Специальные типы трансформаторов

В  электротехнических   установках используются некоторые  специальные типы трансформаторов: автотрансформаторы, многообмоточные трансформаторы, трехфазные трансформаторы.

Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого имеется только одна обмотка с числом витков w₁ . Часть этой обмотки с числом витков w₂ принадлежит одновременно первичной и вторичной цепям. Схема такого автотрансформатора изображена на рис. 5.16.

Рис. 5.16. Автотрансформатор

Напряжение источника U₁ приложено ко всем виткам обмотки w₁ .

Вторичное напряжение U₂ определяется частью обмотки с числом витков w₂ . При этом коэффициент трансформации:

k_Т = U₁/U₂ = w₁ / w₂ .

Автотрансформаторы выгодно использовать в тех случаях, когда коэффициент трансформации близок к единице.

Многообмоточные трансформаторы имеют одну первичную обмотку и несколько вторичных обмоток с разными числами витков (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Многообмоточный трансформатор

Все обмотки располагаются на одном магнитопроводе. Разные вторичные обмотки обеспечивают разный коэффициент трансформации и создают разное по величине напряжение.

Такие трансформаторы используются в радиотехнических схемах для получения нескольких напряжений.

В трехфазной сети переменного тока изменение напряжений осуществляется с помощью трехфазного силового трансформатора с общим для трех фаз сердечником (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Устройство трехфазного трансформатора

В трехфазном трансформаторе с общим магнитопроводом магнитный поток любой из фаз может замыкаться через стержни, на которых расположены обмотки двух других фаз. Расход стали на трехфазный трансформатор значительно меньше, чем на три однофазных трансформатора. Это делает его легче, дешевле, эффективней. Первичные и вторичные обмотки трех фаз соединяют между собой способами "звезда" или "треугольник". Например, на рис. 5.19 показано условное обозначение трехфазного трансформатора с группой соединения обмоток "звезда / звезда с нейтралью" ( ). Общий вид трехфазного масляного трансформатора показан на рис. 5.14.

Рис. 5.19. Условное обозначение трехфазного трансформатора

6. Электрические машины Введение. Основные понятия

Электрическая энергия обладает рядом преимуществ по сравнению с другими видами энергии. Это определяет ее повсеместное использование. Одно из основных преимуществ – возможность эффективного преобразования в механическую энергию, а также возможность преобразования механической энергии в электрическую. Это осуществляется посредством электромеханических преобразователей, среди которых наиболее важное место занимают электрические машины.

Электрические машины – это устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую, либо механическую энергию в электрическую.

В первом случае такая электрическая машина называется электрическим двигателем, во втором – генератором электроэнергии (Рис. 6.1).

Рис. 6.1. Преобразование энергии в электрической машине

Электрические машины обладают свойством обратимости. Это означает, что одна и та же машина может работать как электродвигателем, так и генератором. Если вращать вал электрической машины, то на зажимах ее электрической обмотки создается разность электрических потенциалов, а при подключенном электроприемнике возникает электрический ток. Таким образом эта машина преобразует механическую энергию в электрическую, т.е. является генератором электроэнергии. С другой стороны, если электрическую обмотку этой машины подключить к источнику электроэнергии, то в результате происходящих в ней процессов создается электромагнитный вращающий момент, под действием которого вал машины вращается и вращает приводной механизм. В этом случае машина преобразует электрическую энергию в механическую, т.е. является электрическим двигателем.

В основе работы электрических машин лежат проявления магнитного поля. В частности электромагнитный вращающий момент возникает при взаимодействии магнитного поля, создаваемого в электрической машине, с электрической обмоткой, в которой замыкается ток (силовое действие магнитного поля). При работе электрической машины ее обмотки перемещаются относительно магнитного поля. При этом в обмотках индуцируется ЭДС (индукционное действие магнитного поля). Совместное действие этих проявлений магнитного поля определяет свойства и характеристики электрической машины.

Таким образом, в основе конструкции электрических машин лежит магнитная цепь, в которой формируется магнитное поле определенной интенсивности и необходимым образом распределенное в пространстве.

Характер магнитного поля, создаваемого в электрической машине, может быть разным. Магнитное поле может быть постоянным, создаваться постоянным магнитом или электрической обмоткой с постоянным током. Магнитное поле может быть переменным, создаваться неподвижной электрической обмоткой с переменным током, либо обмоткой с постоянным током, расположенной на вращающейся части электрической машины. Ток в электрической обмотке, которая взаимодействует с магнитным полем, также может быть постоянным либо переменным. В зависимости от характера магнитного поля, конфигурации магнитопровода магнитной цепи машины, характера электрического тока в ее обмотках все электрические машины можно разделить на типы:

1. Электрические машины постоянного тока;

2. Асинхронные электрические машины;

3. Синхронные электрические машины;

4. Специальные электрические машины.

В электрических машинах постоянного тока магнитное поле создается обмоткой возбуждения с постоянным электрическим током. Это магнитное поле определенным образом распределено в пространстве и неизменно во времени (рис.6.2а).

а б в

Рис. 6.2. Магнитные цепи электрических машин

1 – машина постоянного тока; 2 – асинхронный двигатель;

3 – синхронная машина

В асинхронном электродвигателе (рис.6.2б) магнитное поле создается неподвижной трехфазной электрической обмоткой с трехфазным электрическим током. Такое магнитное поле равномерно вращается в пространстве. Вращающееся магнитное поле, взаимодействуя со второй обмоткой, расположенной на роторе, создает вращающий электромагнитный момент, под действием которого совершается механическая работа.

В синхронной электрической машине (рис.6.2в) магнитное поле создается обмоткой возбуждения с постоянным током, расположенной на вращающейся части. При этом постоянное магнитное поле вращается вместе с якорем и взаимодействует с неподвижной трехфазной электрической обмоткой, находящейся на статоре синхронной машины.

К специальным электрическим машинам можно отнести такие, в которых создание магнитного поля и конструкция обмоток существенно отличаются от предыдущих типов машин.