6. Схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов
Трехфазный трансформатор имеет две трехфазные обмотки - высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения, в каждую из которых входят по три фазные обмотки, или фазы. Таким образом, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения обозначают буквами A, B, С, конечные выводы - X, Y, Z, а для аналогичных выводов фаз обмотки низшего напряжения применяют такие обозначения: a,b,c,x,y,z.
В большинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяют либо в звезду -Y, либо в треугольник - Δ (рис. 1).
Выбор схемы соединений зависит от условий работы трансформатора. Например, в сетях с напряжением 35 кВ и более выгодно соединять обмотки в звезду и заземлять нулевую точку, так как при этом напряжение проводов линии передачи будет в √3 раз меньше линейного, что приводит к снижению стоимости изоляции.
В трехфазных трансформаторах можно получить 12 различных групп соединений обмоток.
НОМИНАЛЬНЫЙ РЕЖИМ ТРАНСФОРМАТОРА !!!Величины, соответствующие продолжительному режиму работы трансформатора, для которого он предназначен заводом-изготовителем, называются номинальными. Они указываются в каталогах и на табличке, прикрепленной к трансформатору.
Номинальной мощностью трансформатора является полная мощность, равная для однофазного трансформатоpa Sном=U1ном I1ном, а для трехфазного Sном = √3 U1л,ном × I 1л,ном. Так как КПД трансформаторов сравнительно высок, то принимают, что у двухобмоточного трансформатора мощности обеих обмоток равны:
S2ном = Sном = √3 U2л, ном I2л,ном.
Под номинальными напряжениями понимают соответствующие линейные напряжения каждой из обмоток. При U1л,ном =const напряжение вторичной обмотки при номинальной мощности зависит от характера нагрузки. Поэтому, чтобы избежать неопределенности, за номинальное вторичное напряжение принимается напряжение при холостом ходе, т. е. когда ток этой обмотки I2 = 0.
Номинальными токами трансформатора — первичным I1л,ном и вторичным I2л,ном — называются линейные токи, указанные на табличке и соответствующие номинальным значениям мощности и напряжений. Кроме номинальных значений мощности, напряжений и токов на табличке указываются: частота подводимого напряжения, число фаз, схема и группа соединений обмоток, напряжение короткого замыкания, режим работы (продолжительный, кратковременный), способ охлаждения, масса.
7. Опыт холостого хода — это определение реальных параметров элементов, используемых в расчётах схем замещения обычно активных двухполюсников, а именно при отсутствии внешней цепи можно определить величину ЭДС, так как из формулы закона Ома для полной цепи при сопротивлении внешнего участка стремящегося к бесконечности величина напряжения на клеммах реального элемента напряжение стремится к ЭДС, но следует учитывать соотношение внутреннего и внешнего сопротивлений: внешнее сопротивление должно быть намного больше внутреннего сопротивления источника, а на переменном токе следует учитывать реактивные составляющие сопротивления измерительного прибора.
Целью этого опыта и является определение параметра ЭДС генератора для схемы замещения.
Частный
случай этого опыта проводится
для трансформаторов переменного
тока большой мощности, когда трансформатор
вырождается из шестиполюсника в
трёхполюсник для трёхфазного тока и из
четырёхполюсника в двухполюсник
однофазного. Определяются следующие
параметры: индуктивность рассеяния, реактивное
сопротивление и
модуль полного
сопротивления первичной
обмотки. Опыты холостого хода характеризует
работу силового трансформатора в
предельном режиме при отсутствии
нагрузки 
.
8. потери в трансформаторе Потери мощности в трансформаторе являются одной из основных характеристик экономичности конструкции трансформатора. Полные нормированные потери состоят из потерь холостого хода (XX) и потерь короткого замыкания (КЗ). При холостом ходе (нагрузка не присоединена), когда ток протекает только по обмотке, присоединенной к источнику питания, а в других обмотках тока нет, мощность, потребляемая от сети, расходуется на создание магнитного потока холостого хода, т.е. на намагничивание магнитопровода, состоящего из листов трансформаторной стали. Поскольку переменный ток изменяет свое направление, то направление магнитного потока также меняется. Это значит, что сталь намагничивается и размагничивается попеременно.
9. Схемы соединений обмоток трехфазных трансформаторов
Трехфазный трансформатор имеет две трехфазные обмотки - высшего (ВН) и низшего (НН) напряжения, в каждую из которых входят по три фазные обмотки, или фазы. Таким образом, трехфазный трансформатор имеет шесть независимых фазных обмоток и 12 выводов с соответствующими зажимами, причем начальные выводы фаз обмотки высшего напряжения обозначают буквами A, B, С, конечные выводы - X, Y, Z, а для аналогичных выводов фаз обмотки низшего напряжения применяют такие обозначения: a,b,c,x,y,z.
В большинстве случаев обмотки трехфазных трансформаторов соединяют либо в звезду -Y, либо в треугольник - Δ (рис. 1).
Выбор схемы соединений зависи
т от условий работы трансформатора. Например, в сетях с напряжением 35 кВ и более выгодно соединять обмотки в звезду и заземлять нулевую точку, так как при этом напряжение проводов линии передачи будет в √3 раз меньше линейного, что приводит к снижению стоимости изоляции.
10. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ТРАНСФОРМАТОРА
При холостом ходе трансформатора (нагрузки нет) вторичная обмотка его разомкнута и тока в этой обмотке нет. В первичной обмотке при этом протекает ток холостого хода I0, который много меньше тока этой обмотки при номинальной нагрузке трансформатора. Ток холостого хода возбуждает переменный магнитный поток, который замыкается по магнитопроводу и индуктирует в первично и вторичной обмотках э.д.с, зависящие от числа витков этих обмоток ω1и ω2, амплитуды магнитного потока Фт (вб) и частоты ег изменения f. Действующие значения э. д. с. первичной E1и вторичной Е2 обмоток:
Если, например, в магнитопроводе трансформатора, включенного в сеть переменного тока с частотой f=50 гц, возбужден магнитный поток с амплитудой Фт=0,001 вб, то при числах витков обмоток ω1=572 и ω2= 108 действующие значения э. д. с. обмоток равны:
и
Так как при холостом ходе во вторичной обмотке тока нет, то напряжение на зажимах этой обмотки равно э. д. с, т. е. U2=E2. В первичной обмотке протекает небольшой ток холстого хода и напряжение этой обмотки незначительно отличается от э.д. с, т. е. U1≈E1. Отношение напряжений на зажимах первичной и вторичной обмоток трансформатора при холостом ходе (без нагрузки) называется коэффициентом трансформации и обозначается буквой К, т. е.
и
Таким образом, если в трансформаторе первичная и вторичная обмотки имеют различное число витков, то при включении первичной обмотки в сеть переменного тока с напряжением U1 на зажимах вторичной обмотки возникает напряжение U2, не равное напряжению U1.
