ).

Такие мосты способны работать до 1ГГц. Однако на частотах выше 700 МГц широкой полосы, как правило, не требуется, поэтому там выгоднее использовать более простые резонансные мосты.