Однофазный трансформатор. Назначение, принцип действия, устройство. Коэффициент трансформации.



Классификация электрических машин

 

Электрические машины робототехнических систем классифицируются по назначению, роду тока, принципу действия, мощности, частоте вращения.

 

Классификация по назначению:

Электромашинные генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Их устанавливают в автономных энергетических установках, транспортных средствах, в качестве источников питания в устройствах связи, измерительной техники и т.д.

Электрические двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую.

Они приводят во вращение различные машины и механизмы. В современных системах автоматического управления их используют в качестве исполнительных, регулирующих и программируемых органов.

Электрические машины небольшой мощности » до 600 ватт называются микромашинами. Их широко применяют в автоматических устройствах, электробытовых приборов.

По назначению электрические микромашины автоматических устройств подразделяются на следующие группы:

Силовые микродвигатели приводят во вращение различные механизмы автоматических устройств самопишущих приборов и т.д.

Управляемые (исполнительные) двигатели  преобразуют подводимый к ним электрический сигнал в механическое перемещение вала, т.е. отрабатывает определенные команды.

Тахогенераторы преобразуют механическое вращение вала в электрический сигнал – напряжение, пропорциональное частоте вращения вала.

Вращающиеся трансформаторы – дают на выходе напряжение, пропорциональное той или иной функции угла поворота ротора, например, синусу или косинусу угла или самому углу.

Машины синхронной связи (сельсины) – осуществляют синхронный или синфазный поворот или вращение нескольких связанных между собой осей.

Микромашины гироскопических приборов (гироскопические двигатели, датчики угла, датчики момента) – осуществляют вращение роторов гироскопов с высокой частотой и коррекцию их положения.

Электрические микромашины первых двух групп называют силовыми, а третьей – пятой групп – информационными.

 

Классификация по роду тока и принципу действия:

Электрические машины по роду тока делят на машины переменного и постоянного тока.

Машины переменного тока в зависимости от принципа действия и особенности магнитной системы подразделяют на асинхронные, синхронные и коллекторные.

К этой группе электрических машин принято относить также и трансформаторы, которые используются для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения. В системах передачи и распределения электрической энергии, в выпрямителях, преобразователях, в электрических измерениях (измерительных трансформаторах) и функциональных преобразованиях (ВТ).

Асинхронные машины используются главным образом в качестве электрических двигателей трехфазного тока. Простота устройства и высокая надежность позволяет применять их для привода грузоподъемных машин, компрессоров, вентиляторов и т.д.

В системах автоматического регулирования широко применяют одно- и двухфазные асинхронные двигатели, асинхронные тахогенераторы, сельсины.

Асинхронные машины большой мощности применяют в качестве генераторов переменного тока. В устройствах автоматики широко применяются различные синхронные микромашины. (шаговые, с постоянными магнитами, гистерезисные, индукционные и т.д.)

Коллекторные машины переменного тока используют сравнительно редко и главным образом в качестве электродвигателей. Они имеют сложную конструкцию и требуют тщательного ухода. В устройствах автоматики, а также разного рода электробытовых приборов применяют универсальные коллекторные двигатели, работающие как на постоянном, так и на переменном токе.

Машины постоянного тока – применяют главным образом в качестве электродвигателей в устройствах электропривода, требующих регулирования частоты вращения в широких пределах. В системах автоматического регулирования машины постоянного тока широко используются в качестве исполнительных двигателей и ТГ.

В автоматизированном электроприводе ПР и технологическом оборудовании ГПС в качестве электродвигательного устройства широко используется коллекторные и бесконтактные двигатели постоянного тока, двух и трехфазные асинхронные двигатели, синхронные двигатели с постоянными магнитами, реактивные и гистерезисные, синхронные и шаговые двигатели. Развиваются и находят все большее применение в автоматизированном электроприводе модификации линейных двигателей постоянного тока, асинхронных и шаговых двигателей.

В управляющих устройствах автоматизированного электропривода широко применяют электромашинные преобразователи угла (сельсины и ВТ) и частоты вращения.

На основе этих электромашинных устройств разрабатываются электроприводы с различными способами управления: непрерывным, импульсным, частотным. Благодаря хорошим регулировочным свойствам электрических двигателей электропривод обладает высоким быстродействием и точностью.

 


 

Однофазный трансформатор. Назначение, принцип действия, устройство. Коэффициент трансформации.

2.1 Принцип действия и устройство однофазного трансформатора.

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство для преобразования переменного тока одного напряжения, в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте.

Простейший однофазный трансформатор представляет собой замкнутый магнитопровод (сердечник) с расположенными на нем 2-мя обмотками. Одну из них, имеющую число витков W1 , подключают к источнику электрической энергии с переменным напряжением. Она называется первичной обмоткой трансформатора. Другая обмотка, имеющая число витков W2 называется вторичной.

Назначение первичной обмотки – получать электрическую энергию от генератора и передавать ее во вторичную обмотку. Назначение вторичной обмотки – преобразовывать (трансформировать (повышать или понижать)) напряжение первичной обмотки и при заданном номинальном напряжении питать потребителей электрической энергии, полученной от первичной обмотки.

Электрическая схема однофазного трансформатора в простейшем случае состоит из двух обмоток, размещенных на замкнутом магнитопроводе, выполненном из ферромагнитного материала. Применение ферромагнитного материала позволяет усилить электромагнитную связь между обмотками, т.е. уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток машины (рис.3)

Рис.3. Электромагнитная схема однофазного                 рис.4. Электрическая схема

 Трансформатора                                                              однофазного трансформатора.