Если, например, первичная обмотка трансформатора с числом витков ω1 — 880 включена в сеть с напряжением U1=220 в, то напряжение на зажимах вторичной обмотки ω2=48 определится из следующего соотношения:
Если вторичную обмотку трансформатора замкнуть на какой-либо приемник электрической энергии (рис. 101), то во вторичной Цепи будет протекать ток I2, а в первичной обмотке ток I1, который может быть представлен геометрической суммой тока холостого хода и нагрузочного тока.
Первичная и вторичная обмотки трансформатора электрически не соединены. Однако надо иметь в виду, что за счет магнитной связи между этими обмотками изменение тока во вторичной обмотке I2 вызывает соответствующее изменение тока первичной обмотки I1. Если увеличится ток во вторичной обмотке, то увеличится ток и в первичной обмотке. Наоборот, при уменьшении тока во вторичной обмотке, уменьшится ток и в первичной обмотке. Если разомкнуть вторичную обмотку, то ток в ней станет равным нулю, а в первичной обмотке уменьшится до малой величины (ток холостого хода I0).
По первичной и вторичной обмоткам при нагрузке протекают численно неравные токи. Если пренебречь потерями мощности в трансформаторе, то мощность, отдаваемая трансформатором приемнику энергии U2I2, равна мощности, потребляемой из сети источника энергии U1I1т. е.
11 Приведение величин вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки
Для
упрощения анализа и расчета режимов
работы трансформатора пользуются
способом, при котором одна из его обмоток
приводится к другой. Смысл приведения
состоит в том, чтобы сделать ЭДС первичной
и вторичной обмоток одинаковыми,
электромагнитную связь между обмотками
заменить электрической связью и получить
единую электрическую схему замещения
трансформатора, построить другую, более
простую и наглядную векторную диаграмму.
Чаще всего вторичную обмотку приводят
к первичной. Для этого условно заменяют
реальную вторичную обмотку некоторой
фиктивной обмоткой с числом витков:
т.е.
увеличивают число ее витков в k раз.
Таким образом, коэффициент приведения
вторичной обмотки к первичной равен
коэффициенту трансформации. Все параметры
приведенной обмотки обозначают со
штрихами:
и
т.д. В приведенной обмотке в соответствии
с новым числом витков увеличиваются
все ЭДС, напряжения и падения напряжения,
т.е.:
Важным
условием приведения является то, чтобы
мощности и потери энергии во вторичной
обмотке не изменялись. Для этого должны
выполняться равенства:
из
которых получаются соотношения для
тока и активного сопротивления приведенной
вторичной обмотки:
Аналогично
последнему соотношению изменяются
индуктивное сопротивление рассеяния
приведенной вторичной обмотки и параметры
нагрузки:
Если таким образом изменить (условно конечно) все электрические величины вторичной обмотки, то энергетические соотношения в реальном и приведенном трансформаторе сохраняются без изменений и поэтому приведение правомерно. При этом необходимо помнить, что приведение — это чисто аналитический прием, позволяющий упростить расчеты и анализ физических процессов в реальном трансформаторе.
12 Векторная диаграмма трансформатора
Векторные диаграммы наглядно показывают соотношения между токами, э.д.с. и напряжениями обмоток
Векторная
диаграмма трансформатора работающего
с отстающим током.
Векторная
диаграмма трансформатора, работающего
с кос ф 1
Диаграммы на рис. 2-14 и 2-15 показывают, что напряжение при нагрузке меньше, чем напряжение при холостом ходе, и тем меньше, чем больше сопротивления обмоток r1, x1, r2, и угол φ2.
Векторная
диаграмма трансформатора, работающего
с опережающим током. Диаграмма на рис.
2-16 показывает, что при работе трансформатора
с опережающим током напряжение на его
зажимах может быть выше, чем при холостом
ходе, так как в этом случае э.д.с.
возрастает и, кроме того, результирующая
э.д.с. + больше, чем ( ― э.д.с. рассеяния
вторичной обмотки, приведенная к числу
витков первичной обмотки).
Приведенные ранее уравнения напряжений и токов, а также векторные диаграммы относятся к однофазному трансформатору или к одной фазе трехфазного трансформатора. Различие токов холостого хода отдельных фаз трехфазного трансформатора вследствие несимметрии их магнитных цепей не имеет практического значения, так как токи холостого хода составляют обычно небольшую долю номинального тока; параметры же отдельных фаз r1, , x1, можно считать одинаковыми.
13 схема замещения трансформатора
Приведенный
трансформатор математически описывается
уравнениями электрического состояния
(2.8), (2.10) и уравнением токов (2.6б). В
соответствии с этими уравнениями
построена схема замещения трансформатора
В схеме замещения переменным параметром является сопротивление зэт; остальные ее параметры можно считать постоянными. Они могут быть определены путем расчета, а также опытным путем. В последнем случае обращаются к данным опытов холостого хода и короткого за Упрощенная схема замещения.
Параметры схемы замещения трансформатора экспериментально найти трудно. Если пренебречь током холостого хода из-за его малости, то получим так называемую упрощенную схему замещения (рис. 2.10), где рч и хх называются сопротивлениями короткого замыкания мыкания.
14 опыт короткого замыкания трансформатора
По данным опыта короткого замыкания определяются потери короткого замыкания Рк, которые могут быть приняты равными электрическим потерям в обмотках, и параметры трансформатора, к которым приходится обращаться при решении многих практических задач.
Под коротким замыканием трансформатора здесь понимается такой режим его работы, при котором вторичная обмотка замкнута накоротко, а к первичной обмотке подведено напряжение. Этому режиму работы соответствует схема замещения (рис. 2-17) при з=0.
15 внешние характеристики трансформатора
Внешняя характеристика трансформатора представляет собой зависимость между вторичными током и напряжением при изменении нагрузки, неизменном значении первичного напряжения U1 и заданном коэффициенте мощности cos φ2 во вторичной цепи.
Вторичное напряжение U2 при нагрузке отличается от напряжения холостого хода на величину изменения напряжения, которое зависит от величины нагрузки.
Внешняя характеристика может быть построена как по расчетным данным активного и индуктивного падений напряжения (расчетная внешняя характеристика), так и по опытным данным (внешняя характеристика конкретного трансформатора). Построение внешней характеристики показано на рис. 6.3. По оси ординат откладывается вторичное напряжение U2, а по оси абсцисс — величина нагрузки α (в % или долях от номинальной мощности). Начальная точка внешней характеристики начинается от ординаты, равной U2НОМ, а другой ее конец, против абсциссы α = 1 (т. е. при номинальной нагрузке), будет опущен против начала на величину ΔU — изменения напряжения.Так как изменение напряжения пропорционально нагрузочному току I2 (см. § 6.1), то внешняя характеристика практически представляет прямую линию. На рис. 6.3 построены две внешние характеристики — для cos φ2=1 и cos φ2= 0,8.Положения характеристик зависят от мощности и характера нагрузки трансформатора и при малой мощности они могут поменяться местами (при активной и активно-индуктивной нагрузках).
