Рабочие характеристики трансформатора.

Из рабочих характеристик видно, что трансформатор не выгодно эксплуатировать с недогрузкой, когда I₂ < I_2Н, т.к. при этом КПД и cos φ, имеют низкие значения. Зависимость U₂ =f(I₂) называется внешней характеристикой трансформатора. Из этой характеристики видно, что U₂ с ростом I₂ меняется незначительно, не более чем на 5-10%, т.е. трансформатор обеспечивает высокое качество электроэнергии. Ток I₁ с ростом I₂ меняется практически пропорционально I₂.

25Трехфазные трансформаторы. Трансформатор – это статическое электромагнитное устройство, для преобразования электроэнергии переменного тока одного напряжения в энергию переменного тока другого напряжения при одной и той же частоте. Трансформирование энергии в 3-ехфазной цепи можно осуществлять тремя однофазными трансформаторами или спец-ым трехфазным трансформатором. Группу однофазных трансформаторов применяют при очень больших мощностях в связи с простотой их трансформации от завода изготовителя. Поэтому чаще применяют трехф-ые транс-ры, т.к. они дешевле и имеют меньшие габариты. Трехфазный трансформатор состоит из сердечника набранного из тонких изолированных листов электротехнической стали, а также трех первичных и вторичных обмоток. АВС – начальные фазы обмоток высшего напряжения, ХУZ – их концы, аbc-начальные фазы обмоток низшего напряжения xyz- их концы.

Эти обмотки могут соединятся по схеме звезда и по схеме треугольник. Группа соединения обмоток указывает на то, что угол сдвига фаз между соответствующими первичными и вторичными напряжениями трансформатора равен часовой и минутной стрелкой в часах, при этом вектор линейного напряжения первичной обмотки соединяется с минутной стрелкой.

Группу соединения обмоток трехфазного трансформатора важно знать т.к. на параллельную работу можно включить только трансформаторы имеющие одноименную группу. На параллельную работу трансформаторы устанавливают когда Векторная диаграмма трехф-ого трансф-ра в режиме холостого хода на рис.10.13.

Фазные напряжения питающей сети и фазные ЭДС сдвинуты на угол 120°. Векторы магнитных потоков в трех стержнях образуют симметричную звезду, и сумма их = 0. Поэтому силовой трансф-тор не имеет четвертого замыкающего стержня.

26. Измерительные трансформаторы. В цепях переменного тока часто применяют измерительные трансформаторы напряжения и тока, с помощью которых измеряют большие напряжения и токи с помощью приборов, рассчитанных на измерение небольших значений этих величин. Кроме того, измерительные трансфор­маторы позволяют изолировать электроизмерительные приборы цепи от высокого напряжения и тем самым обеспечить безопасность работы обслуживающего персонала.

Трансформаторы напряжения служат для подключения вольтметров, катушек напряжения ваттметров, счетчиков, фазометров и реле, рас­считанных на работу со стандартными приборами напряжением 100 В; их выпускают на различные значения первичного напряжения, дости­гающего десятков киловольт. Трансформаторы тока используют для включения амперметров, токовых катушек ваттметров, счетчиков и т. д., рассчитанных на работу со стандартными приборами на ток 1, 2, 3, 5; 5 А.

27. Асинхронные машины. Устройство и принцип работы трехф-го асинхронного двигателя. Асинхр-ая машина - машина переем-го тока, в кот-ой частота вращающего магнит-го поля статора не равна частоте вращающегося ротора. Они как и другие эл. машины работают в обратимом режиме, т.е. могут работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Как генер. Асинхр-ые машины уступают синхронным машинам, поэтому основной их режим работы-двигательный режим. Асинхр-ые машины явл. самыми распростр-ми в пром-ти в силу их простоты, надежности и дешевизны. Асинхр. Двигатели бывают одно-2-ух и 3-ехфазными. Устройство 3-ехфазного асинхр-го двигателя. Состоит из 2-ух осн. частей: неподвижного статора и вращающегося ротора. Статор -полый цилиндр набранный из таких листов эл.техн-ой стали, изолиров. друг от друга для уменьшения потерь на гистерезисе или кривые токи. На внутр. пов-ти статора им-ся пазы, в кот. уклад-ся 3-ехфазная обмотка. Обмотка статора - совок-ть 3-ех одинаковых однофазных обмоток (фаз сдвинутых относ-но др. др. на угол 120°). Обмотка соединения по схеме «звезда» и «треуг-к» в завис-ти от питающего напряж. Если есть надпись Υ / 380/220 – обозн-ет, что при лин-м напряжении =380В обмотки статора соед-ся по схеме Y, а при напр. = 220В по схеме ∆. Ротор - соединяет сердечник, набранный из неизолированных листов эл.технич-ой стали. На наруж. пов-ти ротора имеются пазы, в кот. размещ. ротериальная обмотка. По конструкции роторной обмотки асинхр-ые двигатели бывают с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. Обмотка предст-ет собой совок-ть уложенных в пазы сердечника провод-в из Aℓ, Cu или бронзы. По внешнему виду короткозамкнутая обмотка предст. собой беличью клетку. В асинхр. двигателе с фазным ротором обмотка ротора вып-ся по типу статерной, концы обмотки соед. по схеме Y. Свободн. выводы обмоток присоеденены к 3-ем устан-ам на вал и изолиров. как от вала, так и от сердечника кольцами, по кот. скользят щетки. Асинхр. двиг-ли с фазным двигателем исп-ют в основном в под. кранах. Асинхр. двигат. с короткозамкн. ротором исп-ют в вентил-х, насосах, транспортерах. Принцип д-вия асинхр-го двигателя. Основан на взаимод-вии вращ-ся магн. поля, созд-ого статерной обмоткой, с токами наводимыми этим полем в обмотках ротора. Токи в обмотке = 0 по величине и сдвинуты друг относит-но друга на угол 120°. Можно сказать, что магн. поле в зазоре м/у статером и ротером явл. вращ. магнитным полем. Частота вращ. магн. поля: n₁=(60 f₁)/p, где n₁ –частота статора, f₁ – частота питающей сети, р –число пар полюсов. Основная схема включ. асинхр. двигателя: если возникает необ-ть изм-ть напр-ние вращ. ротера, то в этом случае достат-но поменять местами любые 2 фазы.