1-2 – первичная и вторичная обмотки

3 - магнитопровод

 

Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой более высшего напряжения (ВН), а низкого напряжения – обмоткой низшего напряжения.

Начало и конец обмотки АХ для ВН и АХ для НН.

При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток I1, который создает магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцируют в обеих обмотках переменные ЭДС – Е1 и Е2, пропорциональное, согласно закону электромагнитной индукции, числам витков W1 и W2 соответствующей обмотке и скорости изменения потока . Т.о. мгновенная ЭДС, индуцирующая в каждой обмотке:

                                       

 

Отношение мгновенных действующий ЭДС определяется выражением

 

                               (4)

 

Если пренебречь падениями напряжения в обмотках трансформатора, которая обычно не превышает 3…5% относительного значения напряжений U1 и U2 и считать Е1» U1 и Е2 » U2 , то получим

 

                                        (5)

 

Следовательно, подбирая соответствующим образом число витков обмоток при заданном напряжении U1 можно получить желаемое напряжение U2 .

Если необходимо повысить вторичное напряжение, то число витков W2 берут большим W1. Такой трансформатор называется повышающим. Если требуется уменьшить напряжение U2 ,то число витков W1 берут большим W2 , такой трансформатор называется понижающим.

Отношение ЭДС Евн обмотки высшего напряжения к ЭДС обмотки низшего напряжения Енн (или отношение числа витков) называется коэффициентом трансформации.

 

                              (6)

 

В трансформаторе преобразуются не только напряжения трансформатора в К раз, но и токи, мощность остается приблизительно постоянной (она несколько уменьшается из-за внутренних потерь энергии в трансформаторе), следовательно,

 

                   (7)

Основные конструктивные элементы трансформатора – магнитная система, обмотки, система изоляции, вводы. (см. рис.6)

В зависимости от конструкции магнитной системы трансформаторы подразделяются на стрежневые (рис а), броневые (б) и тороидальные (в).

 

 

Рис.6 Основные типы однофазных трансформаторов

а) стержневой

б) броневой

в) тороидальный

Стержнем называется часть магнитопровода, на котором размещены обмотки. Ярмом называется часть магнитопровода, на котором обмотки отсутствуют. Для уменьшения потерь от вихревых токов магнитопровод трансформатора собирают из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0.28 – 0.3 мм при частоте 50 Гц с содержанием кремния 2.8 – 3.8%. Магнитные свойства этой стали резко улучшаются при совпадении направлений магнитного потока и прокатки: потери в стали на перемагничивание – уменьшаются в 2 – 3 раза, а магнитная проницаемость и индукция насыщения возрастают.

Трансформаторы малой мощности чаще выполняют броневыми, т.к. по сравнению со стержневыми они имеют более низкую стоимость из-за уменьшенного числа катушек и упрощения сборки и изготовления.

В современных трансформаторах малой мощности, работающих на частотах 50, 400 Гц изменяют магнитопроводы на витые из ленты холоднокатаной текстурованной электротехнической стали.

Основное их преимущество кроме технологичности сборки – лучшее использование текстурованной стали благодаря тому, что магнитный поток по всему магнитопроводу проходит в направлении прокатки стали. Это резко снижает потери в стали на гистерезис (3-4 раза), уровень шума, создаваемый трансформатором, уменьшает в несколько раз намагничивающий ток.

Обмотки. В трансформаторах малой мощности, как правило, используют многослойные обмотки из круглого провода с эмалевой изоляцией. Обмотки наматываются на гильзу или специальный каркас из электрокартона. Между слоями прокладываются изоляция из кабельной бумаги или другого прокладочного материала. После изготовления катушки пропитывают ее лаком, который полимеризуется в сушильных печах.

В трансформаторах малой мощности концентрические обмотки располагают одну от другой.

Охлаждение. Трансформаторы малой мощности выполняют, как правило, с естественным воздушным охлаждением. В некоторых случаях их помещают в корпус, заливаемый термореактивным компаундом, выполненным на основе эпоксидных смол. Такие компаунды обладают высокими электроизоляционными и влагозащитными свойствами.

 


 

3. Принцип действия электродвигателя постоянного тока. Обратимость электрической машины.

Принцип действия ЭДП.


Если проводник, по которому проходит эл. ток, поместить в магнитное поле и расположить его перпендикулярно магнитным силовым линиям, то на проводник будет действовать электромагнитная сила Fэм. Возникновение этой силы можно объяснить следующим образом: ток проводника создает своё магнитное поле, которое приводит к усилению магнитного поля с одной стороны проводника и ослаблению с другой.

 Направление действия Fэм определяется по правилу левой руки.

Принцип действия ЭДП и назначение коллектора легко вспомнить из схемы.

Если к щеткам двигателя подвести постоянное напряжение U, то при взаимодействии тока проводника якоря и магнитного поля, создаваемого полюсами, возникают электромагнитные силы. Коллектор необходим для того, чтобы сохранить неизменным направление электромагнитной силы при повороте якоря на 1800.

 

Принцип обратимости электрических машин

 


Любая электрическая машина в принципе обратима, т. е. может работать в качестве генератора или двигателя. Если по обмотке якоря (рис. 1) пропустить электрический ток, то возникнет электромагнитная сила, поворачивающая якорь.

 Рис.1 Принципиальная схема ЭДП.

 

Если вращать якорь в электромагнитном поле, в обмотке возникает электрический ток.

Принцип обратимости электрических машин был сформулирован Ленцем в1883 г.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 937;