15. Внешние характеристики трансформатора. Внешняя характеристика – это зависимость напряжения на выводах трансформатора от тока, протекающего через нагрузку, подключенную к этим выводам, т.е. зависимость U2=f(I2) при U1=const. При изменении нагрузки (тока I2) вторичное напряжение трансформатора изменяется. Это объясняется (Ù1= –È1 + Ì1'z1, Ù2'=È2 – Ì2'z2' (1.27)) изменением падения напряжения на сопротивлении вторичной обмотки I2'z2 и изменением ЭДС E2'=E1 за счет изменения падения напряжения на сопротивлении первичной обмотки.
Причем, поскольку уравнения (Ù1= –È1 + Ì1'z1, Ù2'=È2 – Ì2'z2' (1.27)) векторные, U2 зависит как от значения нагрузки, так и ее характера: активного, индуктивного или емкостного. Значение нагрузки в трансформаторах определяют коэффициентом нагрузки:
Kн=I2/I2ном ≈ I1/I1ном, (1.30)
характер нагрузки – углом 2 сдвига по фазе вторичных напряжения и тока.
Точный расчет внешней характеристики можно выполнить по схеме замещения (рис. 1.6), изменяя zн и определяя U2 и I2. Однако на практике часто пользуются формулой
U2= U20(1 - Δu/100), (1.31)
где U20 - вторичное напряжение при холостом ходе; U2 -вторичное напряжение при данной нагрузке; a Δu - изменение вторичного напряжения, т.е. арифметическая разность между напряжением х.х. и напряжением при данной нагрузке в процентах от напряжения х.х.
Значение Δu рассчитывают по упрощенному выражению, которое можно получить из схемы замещения трансформатора при определенных допущениях:
Δu=Kн(uкаcosφ2 + uкрsinφ2) (1.32)
Входящие в выражение (1.32) величины uка и uкр - это активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания (к.з.) uк. Напряжение uк определяется как отношение напряжения Uк, при котором проводится опыт к.з., к номинальному напряжению U1ном в процентах. В опыте к.з. вторичную обмотку трансформатора замыкают накоротко (zн=0), а к первичной подводят такое пониженное напряжение Uк, при котором по обмоткам токи протекают номинальные. В опыте к.з. напряжение питания уравновешивается в основном падением напряжения в обмотках, и величину Uк можно рассматривать как эквивалентное падение напряжения в обмотках при номинальном токе нагрузки. В силовых трансформаторах и трансформаторах питания малой мощности значение uк составляет 5-15%, причем большие значения относятся к трансформаторам меньшей мощности. Конкретные значения uк приводятся в соответствующих каталогах. Значения uка и uкр либо определяются экспериментально в опыте к.з., либо рассчитываются через параметры схемы замещения.
uка= 100% I1ном (R1 - R2')/U1ном (1.33)
uка= 100% I1ном (X1 - X2')/U1ном (1.34)
Внешние характеристики, построенные по (1.31) и (1.32), представлены на рис. 1.7,a.
Как видно, характеристики линейные и жесткие. Жесткость характеристик, т.е. слабая зависимость функции (U2) от аргумента (Kн), объясняется тем, что сопротивление обмоток невелико (uк≈5-15%), а основной магнитный поток мало зависит от нагрузки. При активной (φ2=0) и активно-индуктивной (φ2>0) нагрузке характеристики всегда падающие, при активно-емкостной (φ2<0) нагрузке могут быть возрастающими (в формуле (1.32) член uкрsinφ2 становится отрицательным). В трансформаторах небольшой мощности активное падение напряжения обычно больше, чем индуктивное, и характеристика при активной нагрузке менее жесткая, чем при активно-индуктивной (рис. 1.7, а). В трансформаторах большой мощности соотношение падений напряжения противоположное и характеристика при активной нагрузке будет более жесткой.
16. Принципы регулирования вторичного напряжения. При эксплуатации трансформаторов довольно часто возникает необходимость регулирования вторичного напряжения. При этом различают два основных случая:
1) стабилизация вторичного напряжения при незначительном (на 5 — 10%) изменении первичного напряжения, что происходит обычно из-за падения напряжения в линии;
2) регулирование вторичного напряжения (из-за особенностей технологического процесса) в широких пределах при неизменном (или мало изменяющемся) первичном напряжении.
В обоих случаях вторичное напряжение регулируется путемизменения коэффициента трансформации, т. е. соотношения между числами витков первичной и вторичной обмоток.
В первом случае при небольших изменениях первичного напряжения можно изменять число витков либо первичной, либо вторичной обмотки. Например, при снижении первичного напряжения соответственно уменьшают число витков первичной обмотки так, чтобы ЭДС витка осталась неизменной. Поскольку число витков вторичной обмотки не изменяется, неизменной останется и ЭДС вторичной обмотки. При возрастании первичного напряжения соответственно увеличивают число витков первичной обмотки.
Во втором случае, когда требуется регулировать вторичное напряжение при неизменном первичном, изменяют число витков вторичной обмотки. Изменять число витков первичной обмотки в этом случае нельзя, так как это приведет к изменению магнитного потока трансформатора и, как следствие, к его перегреву или плохому использованию. Кроме того, очевидно, что получить малое выходное напряжение U2 = U1w2/w1 при неизменном числе витков вторичной обмотки практически невозможно, так какпри этом необходимо иметь большое число регулировочных витков*.
17. Параллельная работа трансформаторов.При параллельной работе трансформаторов первичные их обмотки присоединяют к общей питающей сети, а вторичные к общей сети, предназначенной для электроснабжения приемников электрической энергии.
Условия параллельной работы трансформаторов
Для лучшего использования трансформаторов при параллельной работе необходимо нагрузки распределять между ними прямо пропорционально их номинальным мощностям. Это достигается тождественностью групп соединения обмоток, равенством в пределах допусков соответственно номинальных первичных и вторичных напряжений, а также равенством в пределах допусков напряжений короткого замыкания.
Нарушение первого условия вызывает появление больших уравнительных токов между обмотками трансформаторов, которые приводят к быстрому чрезмерному их нагреву. Требование равенства соответственно номинальных первичных и вторичных напряжений сводится к установлению равенства коэффициентов трансформации, которые не должны отличаться друг от друга более чем на ±0,5 % их среднего значения во избежание недопустимых уравнительных токов обмоток трансформаторов.
