Трансформаторы: конструкции, принцип работы, схема замещения и уравнения однофазного трансформатора.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Трансформатор— статическое электромагнитное устройство, имеющее две или больше индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.

Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.

Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.

При равенстве вторичного тока нулю (режим холостого хода), ЭДС индукции в первичной обмотке практически полностью компенсирует напряжение источника питания, поэтому ток, протекающий через первичную обмотку, равен переменному току намагничивания, нагрузочные токи отсутствуют. Для трансформатора с сердечником из магнитомягкого материала (ферромагнитного материала, трансформаторной стали) ток холостого хода характеризует величину потерь в сердечнике (на вихревые токи и на гистерезис) и реактивную мощность перемагничивания магнитопровода. Мощность потерь можно вычислить, умножив активную составляющую тока холостого хода на напряжение, подаваемое на трансформатор.

Для трансформатора без ферромагнитного сердечника потери на перемагничивание отсутствуют, а ток холостого хода определяется сопротивлением индуктивности первичной обмотки, которое пропорционально частоте переменного тока и величине индуктивности. Схема замещения трансформатора представляет собой сочетание двух схем замещения - первичной и вторичной обмоток, которые соединены между собой в точках а и б. В цепи первичной обмотки включены сопротивления R₁ и X₁, а в цепи вторичной обмотки – сопротивления R′₂ и X′₂. Участок схемы замещения между точками а и б, по которому проходит ток I₁₀, называют намагничивающим контуром. На вход схемы замещения подают напряжение Ú₁, к выходу ее подключают переменное сопротивление нагрузки , к которому приложено напряжение –Ú′₂.

Режим работы и опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора

9. Работа трансформаторов под нагрузкой. Изменение вторичного напряжения. КПД трансформатора. Большое значение имеет напряжение на вторичных выводах трансформатора, так как к этой обмотке подсоединяются приборы, устройства, машины.

Например, если напряжение на осветительных лампах мало, то они горят тускло; если напряжение питания асинхронных двигателей меньше номинального на 10 %, то вращающий момент двигателя уменьшается на 19 % и такой момент может быть недостаточным для рабочей машины, приводимой в действие электродвигателем; пониженное напряжение какого-либо автоматического выключателя может отрицательно сказаться на его нормальной работе. Поэтому важно уметь найти напряжение питания устройств, подключаемых к вторичной обмотке трансформатора.

Изменение вторичного напряжения. Изменение вторичного напряжения определяют в процентах

Величина КПД зависит от потерь энергии, которые допускаются в процессе работы аппарата. Эти потери существуют следующего типа:

· электрического – в проводниках катушек;

· магнитного – в материале сердечника.

10. Трехфазные трансформаторы. Конструктивные исполнения. Схемы и группы соединения обмоток. Параллельная работа трансформаторов.

Трехфазный трансформатор представляет собой соединение трех однофазных трансформаторов. Поэтому вся теория, рассмотренная для однофазного трансформатора относится и к трехфазному применительно к одной фазе. Но в трехфазных трансформаторах есть свои особенности, которые мы рассмотрим ниже.

По конструкции трехфазные трансформаторы бывают в двух основных видах.

трансформаторы с независимой магнитной системой (групповые), где каждая фаза трансформируется своим трансформатором.Недостатки группового трансформатора:

занимает большую площадь;

большая стоимость;

меньше КПД.

Преимущества:

резерв достаточен на 1/3 установленной мощности;

транспортный габарит меньше чем у трехстержневого трансформатора.

Групповой трансформатор используется на большие мощности на тепловых станциях.

Трехстержневые трансформаторы используется в распределительных сетях на предприятиях. Вторая особенность.

Связана со способом соединения обмоток. Гостом предусмотрены следующие способы соединения обмоток: , D, Z. Обозначение фаз.

	Начало	концы
Обмотка В.Н.	A, B, C	X, Y, Z
Обмотка Н.Н.	a, b, c	x, y, z

При изготовлении трансформаторов, гостом предусматриваются следующие способы соединения:

/ для мелких распределительных трансформаторов (на предприятиях);

/D для трансформаторов средней и большой мощности;

0/D для трансформаторов большой мощности при повышенном напряжении.

работы трансформаторов

Включение нескольких устройств преобразования электрической энергии преследует несколько целей:

Повышение мощности преобразования.

