- •Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением. Принцип работы. Характеристики.
- •Генераторы постоянного тока с параллельным возбуждением. Процесс самовозбуждения. Принцип работы. Характеристики.
- •Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением. Принцип работы. Механические и рабочие характеристики.
- •Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением. Принцип работы. Механические и рабочие характеристики.
- •Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока.
- •Режим электрического торможения двигателей постоянного тока.
- •Трансформаторы: конструкция, принцип работы, схема замещения и уравнения однофазного трансформатора.
- •Режим работы и опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора.
- •Работы трансформаторов под нагрузкой. Изменение вторичного напряжения. Кпд трансформатора.
- •Трехфазные трансформаторы. Конструктивные исполнения. Схемы и группы соединения обмоток. Параллельная работа трансформаторов.
Трансформаторы: конструкция, принцип работы, схема замещения и уравнения однофазного трансформатора.
Трансформатор - статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования одной системы U и I в другую.
Принцип
действия
Т основан
на явлении электромагнитной
индукции. Простейший
Т (рис.
8.1) представляет собой замкнутый
стальной сердечник, на
котором размещаются две или несколько
обмоток с различным числом
витков, сделанных из медной
проволоки. Обмотка,
к которой подводится ток из сети,
называется первичной,
а обмотка, в которой
наводится э. д. с. взаимоиндукции,
— вторичной. Если трансформатор
повышающий, то его первичная
обмотка является
обмоткой низшего напряжения (НН), а
вторичная обмотка
— обмоткой высшего напряжения (ВН). У
понижающего -
наоборот. При
прохождении по первичной обмотке
переменного I
создается магнитный поток,
который почти полностью замыкается в
сердечнике трансформатора; лишь
незначительная его часть замыкается
вокруг первичной обмотки, главным
образом в воздухе (поток
рассеяния).
Основной (намагничивающий) магнитный поток Ф, сцепляющийся с витками обеих обмоток, наводит в них э. д. с, мгновенные значения которых:
Так как
переменное напряжение, приложенное к
первичной обмотке
трансформатора, синусоидально, то и
магнитный поток Ф, и
наводимые им э.д.с. также являются
синусоидальной функцией времени, т. е.
Ф=ФМ
. Подставляя значения магнитного
потока, получаем
Но
так как
то
мгновенные значения э.д.с.
Э. д. с.
е1
и е2
отстают по фазе от намагничивающего
потока Ф на угол п/г,
Максимальное
значение
ЕМ=
.
Соответственно действующие значения
э.
д. с.:
Разделив
первое выражение на второе, получаем
-
коэффициент
трансформации.
Э. д. с, наводимые в первичной и вторичной обмотках трансформатора, прямо пропорциональны количеству витков обмоток.
Трансформатор состоит из следующих основных частей: магнитопровода, обмоток (первичной и вторичной) (рис. 8.1.), выводного устройства и кожуха или бака с расширителем.
В
целях уменьшения потерь на вихревые
токи магнитопровод собирается в пакеты
из отдельных листов трансформаторной
стали толщиной
0,35 — 0,50 мм,
изолированных
друг от друга лаком или
бумагой. Магнитопровод состоит из
сердечников,
верхнего и нижнего ярма,
замыкающих магнитную
цепь. Листы
пакета ярма и сердечника
обычно собираются внахлестку,
что снижает магнитное
сопротивление магнитопровода.
Листы спрессовываются
и стягиваются стяжными
шпильками.
Магнитопроводы: стержневые (более распространены) и броневые. В стержневом имеются 2 стержня и 2 ярма, замыкающие эти стержни. Обмотки располагаются на обоих стержнях. В броневом 1 стержень. Броневые применяются преимущественно в Т малой мощности.
Рис. 8.5. Обмотка
трансформатора:
а)
—
концентрическая; б)
чередующаяся
Выводное устройство предназначается для присоединения обмоток Т к внешним (первичной и вторичной) цепям. Для этого на крышке Т монтируются специальные выводы высокого и низкого напряжения, находящиеся в проходных фарфоровых изоляторах.