Схема включения трехфазных трансформаторов для параллельной работы
Различие между напряжениями короткого замыкания трансформаторов при параллельной работе допускают до ±10 % их среднего значения, так как неравенство этих величин вызывает перегрузку тех трансформаторов, у которых напряжение короткого замыкания имеет меньшее значение. Помимо этого, рекомендуется, чтобы отношение номинальных мощностей параллельно работающих трансформаторов не превышало 3 : 1.
При параллельном включении трехфазных трансформаторов нужно, чтобы их одноименные зажимы были присоединены к одному и тому же проводу сети, а перед первоначальным включением проведена фазировка, т. е. проверка соответствия по фазе вторичных э. д. с. при подключении первичных обмоток к общей сети.
Фазировка трехфазных трансформаторов при включении их на параллельную работу
Фазировка предусматривает проверку симметрии вторичных э. д. с. каждого трансформатора в отдельности и измерение напряжений между зажимами b и В2, c и С2, которые при закороченных зажимах а и А2 и правильном присоединении трансформатора должны быть равны нулю. Если напряжения между названными зажимами отличны от нуля, это указывает на допущенную ошибку монтажа, исключающую, до ее устранения, возможность включения трансформаторов на параллельную работу. Для измерения напряжений при фазировке следует применять электромагнитный вольтметр на двойное линейное вторичное напряжение трансформаторов.
Схема фазировки трехфазных трансформаторов, включаемых на параллельную работу
Распределение нагрузок между трансформаторами, включенными на параллельную работу
Распределение нагрузок S1 и S2 между параллельно работающими трансформаторами подчинено уравнению
S1 / S2 = (S1ном / S2ном) х (Uк2* / Uк1*),
где S1ном, S2ном - номинальные мощности, Uк1*, Uк2* - напряжение короткого замыкания трансформаторов, включаемых на параллельную работу.
Некоторое перераспределение нагрузки между параллельно работающими трансформаторами с различными напряжениями короткого замыкания осуществляют изменением их коэффициентов трансформации путем переключения ответвлений первичных обмоток. Переключение необходимо выполнять так, чтобы у недогруженных трансформаторов вторичное напряжение при холостом ходе было выше, чем у трансформаторов, работающих с перегрузкой. В виде исключения допустима параллельная работа трансформаторов с разными коэффициентами трансформации и неодинаковыми напряжениями короткого замыкания при непременном условии, чтобы ни один из трансформаторов не был перегружен сверх установленных норм.
18. Многообмоточные трансформаторы. Силовые трансформаторы малой мощности (для телевизоров, радиоприемников и т. п.) выполняют, как правило, многообмоточными: они имеют одну первичную обмотку и несколько вторичных, от которых питаются различные электрические цепи, не связанные между собой (например, цепи накала радиоламп Напряжением 6,3 В, их анодные цепи напряжением 200—300 В и т. п.). Типичная схема силового трансформатора радиоприемника приведена на рис. 2.55, а. Первичная обмотка разбита на две части и имеет несколько выводов для включения трансформатора на различные напряжения сети (выводы А и X1 — для напряжения 127 В, А и Х2 - для напряжения 220 В). Ко вторичным обмоткам подключают различные потребители с сопротивлениями Zн1, Zн2, ..., Zнn.
Схема замещения многообмоточного трансформатора отличается от двухобмоточного тем, что она имеет несколько лучей во вторичной цепи (рис. 2.55, б) в соответствии с числом вторичных обмоток. В маломощных низковольтных трансформаторах (U1ном≤220 В; Sном ≤ 500 В • А) изоляция между обмотками имеет малую толщину, вследствие чего потоки рассеяния трансформаторов относительно малы. Поэтому в схеме замещения индуктивными сопротивлениями можно пренебречь и учитывать только активные сопротивления обмоток.
Рис. 2.55. Электрическая схема и схема замещения многообмо-точного трансформатора
Активные сопротивления обмоток в таких трансформаторах измеряют обычными методами (при постоянном токе), а затем приводят к числу витков первичной обмотки, умножая на квадрат соответствующего коэффициента трансформации. Проведение опытов короткого замыкания между парами обмоток для многообмоточного трансформатора нецелесообразно из-за большого различия в мощностях первичной и вторичной обмоток, а следовательно, невозможности установить номинальные значения тока одновременно для первичной и вторичной обмоток.
19. А́втотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только магнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет, зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.
Схема автотрансформатора.
Принцип работы автотрансформатора[править | править исходный текст]
Предположим,
что источник электрической энергии
(сеть
переменного тока)
подключен к виткам 
обмоткиавтотрансформатора,
а потребитель — к некоторой части
этой обмотки 
.
При прохождении переменного тока по обмотке автотрансформатора возникает переменный магнитный поток,индуктирующий в этой обмотке электродвижущую силу, величина которой прямо пропорциональна числу витков обмотки.
Следовательно,
если во всей обмотке автотрансформатора,
имеющей число витков
,
индуктируется электродвижущая сила 
,
то в части этой обмотки, имеющей число
витков
,
индуктируется электродвижущая сила 
.
Соотношение величин этих ЭДС выглядит
так: 
,
где 
—
коэффициент трансформации.
Так
как падение напряжения в активном
сопротивлении обмотки
автотрансформатора относительно мало,
то им практически можно пренебречь и
считать справедливыми равенства 
и 
,
где 
—
напряжение источника электрической
энергии, поданное на всю обмотку
автотрансформатора, имеющую число
витков
;
—
напряжение,
подаваемое к потребителю электрической
энергии, снимаемое с той части обмотки
автотрансформатора, которая обладает
количеством витков
.
Следовательно, 
.
Напряжение , приложенное со стороны источника электрической энергии ко всем виткам обмотки автотрансформатора, во столько раз больше напряжения , снимаемого с части обмотки, обладающей числом витков , во сколько раз число витков больше числа витков .
Если
к автотрансформатору подключен
потребитель электрической энергии, то
под влиянием напряжения
в
нём возникает электрический
ток,
действующее значение которого обозначим
как 
.
Соответственно
в первичной цепи автотрансформатора
будет ток, действующее значение которого
обозначим как 
.
Однако
ток в верхней части обмотки
автотрансформатора, имеющей число
витков 
будет
отличаться от тока в нижней её части,
имеющей количество витков
.
Это объясняется тем, что в верхней части
обмотки протекает только ток
,
а в нижней части — некоторый
результирующий ток, представляющий
собой разность токов
и
.
Дело в том, что согласно правилу
Ленца индуктированное электрическое
поле в
обмотке автотрансформатора
направлено
навстречу электрическому полю, созданному
в ней источником электрической энергии.
Поэтому токи
и
в
нижней части обмотки автотрансформатора
направлены навстречу друг другу, то
есть находятся в противофазе.