Увеличение надежности.

Увеличение перегрузочной способности.

Более рациональное использование свободного места.

Снижение потерь при работе в периоды малой нагрузки.

Увеличение мощности потребителей требует соответственного увеличения мощности трансформатора. Цель параллельного включения – возможность не выполнять демонтаж и замену более слабого оборудования. В данном случае применяют дополнительную установку параллельно подключенного трансформатора. В первом приближении можно считать, что допустимая мощность потребителей в таком случае удваивается.

11. Особенности режима холостого хода однофазных и трехфазных трансформаторов.

Трёхфазные агрегаты испытываются по аналогичной схеме. Но напряжение подаётся отдельно по каждой фазе, с соответствующей установкой вольтметров. Их потребуется 6 единиц. Можно провести опыт с одним прибором, подключая его в необходимые точки поочерёдно.

При номинальном напряжении электротока обмотки более 6 кВ, для испытания подаётся 380 В. Высоковольтный режим для проведения опыта не позволит добиться необходимой точности для определения показателей. Кроме точности, низковольтный режим позволяет обеспечить безопасность.

12. Асинхронные машины. Конструкция. Принцип работы. Механическая и рабочие характеристики асинхронного двигателя. Асинхро́нный электродвигатель — электрический двигатель переменного тока, частота вращения ротора которого не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод (сердечник); все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.

Обмотка статора представляет собой трёхфазную (в общем случае — многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 °. Известна и совмещённая обмотка, позволяющая повысить КПД двигателя[6]. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и подключают к сети трёхфазного тока. Магнитопровод статора перемагничивается в процессе изменения тока в обмотке статора, поэтому его набирают из пластин электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь. Основным методом сборки магнитопровода в пакет является шихтовка.

По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора — из пластин электротехнической стали. При подаче напряжения на неподвижные обмотки статора, оно создает магнитное в статора. Если подается напряжение переменного тока, то магнитный поток, созданный им, изменяется. Так статор производит изменение магнитного поля, и ротор получает магнитные потоки.

Таким образом, ротор электродвигателя принимает эти поток статора и, следовательно, вращается. Это основной принцип работы и скольжения в асинхронных машинах. Из вышеизложенного следует отметить, что магнитный поток статора (и его напряжение) должно быть равно переменному току для вращения ротора, так что асинхронная машина может работать только от сети переменного тока.

Пуск асинхронного двигателя.

Прямой пуск. Этот способ применяют для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа малой и средней мощности обычно проектируют так, чтобы при непосредственном подключении обмотки статора к сети возникающие пусковые токи не создавали чрезмерных электродинамических усилий и превышений температуры, опасных с точки зрения механической и термической прочности основных элементов машины. В асинхронных двигателях отношение L/R сравнительно мало (особенно в малых двигателях), поэтому переходный процесс в момент включения характеризуется весьма быстрым затуханием свободного тока. Это позволяет пренебречь свободным током и учитывать только установившееся значение тока переходного процесса.

Двигатели обычно пускают с помощью электромагнитного выключателя К - магнитного пускателя , а) и разгоняют автоматически по естественной механической характеристике М (рис. 4.27,6) от точки П, соответствующей начальному моменту пуска, до точки Р, соответствующей условию М = М_ст. Ускорение при разгоне определяется разностью абсцисс кривых М и М_ст и моментом инерции ротора двигателя и механизма, который приводится во вращение. Если в начальный момент пуска Мп < М_ст , двигатель разогнаться не сможет.

Пуск с помощью реостата в цепи ротора. Этот способ применяют для пуска двигателей с фазным ротором. Если в цепь ротора включить пусковой реостат R_п, то активное сопротивление цепи ротора увеличится, вследствие чего точка К на круговой диаграмме (рис. 4.30, а) сместится ближе к точке О (точка К'). При этом максимальный момент (отрезок А_мЕ_м) не изменяется, а пусковой момент возрастает от значения Мп до М'п, так как увеличивается отрезок КЕ_п, пропорциональный этому моменту. Одновременно повышается критическое скольжение, а поэтому зависимость М =f(s) сдвигается в область больших скольжений, а зависимость п₂= f(М) — в область меньших частот вращения.

14. Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя. Регулировку можно осуществлять через устройство преобразования частоты (для моторов с короткозамкнутым ротором), и управления через магазины сопротивлений (для моторов с фазным ротором)

15. Работа синхронного генератора в автономном режиме. Угол нагрузки. Характеристики. Регулирование напряжения. Работа синхронного генератора на автономную нагрузку. Синхронные генераторы работают в автономном режиме в тех случаях, когда промышленная электрическая сеть имеет недостаточную мощность или вообще отсутствует, например, на удалённых строительных площадках, нефтяных и газовых промыслах, лесозаготовительных пунктах, морских и речных судах, летательных аппаратах и т.п. Напряжение на выводах автономно работающего синхронного генератора U в большой степени зависит от нагрузки и её характера.

Зависимость U(I) при n0=const, Iв=const и cosφ = const называется внешней характеристикой генератора. Семейство внешних характеристик синхронного генератора при различных cos изображено на рис. 4.10. Характеристики показывают, что напряжение генератора при активно – индуктивной нагрузке (>0) довольно резко падает, что объясняется размагничивающим действием реакции якоря, а при активно–ёмкостной нагрузке (<0) изменяется незначительно и даже может увеличиваться, что связано с намагничивающим действием реакции якоря при этой нагрузке. При эксплуатации генератора стабилизацию напряжения осуществляют регуляторами возбуждения, которые при увеличении тока нагрузки I увеличивают поток ротора Ф0, а следовательно, и ЭДС Е0 за счёт увеличения тока Iв возбуждения ротора.

16. Работа синхронного генератора с сетью (синхронизация, угловая и U-образная характеристика). Параллельная работа генераторов повышает надежность электроснабжения, так как авария, какого-либо одного генератора или отключение его для ремонта не вызывают перерыва в питании потребителей. Появляется возможность рационального использования энергоресурсов за счет перераспределения нагрузок между генераторами. Но наиболее важно повышение качества электроэнергии: в мощных энергосистемах частота и напряжение практически постоянны и не зависят от условий работы каждого генератора в отдельности. Включение генератора на параллельную работу с сетью - одна из наиболее ответственных операций, так как в общем случае напряжения, частоты и чередование фаз сети и генератора могут отличаться. При включении возможны значительные броски токов, электромагнитных сил и мо-ментов, которые могут вызвать аварию генератора и другого оборудования или нарушить режим работы энергосистемы. Поэтому необходимо подготовить генератор к включению на холостом ходу. Совокупность операций, требуемых для безаварийного включения генератора в сеть, назызывают синхронизацией. Различают два вида включения: способом точной синхронизации и самосинхронизации (грубой синхронизации).

17. Синхронный двигатель. Устройство. Принцип работы. Механическая и рабочие характеристики. Угол нагрузки. Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.

Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:

· Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.

· С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.

Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

· Работу при высоком значении коэффициента мощности.

· Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.

· Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.

· Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.

· Экономичность.

Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:

· Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.

· Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).

· Сложность пуска.

· Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.

Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:

· Для улучшения коэффициента мощности.

· В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.

18. Пуск синхронного двигателя. Запуск синхронного двигателя зависит от его типоисполнения, безщёточная система подразумевает запуск через возбуждение тиристорного типа, асинхронный пуск когда двигатель работает как асинхронный мотор, затем переходит в режим синхронной работы. Запуск вспомогательным двигателем, который выводит синхронную машину в режим синхронного двигателя, и частотный пуск.

19. Использование синхронного двигателя для компенсации реактивной мощности. Работа системы электроснабжения характеризуется потреблением электроприемниками реактивной мощности. Это вызывает дополнительные потери энергии в элементах системы, снижение уровня напряжения и необходимость иметь повышенную пропускную способность подстанций и распределительных сетей, что снижает экономичность работы системы. В связи с этим для улучшения показателей работы системы электроснабжения необходимо производить компенсацию реактивной мощности, что может осуществляться несколькими способами.

Один из эффективных способов компенсации реактивной мощности связан с использованием СД, который за счет регулирования тока возбуждения может осуществлять генерацию реактивной мощности в электрическую сеть. В этом случае СД работает с опережающим cosj. Возможность работы СД в качестве компенсатора реактивной мощности иллюстрируют U-образные характеристики СД, приведенные на рис. 5.5. Эти характеристики показывают зависимости тока статораI₁и егоcosjот тока возбужденияI_вприU=constиP=const.

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 78; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!