По способу охлаждения Т: сухие и масляные. Сухие имеют воздушное охлаждение и обычно помещаются в кожух, изготовленный из тонкой листовой стали, который предохраняет Т от механических повреждений. Т значительной мощности, а также Т, включаемые в сети высокого напряжения, делаются с масляным охлаждением. В этом случае магнитопровод с обмотками помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом. Это способствует более интенсивному охлаждению и в то же время повышает электрическую прочность изоляции обмоток. Обычно стенки бака делают ребристыми, что увеличивает поверхность охлаждения бака.
Трансформаторы можно классифицировать:
по числу фаз сети переменного тока — однофазные, трехфазные и многофазные;
по числу обмоток — двухобмоточные, трехобмоточные и многообмоточные;
по действию — повышающие и понижающие;
по назначению — силовые, измерительные и специального назначения;
по месту установки — для внутренней и наружной установок;
по способу охлаждения — с естественным воздушным и с масляным охлаждениями. В свою очередь трансформаторы с масляным охлаждением могут быть с искусственным воздушным охлаждением и с принудительной циркуляцией масла.
Силовые Т - для преобразования U в силовых и осветительных сетях. Измерительные Т - в контрольно измерительных цепях для включения в сеть измерительных приборов. Они подразделяются на ТV и TA. Специальные T представляют собой обширную группу разных по назначению T, используемых в различных целях. Это: автотрансформаторы, сварочные Т и Т для электрических печей, Т для ртутных выпрямителей и т. д.
Т характеризуются номинальными величинами: первичным и вторичным U (В или кВ), мощностью (кВа), I первичной и вторичной обмоток (А), частотой переменного тока (Гц).
При работе Т масло циркулирует от нагретых частей обмоток к радиаторам и стенкам бака и, соприкасаясь с ними, охлаждается. В нижней части бака имеется кран для выпуска масла. В крышке есть отверстие для заливки трансформаторного масла. На крышке устанавливается расширитель, соединенный с баком трубкой. Расширитель значительно уменьшает поверхность соприкосновения масла с воздухом, вследствие чего уменьшается и количество влаги, попадающей в масло из воздуха. При изменении температуры масло в баке расширяется и переходит по соединительной трубке в расширитель, в результате чего давление масла в баке не повышается. Расширитель имеет масломерное стекло для наблюдения за уровнем масла. В нижней части расширителя находится пробка, через которую периодически выпускается влага, попадающая из воздуха а масло и ухудшающая его качество. Температура масла контролируется с помощью термометра, установленного на крышке трансформатора.
В
Т между первичным и вторичным контурами
имеется
только магнитная связь, прямой
электрической связи нет.
Это создает неудобства при расчетах.
Практически более
удобной является электрическая схема
замещения
Т, в которой магнитная связь между
контурами
заменена электрической.
Для приведенного Т уравнения напряжений имеют вид:
Так
как E1'=
E1
то
обе цепи трансформаторов можно
представить
в виде схемы (рис. 8.8.) r1
и r'2
представляют
собой активные сопротивления
обмоток, а x1=2πfLS1
и x2=2πfLS2—
их реактивные сопротивления
рассеяния, изображенные в виде отдельных
катушек: I0—
ток хx,
E1—
э.
д. с, наводимая магнитным потоком
Ф. Здесь реальные обмотки
представлены в виде идеальных (без
рассеяния), объединенных
в одну обмотку. Такое объединение
возможно, так как потенциалы
начальных и конечных точек обмоток
соответственно равны друг другу
(E1=E2'),
следовательно,
распределение
токов не изменится. Эта объединенная
обмотка имеет реактивное
сопротивление х0
и активное r0
и называется
намагничивающей ветвью. Очевидно,
что
Величину
r0
находим
из равенства
где
По первому закону
Кирхгофа
В
конечном виде уравнение токов
В случае работы трансформатора в режиме хх I'2=0 и I1=I0, т. е. вторичная сторона трансформатора в создании намагничивающего тока участия не принимает.