Сами
токи
и
,
как и в обычном трансформаторе,
связаны соотношением 
или 
.
Так
как в понижающем трансформаторе 
,
то 
и
результирующий ток в нижней обмотке
автотрансформатора равен 
.
Следовательно,
в той части обмотки автотрансформатора,
с которой подаётся напряжение на
потребитель, ток значительно
меньше тока
в потребителе, то есть 
.
Это позволяет значительно снизить расход энергии в обмотке автотрансформатора на нагрев её проволоки (См. Закон Джоуля — Ленца) и применить провод меньшего сечения, то есть снизить расход цветного металла, уменьшить вес и габариты автотрансформатора.
Если автотрансформатор повышающий, то напряжение со стороны источника электрической энергии подводится к части витков обмотки трансформатора , а на потребитель подводится напряжение со всех его витков .
20. Обмотки машин переменного тока. Виды обмоток. По конструкции катушек обмотки подразделяют на всыпные с мягкими катушками и обмотки с жесткими катушками или полукатушками. Мягкие катушки изготовляют из круглого изолированного провода. Для придания требуемой формы их предварительно наматывают на шаблоны, а затем укладывают в изолированные трапецеидальные пазы (см. рис. 3.4, в, г и 3.5, в); междуфазовые изоляционные прокладки устанавливают в процессе укладки обмотки. Затем катушки укрепляют в пазах с помощью клиньев или крышек, придают им окончательную форму (формируют лобовые части), осуществляют бандажирование обмотки и ее пропитку. Весь процесс изготовления всыпных обмоток можно полностью механизировать.
Жесткие катушки (полукатушки) изготовляют из прямоугольного изолированного провода. Окончательную форму им придают до укладки в пазы; одновременно на них накладывают корпусную и междуфазовую изоляцию. Затем катушки укладывают в предварительно изолированные открытые или полуоткрытые пазы (см. рис. 3.4, а, б и 3.5, а, б), укрепляют и подвергают пропитке.
Всыпные обмотки имеют ряд преимуществ по сравнению с обмотками с жесткими катушками:
а) возможность полной механизации всего процесса изготовления обмотки;
б) упрощение технологий изготовления машины: намотку катушечных групп, а в ряде случаев и фаз обмотки выполняют без разрыва провода, что уменьшает число паек; укладку обмотки в пазы сердечника производят вне корпуса машины, что облегчает и удешевляет процесс обмотки и пропитки;
в) уменьшение длины вылета лобовых частей, что приводит к сокращению длины активной части машины и потерь энергии в обмотке;
г) применение в машине пазов трапецеидальной формы с уменьшенной шириной его шлица, что обеспечивает улучше ние использования зубцовой зоны, уменьшение магнитного сопротивления воздушного зазора, пульсации магнитного потока в нем и, как следствие, снижение величины намагничивающего тока и добавочных потерь.
Достоинством обмоток с жесткими катушками являются:
а) улучшение заполнения паза из-за применения проводов прямоугольного сечения;
б) повышение надежности обмотки из-за снижения вероятности появления производственных дефектов, так как в пазы укладывают готовые изолированные и проверенные катушки, которые подвергаются меньшим деформациям.
Поэтому всыпные обмотки получили широкое применение для асинхронных двигателей на напряжение до 1000 В и мощностью до 100 кВт. В двигателях мощностью свыше 100 кВт применение всыпных обмоток из круглого провода встречает значительные технологические трудности. Обмотки таких двигателей изготовляют в основном из жестких катушек, выполненных из прямоугольного провода.
По расположению катушек в пазах и размещению их лобовых частей различают однослойные, двухслойные (в том числе концентрические), одно-двухслойные обмотки.
Однослойные обмотки (рис. 3.18,а) наиболее пригодны для механизированной укладки, так как в этом случае обмотка должна быть концентрической и укладываться в пазы статора обеими сторонами катушки одновременно. Однако применение их приводит к увеличенному расходу обмоточного провода из-за значительной длины лобовых частей. Кроме того, в таких обмотках не представляется возможным выполнить укорочение шага, что приводит к ухудшению формы магнитного поля в воздушном зазоре, увеличению добавочных потерь, возникновению провалов в механической характеристике и повышению шума. Однако из-за своей простоты и дешевизны такие обмотки широко применяют в асинхронных двигателях небольшой мощности до 10 — 15 кВт.
Двухслойные обмотки (рис. 3.18,6) позволяют выполнить укорочение шага обмотки на любое количество зубцовых делений, благодаря чему улучшается форма магнитного поля, создаваемого обмоткой, и подавляются высшие гармонические в кривой ЭДС. Кроме того, при двухслойных обмотках получается более простая форма лобовых соединений, что упрощает изготовление обмоток. Такие обмотки применяют для двигателей мощностью свыше 100 кВт с жесткими катушками, которые укладывают вручную.
|
Рис. 3.18. Расположение катушек в пазах при однослойной (а) и двухслойной (б) обмотках |
Одно-двухслойные концентрические обмотки сочетают в себе преимущества однослойных — возможность механизированной укладки и двухслойных — применение укорочения шага. Однако они более трудоемки, чем однослойные, и поэтому их нецелесообразно применять для машин малой мощности. Такие обмотки используют в машинах мощностью 15—100 кВт при q > 2.
Для асинхронных двигателей с q > 6 применение концентрических одно-двухслойных обмоток нецелесообразно из-за значительной длины вылета лобовых частей, размещение которых приводит к увеличению общих размеров машины. В таких двигателях применяют двухслойную концентрическую обмотку, предназначенную для механизированной укладки. Эту обмотку можно выполнить «в развалку» — с разделением каждой катушечной группы на две концентрические подгруппы, что существенно уменьшает длину вылета лобовых частей.
Однослойные обмотки. При выполнении однослойной обмотки необходимо предусматривать возможность установки ротора внутрь статора. Поэтому лобовые части, посредством которых соединяют между собой активные проводники, лежащие в пазах, должны быть отогнуты к сердечнику статора. В зависимости от способа выполнения лобовых соединений однослойные обмотки могут иметь различные конструкции. Обычно используют шаблонные и концентрические обмотки.
Рассмотрим принцип построения трехфазной однослойной обмотки на примере четырехполюсной машины (2р = 4) с минимальным числом пазов на полюс и фазу q = 2 (сосредоточенные обмотки с q = 1 не применяют). В этом случае проводники, принадлежащие одной фазе, размещают под парой полюсов в четырех пазах (рис. 3.19). Одна фаза занимает в машине восемь пазов: 2pq = 4•2 = 8;
|
Рис. 3.19. Схема расположения катушек на статоре трехфазной машины с однослойной обмоткой |
|
Рис. 3.20. Схема шаблонной обмотки (а) при 2р = 4; q= 2 и z = 24 и расположение ее лобовых частей (б):1 — сердечник статора; 2 — нажимная шайба; 3 — катушки |
число пазов в машине z = 2рqm = 24. На рис. 3.19 указано также мгновенное направление ЭДС, индуцированных в проводниках различных фаз для момента времени, соответствующего максимальному значению тока в фазе АХ.
