Идеализированный трансформатор

⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 17Следующая ⇒

Идеальный трансформатор — трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого не имеют активных сопротивлений и потокосцеплений рассеивания

В идеальном трансформаторе все силовые линии проходят через все витки обеих обмоток, и поскольку изменяющееся магнитное поле порождает одну и ту же ЭДС в каждом витке, суммарная ЭДС пропорциональна полному числу её витков. Такой трансформатор всю поступающую энергию из первичной цепи трансформирует в магнитное поле и затем в энергию вторичной цепи. Поступающая энергия равна преобразованной энергии:

Где

— мгновенное значение поступающей на трансформатор мощности

— мгновенное значение преобразованной трансформатором мощности

Уравнение идеального трансформатора:

Пассивный и активный двухполюсники.

Двухполюсником называется часть электрической цепи любой сложности и произвольной конфигурации, выделенная относительно двух зажимов.
Двухполюсник, не содержащий источников энергии или содержащий скомпенсированные источники, называется пассивным. Если в схеме двухполюсника имеются нескомпенсированные источники, он называется активным.
Рис. 1.14. Пассивный (а) и активный (б) двухполюсники
Пассивный двухполюсник является потребителем энергии и может быть заменен эквивалентным сопротивлением, величина которого равна входному сопротивлению двухполюсника
.

Активный двухполюсник ведет себя как генератор. Находящиеся внутри него источники отдают энергию во внешнюю цепь (рис. 1.16, а).
Рис. 1.16. Замена активного двухполюсника эквивалентным генератором

откуда

любой активный двухполюсник может быть заменен эквивалентным генератором, ЭДС которого Е(Э) равна напряжению холостого хода двухполюсника, а внутреннее сопротивление R(Э)напряжению холостого хода, деленному на ток короткого замыкания.

Опыт холостого хода -испытание трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном напряжении U₁_x=U_1ном.

Потери, возникающие при этом в магнитопроводе, называют магнитными и обозначают Р_м. А суммарные потери в режиме холостого хода называют потерями холостого хода и обозначают Р₀:

Р₀ = Р_м + I²₀r₁, где r₁— активное сопротивление первичной обмотки.

Особенностью потерь холостого хода являются их постоянство и независимость от режима нагрузки трансформатора.

Оптытом короткого замыкания- испытание трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном токе I₁_k= I_1ном.

Активное сопротивление короткого замыкания R_k=(R_B₁+R’_B₂)=P₁_k/I²₁_k

Индуктивное сопротивление X_k= √(Z₂_k- R₂_k)

Полное сопротивление Z_k= √(R_k² + X_k²⁾

Напряжение короткого замыкания u_k = (Z_kI_1ном/U_1ном)*100%

28. Реальный однофазный трансформатор и схемы его замещения. Приведенные трансформаторы. Схемы замещения приведенного однофазного трансформатора. Режим работы трансформатора. Коэффициент полезного действия (КПД) и потери энергии, коэффициент нагрузки и внешняя характеристика трансформатора. Трехфазные трансформаторы.

Трансформатор – статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования одних значений тока и напряжения и другие значения той же частоты. Он состоит из магнитопровода, набранного из листовой трансформаторной стали, и изолированных обмоток, охватываемых общим магнитным потоком.

Приведенным называют трансформатор, у которого w₂=w₁ и параметры вторичной обмотки пересчитаны таким образом, что мощность на каждом элементе вторичной цепи такая же, как и в реальном трансформаторе. Основной магнитный поток в приведенном и реальном трансформаторе одинаков. Следовательно, одинакова и ЭДС, приходящаяся на 1 виток вторичной обмотки.

Электрическая схема замещения трансформатора.

Определив параметры трансформатора z₁, z₂' и z_m, по схеме замещения проводить расчет основных величин и характеристик - токов, напряжений, мощности, КПД и коэффициента мощности.

z_m=R_m+ jx_m-сопротивление намагничивающего контура схемы замещения.

R_m= ΔP_м/I₀²- это условное активное сопротивление

x_m - это индуктивное сопротивление взаимоиндукции обмоток приведенного трансформатора.

Режимы работы трансформатора.

1. Режим холостого хода.режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.

2. Нагрузочный режим.режим характеризуется работой трансформатора с подключенными источником в первичной и нагрузкой во вторичной цепи трансформатора.

3. Режим короткого замыкания.режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. С его помощью можно определить потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора.

КПД трансформатора:

P₀— потери холостого хода (кВт) при номинальном напряжении

P_L — нагрузочные потери (кВт) при номинальном токе

P₂— активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузку

n — относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1 ).

Потери электроэнергии в трансформаторе складываются из:

· потерь на нагревание обмоток трансформатора;

· потерь на нагревание сердечника;

· потери на перемагничивание сердечника.

Чем больше мощность трансформатора, тем выше КПД и ниже уровень потерь.

Зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора от тока нагрузки

U₂ = f(I₂) при U₁ = const и cos φ₂ = const называется внешней характеристикой.

Трехфазные трансформаторы.

Для трансформирования энергии в трехфазных системах используют либо группу из трех однофазных трансформаторов, у которых первичные и вторичные обмотки соединяются звездой или треугольником, либо один трехфазный трансформатор с общим магнитопроводом.

Соединение звездой является наиболее желательным для высокого напряжения, так как при нем изоляция обмоток рассчитывается лишь на фазное напряжение. Соединение обмоток треугольником конструктивно удобнее при больших токах.

29. Назначение, устройство принцип действия асинхронного двигателя (АД). Двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. Приведенная схема замещения асинхронного двигателя. Схемы пуска двигателя с фазным и короткозамкнутым ротором. Энергетическая диаграмма. Потери мощности и КПД асинхронного двигателя.

Асинхронная машина – это машина, в которой возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т.е. с частотой вращения, отличной от частоты вращения магнитного поля.

«+»: простота его конструкции и низкая стоимость. В машине отстутсвуют какие-либо легко провреждающиеся или быстро изнашивающиеся электрические части.

«–»: сложное и неэкономичное регулирование режимов работы.

При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120°, как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся.

Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение.

Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся.

В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек, сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки соединяются звездой, и концы их присоединяются к трем контактным кольцам, насаженным на вал и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток, находящихся в скользящем контакте с кольцами, имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты.

Короткозамкнутый ротор, состоит из вала и сердечника с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд металлических, алюминиевых или медных стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон коротко замыкающими кольцами. Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку окисла. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Например, при частоте сети 50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.

Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой собранного

сердечника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отливаются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки. Вал ротора вращается в подшипниках качения, расположенных в подшипниковых щитах.

Схемы замещения:

Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя. Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора.

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М₂, тока статора I_1,коэффициента полезного действия иcosф, от полезной мощности при номинальных значениях напряжения и частоты.

Энергетическая диаграмма позволяет судить о характере распределения мощности, потребляемой двигателем из сети. При работе асинхронный двигатель потребляет из сети активную мощность:

Полезная мощность на валу двигателя

Сумма потерь определяет КПД двигателя

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором производится следующим образом. Пусковой реостат устанавливается на холостую клемму (цепь ротора разомкнута), а на статор подается сетевое напряжение. Затем включается пусковой реостат, и его сопротивление постепенно уменьшают и делают равным нулю, когда двигатель приобретет номинальную скорость. Одним из важнейших достоинств асинхронного двигателя с фазным ротором является то, что в момент пуска создается большой вращающий момент при значительно меньших, чем у короткозамкнутых двигателей, пусковых токах. Объясняется это тем, что асинхронный двигатель при пуске развивает максимальный вращающий момент тогда, когда активное сопротивление ротора будет равно индуктивному сопротивлению двигателя. А так как у двигателей с фазным ротором активное сопротивление ротора можно изменять с помощью пускового реостата, то и пусковые характеристики их значительно лучше, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором.

Синхронные машины. Режимы работы синхронных электрических машин. Синхронные генераторы и двигатели. Назначение, устройство и принцип работы синхронного генератора. Основные характеристики и схемы пуска синхронного генератора.

Синхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля, создаваемого током статора, что является важнейшим эксплуатационным свойством.

В основном синхронные машины применяются в качестве генераторов для выработки электрической энергии на электростанция.

Якорь представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с полем индуктора, и таким образом происходит преобразование энергии.

Индуктор состоит из полюсов — электромагнитов постоянного тока или постоянных магнитов. Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции:

· Явнополюсную;

· Неявнополюсную.

Принцип действия синхронного двигателяоснован на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты, в маломощных — постоянные магниты.

Режимы работы синхронной машины:

1. Режим двигателя. В двигательном режиме к обмотке статора синхронной машины подводят напряжение от трехфазной сети, в обмотке возникает переменный ток I.

К обмотке ротора через два контактных кольца и щетки подводят постоянный ток, который создает магнитный поток Ф_В.

2. Генераторный режим. Если к обмотке ротора подвести постоянный ток и ротор вращать первичным двигателем, то магнитный поток обмотки возбуждения Ф_В будет пересекать обмотку статора (якоря) и создавать в каждой ее фазе ЭДС.

Синхронные генераторы и двигатели

Синхронный генератор – это машина переменного тока, преобразовывающая какой-либо вид энергии в электрическую энергию.

При помощи первичного двигателя ротор-индуктор вращается. Магнитное поле находится на роторе и вращается вместе с ним, поэтому скорость вращения ротора равна скорости вращения магнитного поля. При вращении ротора магнитный поток полюсов пересекает статорную обмотку и наводит в ней ЭДС по закону электромагнитной индукции.

конструкция двигателя практически не отличается от конструкции синхронного генератора.

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 367; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 121314 15 16 17 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!