Статор в виде пост-ого магнита:

Основной магн. поток Ø направлен от N к S и пересекает проводник обмотки ротера. При этом он наводит ЭДС e_2. Направл-е ЭДС опр-ся по правилу правой руки: правую руку расп-ют так, чтобы силовые линии магнит. поля входили в ладонь, тогда большой палец будет направлен по направл. перемещ. проводника (в нашем случае в сторону против-но направл. вращ. магн. поля). 4 пальца укажут направление e ₂ (в нашем случае от нас). Если обм. ротора замкнута, то в ее пров-ках возникает ток i₂ соноправленный с e₂. В рез-те взаимного тока i₂ и магн. потока Ø возн-ет сила F и мом. вращения М под действием кот. ротор начинает вращ-ся. Направление силы F опр-ся по правилу левой руки: ладонь левой руки надо распр-ть так, чтобы силовые линии входили в ладонь. 4 вытянутых пальца расположить по направлению тока, тогда большой палец укажет направление силы F. Ротор начинает вращаться с частотой n₂ > n₁. По мере разгона двигателя e₂ уменьш ся, т. к. уменьш-ся разница (n₂- n₁). n₁ –частота вращения статора, n₂ –частота вращения ротера. Ток i₂ тоже уменьш-ся, вместе с ним уменьш-ся вращ. момент М, частота ротера увелич-ся до тех пор, пока не наступит равновесие м/у вращ. моментом М и мом. сопротивления Мсопр. После этогоротер будет вр-ся с частотой n_2. М=Мсопр; (n₁- n₂)/ n₁ = S, S-скольжение. Если n₂=0, то S=1. Если n₂= n_1, то S =0. Величина скольжения колеблится в пределах 2-7%.

28 Рабочие характеристики асинхронного двигателя. Механические характеристики наглядно показывает свойства асинхронного двигателя как части электропривода. Но для более полного выявления свойств самого двигате5ля служат его рабочие характеристики – так принято называть зависимости от полезной мощности Р₂ двигателя на валу частоты вращения n, вращающего момента М, коэффициента мощности коэффициента cosφ и КПД . Все рабочие характеристики снимаются при номинальных частоте сети f и напряжении между выводами статора U₁=U_1ном. Вращающий момент складывается из полезного момента М₂ и момента холостого хода М_х М₂=Р₂/ω _р(угловая скорость двигателя).

Что касается зависимости cosφ ₁ двигателя от нагрузки, то его изменения обусловлены следующими соотношениями. Намагничиваю­щий ток двигателя мало зависит от нагрузки, так как ее увеличение вызывает лишь возрастание потокосцеплений рассеяния, пропорциональных токам в обмотках статора и ротора, а главный магнитный поток машины при возрастании нагрузки незначительно уменьшается. Но активный ток двигателя пропорционален его механической нагрузке. Таким образом, с увеличением нагрузки двигателя относительное значение реактивного тока быстро убывает, a cos ф₁ увеличивается. При холостом ходе двигателя его коэффициент мощности довольно низок — примерно 0, 2. С увеличением нагрузки он быстро возрастает и достигает максимального значе­ния (0, 7—0, 9) при нагрузке, близкой к номинальной. Таким образом, даже у полностью загруженного двигателя реактивный ток составляет 70—40 % тока статора.

Неполная загруженность асинхронных двигателей является одной 'из главных причин низкого cosφ промышленных предприятий. Естественным способом повышения cosφ является полная загрузка асин­хронных двигателей. Главный магнитный поток двигателя пропорционален напряжению на статоре. Намагничивающий ток, возбуждающий этот поток, при заданном значении потока обратно пропорционален магнитному сопротивлению на пути потока. В этом магнитном сопротивлении большую часть составляет сопротивление воздушного зазора между статором и ротором. По этой причине конструктор стремится сократить этот зазор до минимума, определяемого условиями подвижности в подшипниках и необходимым запасом на их износ, прогибом вала и точностью центровки. С увеличением номинальной мощности двигателя необходимый воздушный зазор возрастает значительно медленнее этой мощности, благодаря чему с повышением номинальной мощности двигателя его cosφ увеличивается. С уменьшением номинальной частоты вращения двигателя увеличивается его магнитный поток, так как при меньшей частоте вращения он индуктирует в фазной обмотке статора меньшую ЭДС. Следовательно, у тихоходных двигателей намагничивающий ток относительно больше, a cosφ существенно меньше.

Коэффициент полезного действия определяется отношением полез­ной мощности на валу Р₂ к мощности Р₁₍ определяющей потребление двигателем энергии из сети:

Мощность Р₁ равна сумме полезной мощности и мощности всех потерь в двигателе:

Мощность всех потерь энергии в двигателе можно разделить на постоянную составляющую, практически не зависящую от нагрузки, и переменную составляющую, зависящую от нее.

Мощностью постоянных потерь энергии в двигателе можно считать мощность потерь в сердечнике статора на гистерезис и вихревые токи и мощность механических потерь, которая определяется экспериментально из опыта холостого хода двигателя.

Мощностью переменных потерь энергии в двигателе является мощность потерь на нагревание проводников обмоток статора и ро­тора, она равна:

Своего максимального значения (65—95 %) КПД достигает, когда переменные потери равны постоянным (см. § 8.9). У большинства двигателей этот максимум КПД имеет место примерно при нагрузке, равной 75 % номинальной, так как двигатели проектируются с учетом того обстоятельства, что далеко не всегда они полностью загру­жены.

29.Схемы замещения фазы асинхр-го двигателя. По аналогии с трансф-ом можно составить Т-образную и Г-образную схемы замещения.

Rн=((1-S)/S)R`<sub>2</sub>. R<sub>1</sub>-акт. сопр. обмотки статора; Х<sub>1</sub>-индуктивное сопр-ние обмотки статора; R`₂ – привед. акт. сопрот. обмотки ротера; Х`<sub>2</sub>-прив. индукт. сопр. обмотки ротера; R<sub>0</sub>, X<sub>0</sub>-акт. и индукт. сопротивл. статора в режиме хол-го хода. ((1-S)/S)R`₂-акт. сопр., имитир-щее механич-ую нагрузку на валу двигателя.

Rk=R₁+R`<sub>2</sub> Xk=X<sub>1</sub>+X`_2, Rk, Xk- опред-ся из опыта короткого замыкания.

30 Способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротером.Пусковые двигатели тем лучше, чем больше пусковой момент и меньше пусковой ток. Mпуск и I пуск

1 сп-б пуска: Прямой пуск двигателя.

К- ключ (магнитный пускатель)

Iпуск=(5 до 7)Iном Кпуск=Iпуск/Iном=5 до7 Достоинство

: 1-двиг-ль развивает наибольший пусковой момент 2-простота схемы

пуска двиг-ля. Недостатки: 1- Пусковой ток превышает номинальное

зн-ие в 5-7 раз.

2 сп-б пуска: Пуск через мунтирующий реакторы.

Последовательность пуска- 1- сраб-т клюя К1, в следствии этого напряж. Поступает на статор обмотки через катушку реактора. Часть падения напряж-я (фазного напр-я) происх-т на этих катушках. Uпуск падает стремится к раз падает Iпуск. 2-при наборе ротером в двигателе номин-х оборотов ключ К1 отключ-я и включ-я К2. в этом случае статорные обмотки двиг-ля будут включены в сеть непосредственно. Дост-во-ток пусковой уменьш-я в К раз, нед-к-момент пуск. Уменьщ-я вК квадрат раз. 3- включение двиг-ля через понижающий автотрансформатор. Дост-ва и нед-ки аналог-ы второму. 4- пуск с переключением статерной обмотки двиг-ля с перекл-ем со сх. Треугольник на сх. Звезда.

практ-и все обмотки двиг-й изгот-ся

на номин-м напряжении 220 В, поэт.

Если Uл=220В, то

Uф=220/корень 3=127В

отнош-иепуск-го тока Iпуск треуг./ Iпуск звезда

=корень3

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротером. Двигатель с фазным ротером обладает улучшенными пусковыми свойствами. Их включ-е осущ-ся подключ-и и ротером обм-м пуск-го реостата.

Sкр=R¹₂+ R¹п.р/Xк=1 (1) R¹₂- активное сопрот-е обм-и ротера

R¹п.р- сопр.пуск.реастата пересчит-е на статор-ю обмотку.

X_к=X₁+X¹₂- сумма инд-х сопрот. стат-й и рот-й обмоток.

При выпонении усл.(1) мом.

Мпуск=М max по мере

Разгона двиг-ля пуск.р.

плавно выв-ся и двиг-ль

будет работать по усл.(1).