На рис. 3.20 приведена схема соединения указанных проводников при выполнении шаблонной обмотки, изготовляемой из заранее намотанных катушек одинаковой формы (см. рис. 3.7, а). Обычно это трапецеидальные катушки, которые в процессе намотки закладывают в пазы и соединяют между собой соответствующим образом. Для наглядности изображения поверхность статора или ротора вместе с пазами и обмоткой развертывают в плоскость и все соединения проводников изображают в виде прямых линий. Проводники, лежащие в одном пазу (т. е. каждую сторону катушки), изображают в виде линии.
При выполнении обмотки проводники, лежащие в различных пазах, соединяют между собой в витки и катушки так, чтобы индуцированные в них ЭДС складывались. Так, например, в обмотке, приведенной на рис. 3.20, а, фаза АХ состоит из четырех катушек, образованных проводниками, которые размещены в пазах 1—7, 2 — 8, 13 — 19 и 14 — 20; соответственно фаза BY — из четырех катушек, образованных проводниками, которые лежат в пазах 5—11, 6—12, 17—23 и 18—24,
|
Рис. 3.21. Схема концентрической обмотки (в) при 2р = 4, q = 2, z = 24 и расположение ее лобовых частей (б): 1 — сердечник статора; 2 — нажимная шайба; 3,4 — катушки |
а фаза CZ — из четырех катушек, образованных проводниками, которые лежат в пазах 9—15, 10 — 16, 21—3 и 22 — 4.
В обмотке, показанной на рис. 3.20, а, каждая катушечная группа состоит из двух катушек. Лобовые части катушек шаблонной обмотки при выходе из пазов отгибают, как показано на рис. 3.20,6.
На рис. 3.21, а показана схема концентрической обмотки для той же машины (2р = 4; q= 2; z = 24). Здесь катушки имеют разные размеры. Однако в последовательную цепь включены те же проводники 1—24, и в электрическом отношении свойства обеих обмоток одинаковы.
Несмотря на то что при концентрической обмотке одни катушки короче, а другие длиннее, шаг обмотки остался неизменным, т. е. и в этом случае он равен полюсному делению (как и при шаблонной обмотке). В концентрической обмотке катушки, принадлежащие одной катушечной группе, располагают одну внутри другой (рис. 3.21,6). Однако катушки различных катушечных групп пересекаются, поэтому их лобовые части необходимо располагать в двух или трех плоскостях (ярусах).
Двухслойные обмотки. Выпускаемые промышленностью машины общего применения с двухслойными обмотками имеют обычно шаг у = (0,8 ÷ 0,856) τ, т. е. подавляются пятая — седьмая и кратные им гармонические. На рис. 3.22, а показано расположение проводников в пазах статора четырехполюсной машины с двухслойной обмоткой при тех же параметрах обмотки (2р = 4; q= 2; z = 24), что и в машине с однослойной обмоткой (см. рис. 3.19). Шаг обмотки по пазам принят равным у = 0,8τ.
В каждом пазу проводники располагают в два слоя, причем проводники верхнего и нижнего слоев, принадлежащие одной фазе, сдвинуты относительно друг друга на один паз. Проводники соединяют между собой в катушки так, чтобы индуцированные в них ЭДС складывались. В соответствии с направлением ЭДС, показанным на рис. 3.22, а, фаза АХ в этом случае имеет восемь катушек, образованных проводниками, которые находятся в пазах 1-6, 2 - 7, 7- 12, 8-13, 13-18, 14-19, 19-24, 20-1. Одна сторона этих катушек состоит из проводников, расположенных в верхнем слое пазов 1, 2, 7 и 8 и т. д., а вторая — из проводников, расположенных в нижнем слое пазов 6, 7, 12, 13 и т. д.
В схеме двухслойной обмотки (рис. 3.22,6) все проводники, лежащие в каждом слое паза (каждая сторона катушки), изображены в виде линии. Проводники верхних слоев показаны сплошными линиями; нижних слоев - штриховыми линиями. Направление ЭДС в проводниках показано стрелками в соответствии с направлением, указанным на рис. 3.22, а. Лобовые части обмоток располагают, как показано на рис. 3.22, в. Общее число катушек при двухслойной обмотке вдвое больше, чем при однослойной, что несколько усложняет конструкцию и стоимость обмотки. Однако такая обмотка дает некоторую экономию обмоточного провода. Кроме того, все катушки совершенно одинаковы (см. рис. 3.7,6), что позволяет механизировать их изготовление.
В схемах, приведенных на рис. 3.20, а; 3.21, а; 3.22,6, все катушки одной фазы соединены последовательно. Такое соединение характерно для машин сравнительно небольшой мощности. В машинах большой мощности для уменьшения сечения отдельных проводников катушки соединяют так, чтобы образовались параллельные ветви, содержащие равное количество катушек. В этом отношении двухслойные обмотки имеют преимущество перед однослойными, так как из-за большого числа катушек облегчается распределение их по параллельным ветвям.
Обычно двухслойные обмотки выполняют с q, равным целому числу. Однако в некоторых случаях применяют обмотки с дробным q. Например, при серийном производстве двигателей переменного тока целесообразно в ряде случаев
Рис. 3.22. Схема расположения катушек двухслойной обмотки на статоре трехфазной машины (а) и их соединение между собой (б); устройство лобовых частей (в): 1 — сердечник статора; 2 — нажимная шайба; 3 — катушки |
|
|
|
|
Рис. 3.23. Схема двухслойной концентрической обмотки при z = 24, 2р = 4, q = 2 |
для машины с различными числами полюсов 2р использовать одни и те же листы статора с определенным числом пазов z. При этом одно из значений 2р дает q = z/(2pm), не равное целому числу. Двухполюсные обмотки с дробным q применяют также в тихоходных (многополюсных) машинах большой мощности, например в гидрогенераторах, у которых практически невозможно выполнить обмотку статора с q > 1; в этом случае пришлось бы иметь на статоре слишком большое число зубцов z. Используя в машинах дробное значение q, можно получить такие же результаты для подавле¬ния высших гармонических МДС, как и при увеличении числа пазов на полюс и фазу.
В обмотках с дробным q катушечные группы не могут состоять из дробного числа катушек, поэтому в таких обмотках используют два типа катушечных групп: большие и малые, которые чередуются между собой с определенной периодичностью; при этом в больших катушечных группах число катушек на одну больше, чем в малых. Например, в каждой фазе одна из групп состоит из двух катушек, а другая - из одной; в результате среднее число катушек в катушечных группах q = (2 + 1)/2 = 1,5.
При механизированной укладке применяют концентрическую двухслойную обмотку. Катушечные группы этой обмотки выполнены из концентрических катушек с различными шагами (рис. 3.23). Шаг наибольшей катушки равен числу пазов, заключенных между первой и последней сторонами катушек одной катушечной группы, как у обычной двухслойной обмотки. Определенная последовательность укладки катушечных групп при выполнении такой обмотки позволяет уложить в статор все катушки без подъема ранее уложенных катушек из пазов. В концентрической двухслойной обмотке различные катушечные группы имеют неодинаковое индуктивное сопротивление, что ограничивает возможность соединения их в несколько параллельных ветвей.
Одно-двухслойные обмотки. В обычной двухслойной обмотке в некоторых пазах располагают стороны катушек, принадлежащих к одной и той же фазе (например, пазы 3, 5, 7 и другие на рис. 3.22, б), а в других - стороны катушек разных фаз. В однодвухслойной обмотке в пазах, в которых размещены стороны катушек одной и той же фазы, помещают однослойную катушку (большую с двойным числом витков), а в остальных пазах - в два слоя стороны катушек разных фаз (рис. 3.24). Такая обмотка состоит из концентрических катушек; число катушечных групп равно числу полюсов. Катушечная группа состоит из одной большой и q - 2 малых ка-
|
Рис. 3.24. Схема расположения катушек одной фазы на статоре трехфазной машины с одно-двухслойной обмоткой (2р = 4, q = 3, z= 36) |
тушек (всего q - 1 катушка). Шаг большой катушки уб = τ - 1; шаги малых катушек ум1 = yб - 2; ум2 = yб - 4; ум3 = yб - 6.... Указанная обмотка выполнима только при q > 2. При q = 2 она превращается в концентрическую однослойную обмотку. Расчетное укорочение шага в обмотке с одной большой катушкой в каждой катушечной группе β = π (q — 2)/3q. Одно-двухслойную обмотку можно выполнить и с двумя большими катушками в катушечной группе. В этом случае общее число катушек в группе равно q - 2 и расчетное укорочение шага β = π (q - 1)/3q. Такая обмотка выполнима при q > 4.
Точные обмотки. В некоторых видах микромашин (например, в поворотных трансформаторах) для большего приближения МДС к синусоидальной форме требуется применять более сложные - точные - обмотки (синусные, трапецеидальные и др.). При синусной обмотке в пазах, расположенных в пределах одного полюсного деления т, укладывают неодинаковое число витков данной фазы. При этом они должны быть распределены по отдельным пазам так, чтобы линейная нагрузка А (число ампер на 1 см окружности статора или ротора), а следовательно, и МДС распределялись вдоль окружности статора или ротора по синусоидальному закону.
Однако из-за ограниченного числа пазов распределение витков по пазам не может быть идеально синусоидальным,
|
Рис. 3.25. Диаграммы распределения линейной нагрузки (а) и МДС (б) для точной обмотки |
а носит ступенчатый характер. Поэтому в машинах с синусными обмотками делают скос пазов на одно зубцовое деление. Это практически уничтожает зубцовые гармонические в кривых магнитного поля и ЭДС.
Поскольку выполнение синусных обмоток более трудоемко, чем равнокатушечных, часто и в микромашинах применяют равнокатушечные двухслойные обмотки с трапецеидальным рас¬пределением линейной нагрузки вдоль окружности статора. Наилучшие результаты (для равнокатушечных обмоток) дает распределение линейной нагрузки Ах в виде трапеции с верхним основанием, равным 1/3 полюсного деления (рис. 3.25, а). В этом случае полностью уничтожается третья гармоническая и значительно ослабляются пятая, седьмая и др. Так, например, при указанном на рис. 3.25, а распределении линейной нагрузки Ах кривая распределения МДС Fx (рис. 3.25,6) состоит из отрезков прямых ab, de, ef, hk и парабол bc, cd, fg, gh и весьма близка к синусоиде.
На рис. 3.26, а для примера приведена схема такой обмотки при 2р = 2 и z = 12. Обмотка выполнена двухслойной: витки фаз АХ и BY закладывают в одни и те же пазы, но числа витков одной фазы в каждом пазу различны (рис. 3.26,6). Оси обмоток различных фаз сдвинуты в пространстве на половину полюсного деления. Лобовые части обеих
|
Рис. 3.26. Схема двухфазной точной обмотки (а) и распределение ее проводников по пазам (б): 1 — проводники фазы АХ; 2 — проводники фазы BY |
фаз при выходе из пазов изгибают в двух плоскостях, как показано на рис. 3.20.
Для машин большой мощности применение точных обмоток обычно нецелесообразно, так как они дают существенное уменьшение первой гармонической МДС.
21. Электродвижущая сила в обмотках машин переменного тока. При конструировании машин переменного тока стремятся к тому, чтобы индуктируемые в обмотках эдс были синусоидальными. Если эдс индуктируется вращающимся магнитным полем, то для этого необходимо, чтобы распределение магнитной индукции вдоль воздушного зазора было также синусоидальным [1]. Получение вполне синусоидального распределения магнитного поля практически невозможно. Если магнитная индукция распределена вдоль окружности воздушного зазора несинусоидально, то в магнитном поле, кроме основной (первой) гармоники (u = 1), будут присутствовать другие нечетные гармоники (u = 3, 5, 7....), амплитуды которых уменьшаются с увеличением их порядкового номера.
В асинхронном двигателе от вращающегося магнитного поля, распределенного вдоль зазора несинусоидально, в обмотке статора наводится несинусоидальная эдс самоиндукции, направленная навстречу синусоидальному напряжению сети. В результате по обмоткам статора потечет несинусоидальный ток, который ухудшит механическую характеристику двигателя (вызовет в ней провалы), появятся вибрации и шум.
Для улучшения кривой поля возбуждения явнополюсных синхронных генераторов очень тщательно подходят к форме наконечников полюсов.
22. Конструкция асинхронных двигателей. Рассмотрим конструкцию, примером послужит асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, но так же существует фазный тип ротора. Асинхронный двигатель состоит из статора и ротора между которыми воздушный зазор. Статор и ротор в свою очередь еще имеют так называемые активные части – обмотка возбуждения (отдельно статорная и отдельно роторная) и магнитопровод (сердечник). Все остальные детали АД, такие как: вал, подшипники, вентилятор, корпус, и т.п. – чисто конструктивные детали, обеспечивающие защиту от окружающей среды, прочность, охлаждение, возможность совершать вращение.Статор представляет собой трёх (или много)-фазную обмотку, проводники которой равномерно уложены в пазах по всей окружности, с угловым расстоянием в 120 эл. градусов. Концы обмотки статора обычно соединяют по схемам «звезда» или «треугольник», и подключаются к сети питающего напряжения. Магнитопровод выполняется из электротехнической шихтованной (набрано из тонких листов) стали.
Как я уже сказал ранее, в асинхронном двигателе существует всего 2 типа роторов: это фазный тип ротора, и короткозамкнутый. Магнитопровод ротора также выполнен из шихтованной электротехнической стали. Короткозамкнутый ротор имеет вид так называемой «беличьей клетки» из-за схожести своей конструкции на эту клетку. Состоит эта клетка из медных стержней, которые накоротко замкнуты кольцами. Стержни непосредственно вставлены в пазы сердечника ротора. Для улучшения пусковых характеристики АД с таким типом ротора, применяют специальную форму паза, это дает возможность использования эффекта вытеснения тока, что влияет на увеличение активного сопротивления роторной обмотки при пуске (больших скольжения). Сами по себе, АД с короткозамкнутым ротором имеют малый пусковой момент, что пагубно сказывается на области их использования. Наибольшее распространение они нашли в системах которые не требуют больших пусковых моментов. Однако, данный тип ротора отличается тем, что на его обслуживание тратится меньше средств чем на обслуживание двигателя с фазным ротором, вследствие отсутствия физического контакта в типе ротора беличья клетка.Фазный ротор состоит из трёхфазной обмотки, зачастую соединенной по схеме «звезда», и выведенную на контактные кольца, которые вращаются вместе с валом. Щетки выполнены из графита. Фазный ротор дает много преимуществ, таких как пуск звезда-треугольник, регулирование частоты вращения изменением сопротивления ротора.
23. Принцип действия асинхронного двигателя. С устройством асинхронного двигателя мы уже знакомились, поэтому повторяться второй раз не будем. Кому интересно, то переходите по ссылочке и читайте.
При подключении асинхронного двигателя в сеть необходимо его обмотки соединить звездой или треугольником. Если вдруг на выводах в клеммнике отсутствует маркировка, то необходимо самостоятельно определить начала и концы обмоток электродвигателя.
При включении обмоток статора асинхронного двигателя в сеть трехфазного переменного напряжения образуется вращающееся магнитное поле статора, которое имеет частоту вращения n1. Частота его вращения определяется по следующей формуле:n1=60*f/p f — частота питающей сети, Гц
р — число пар полюсов
Это вращающееся магнитное поле статора пронизывает, как обмотку статора, так и обмотку ротора, и индуцирует (наводит) в них ЭДС (Е1 и Е2). В обмотке статора наводится ЭДС самоиндукции (Е1), которая направлена навстречу приложенному напряжению сети и ограничивает величину тока в обмотке статора.
Как Вы уже знаете, обмотка ротора замкнута накоротко, у электродвигателей с короткозамкнутым ротором, или через сопротивление, у электродвигателей с фазным ротором, поэтому под действием ЭДС ротора (Е2) в ней появляется ток. Так вот взаимодействие индуцируемого тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем статора создает электромагнитную силу Fэм.
Направление электромагнитной силы Fэм можно легко найти по правилу левой руки.
24. Асинхронная машина при неподвижном роторе. Если к обмотке статора подвести напряжение сети U1, а обмотку ротора разомкнуть (например, в машине с фазным ротором с помощью подъема щёток), то за счет U1 в обмотке статора будет ток холостого хода I0, который создает вращающееся магнитное поле, часть которого Ф сцепляется с обеими обмотками, а часть Фσ1 – только с обмоткой статора. Поток Ф называется так же, как и в трансформаторе, основным потоком, поток Фσ1 – потоком рассеяния. Первый наводит ЭДС E1 и E2 в обмотках статора и ротора, второй – ЭДС рассеяния E σ1 = –jI0x1 только в обмотке статора.
Взаимозависимость между подведенным напряжением U1 и ЭДС определяется так же, как и в трансформаторе, а именно:
U1 = –E1 + I0z1 , (6.4)
где
U1
–
фазное напряжение источника питания;
E1
–
фазная ЭДС статорной обмотки;
z1 = r1 + jx1
–
комплекс полного сопротивления фазной обмотки статора.
В рассматриваемых условиях асинхронная машина представляет собой статический трансформатор при холостом ходе. Но при этом нужно учитывать, что асинхронная машина на пути вращающегося потока имеет двойной воздушный зазор и поэтому её ток I0 гораздо больше, чем в трансформаторах, что и отмечалось уже ранее. Согласование источника энергии с нагрузкой Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника энергии и нагрузки.
В уравнении (6.4) величина I0 z1 мала, в зависимости от мощности составляет 2–8 % от напряжения U1, поэтому можно считать, что
. (6.5)
ЭДС, наводимые основным потоком Ф в обмотках, будут:
;
, (6.6) Компьютерное моделирование — основа представления знаний в ЭВМ. Компьютерное моделирование для рождения новой информации использует любую информацию, которую можно актуализировать с помощью ЭВМ. Прогресс моделирования связан с разработкой систем компьютерного моделирования, а прогресс в информационной технологии — с актуализацией опыта моделирования на компьютере, с созданием банков моделей, методов и программных систем, позволяющих собирать новые модели из моделей банка.
где
f1
–
частота тока сети;
w1, w2
–
числа число витков фазных обмоток статора и ротора;
kоб1, kоб2
–
обмоточные коэффициенты соответствующих обмоток;
Фm
–
амплитудное значение основного магнитного потока.
Если считать, что f 1= const, то в асинхронной машине E1≡ Фm. Сопоставляя эту зависимость с выражением (6.5), видим, что основной магнитный поток статора, как и в трансформаторе, определяется главным образом приложенным напряжением. В дальнейшем этот вывод распространяется и на режимы работы машины под нагрузкой вплоть до номинальной.
Отношение называется коэффициентом трансформации ЭДС.
Так как при разомкнутой обмотке ротора n = 0, то мощность P0, подводимая к машине из сети, идет только на покрытие потерь, а именно:
а) потерь в меди статора , (3 – число фаз, Iоф – фазный ток холостого хода);
б) потери в стали статора ∆PСТ1;
в) потери в стали ротора ∆PСТ2.
Следовательно, .
Если роторную обмотку машины замкнуть, а сам ротор затормозить, то машина будет работать в режиме короткого замыкания. Относительное значение напряжения короткого замыкания, при котором I1К = I1Н у неё больше, чем у трансформатора из–-за больших магнитных потоков рассеяния.
Составляем матрицу соединений (узловую матрицу) [А]:
Матрица соединений составляется для всех узлов графа, кроме одного, который заземляете и потенциал которого .
В узловой матрице номер строки соответствует номеру узла; номер столбца – номеру ветви.
В ячейки узловой матрицы ставят +1, -1, 0: