Автотрансформатор.

Автотрансформатор складається з магнітопроводу, на якому розміщена одна фазна обмотка, яка має w ₁ витків. Первинне і вторинне кола трансформатора електрично зв'язані між собою (у трансформаторах, розглянутих раніше, такий зв'язок був відсутній). Первинне коло підключається до всієї обмотки, а вторинне коло – тільки до частини обмотки (з кількістю витків w ₂). Розглянемо принцип дії автотрансформатора на його конструктивній схемі (рис.8.6).

До первинного кола трансформатора підводиться змінна напруга u ₁, причому на один виток обмотки приходиться напруга u ₁/ w ₁. Тоді напруга, яка знімається з затисків вторинного кола трансформатора, буде дорівнювати:

. (8.11)

Перетворивши вираз (8.11), знаходимо коефіцієнт трансформації автотрансформатора:

, (8.12)

де U _{1 н} – номінальна напруга первинного кола, В;

U _{2 н} – номінальна напруга вторинного кола, В.

Автотрансформатори випускають однофазні та трифазні, підвищуючі та понижуючі. Коефіцієнт трансформації автотрансформаторів знаходиться в межах від 0, 5 до2, при іншому коефіцієнті трансформації автотрансформатор не має переваги в порівнянні із силовим трансформатором. Автотрансформатори використовуються для зниження напруги на затисках електродвигуна при пуску, для східчастого регулювання напруги електричних печей, у лабораторній практиці та для інших цілей. Принципова електрична схема підключення електродвигуна до живильної мережі через автотрансформатор показана на рис.8.7.
52. Вимірювальні трансформатори напруги та струми.

Вимірювальний трансформатор напруги призначений для розширення меж вимірювання вольтметрів, ватметрів та інших вимірювальних приладів, а також для включення у високовольтних мережах пристроїв захисту та автоматики. Побудова цього трансформатора не відрізняється від побудови силового трансформатора. Вимірювальні трансформатори напруги виконуються як в однофазному, так і в трифазному виконанні. Принцип дії вимірювального трансформатора напруги аналогічний силовому трансформатору. Напруга на затисках вторинної обмотки, як правило, становить 100 В.

Коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора напруги дорівнює:

, (8.9)

трансформатор напруга обмотка трифазний

де U _{1 н} – номінальна напруга первинної обмотки, В;

U _{2 н} – номінальна напруга вторинної обмотки, В.

Показання вимірювальних приладів, включених у вторинне коло трансформатора, необхідно множити на коефіцієнт трансформації. При підключенні цих приладів треба враховувати, що їх сумарна потужність не повинна перевищувати номінальної потужності трансформатора. У протилежному випадку виникають похибки вимірів за рахунок збільшення спадання напруги у вторинній обмотці трансформатора і зміни фази напруги, тому вимірювальні трансформатори напруги мають похибку за напругою і кутову похибку. Номінальні потужності вимірювальних трансформаторів напруги – від200 В× А до2000 В× А.

Для безпечного обслуговування вторинна обмотка і корпус вимірювального трансформатора напруги заземлюються, щоб охоронити персонал при пробої ізоляції первинної обмотки (обмотки високої напруги).

Вимірювальні трансформатори напруги підключаються до високовольтної мережі через запобіжники.

Принципова електрична схема включення вольтметра у високовольтну мережу за допомогою вимірювального трансформатора напруги показана на рис.8.4.Вимірювальний трансформатор струму призначений для розширення меж вимірювання амперметрів, ватметрів та інших вимірювальних приладів, а також для включення у високовольтних мережах пристроїв захисту та автоматики. Трансформатор складається з магнітопроводу, первинної і вторинної обмоток. Кількість витків первинної обмотки набагато менше, ніж кількість витків вторинної обмотки. Первинна обмотка виконується на струми від 5 А до 15 кА, а вторинна обмотка – на струм 5 А, тобто у вторинній обмотці завжди протікає струм силою 5 А. Первинна обмотка трансформатора включається послідовно в коло, у якому протікає вимірюваний струм, а вторинна обмотка замикається через вимірювальні прилади. Отже, трансформатор працює фактично в режимі короткого замикання, тому що струмові обмотки вимірювальних приладів мають незначні опори.

Коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора струму дорівнює:

,

де I _{1 н} – номінальний струм первинної обмотки, А;

I _{2 н} – номінальний струм вторинної обмотки, А.

Показання вимірювальних приладів, включених у вторинне коло трансформатора, необхідно множити на коефіцієнт трансформації.

Магнітопровід трансформатора розрахований на незначний магнітний потік, тому велике збільшення потоку приведе до перегріву магнітопроводу і виходу його з ладу. При холостому ході трансформатора (тобто при розмиканні вторинної обмотки) магнітопровід буде неприпустимо перегріватися. Крім того, збільшений (у порівнянні з номінальним) магнітний потік буде наводити у вторинній обмотці трансформатора е.р.с., яка дорівнює 500 В – 1000 В. Отже, режим холостого ходу є для вимірювального трансформатора струму аварійним. Тому вторинна обмотка повинна бути замкнена накоротко при протіканні електричного струму в первинній обмотці. Для захисту персоналу корпус і вторинна обмотка трансформатора заземлюються.

Принципова електрична схема включення амперметра у високовольтну мережу за допомогою вимірювального трансформатора струму показана на рис.8.5. Позначення на принциповій електричній схемі: затиски первинної обмотки Л ₁ – Л ₂, затиски вторинної обмотки: В ₁ – В ₂.

53. Потужність трансформатора.

Основними характеристиками, що визначають технічний рівень силових трансформаторів, є втрати електроенергії (холостого ходу та короткого замикання), матеріалоємність (витрата електротехнічної та конструкційної сталі, обмотувального проводу, електроізоляційних матеріалів, трансформаторного масла та ін.), якість виготовлення, надійність та зручність обслуговування в експлуатації.

Принцип дії трансформаторів (аналогічно електричним машинам) заснований на явищі електромагнітної індукції.

При холостому ході, коли виводи вторинної обмотки розімкнені, в первинній обмотці протікає струм холостого ходу з діючим значенням. Повна потужність для однофазного трансформатора. Її реактивна складова витрачається на перемагнічування сталі магнітопровода, а активна складова покриває втрати при холостому ході трансформатора:. Втрати в сталі. Коефіцієнт потужності при холостому ході трансформатора. Струм холостого ходу зазвичай в каталогах вказується у відсотках до номінального струму і позначається. ККД і втрати в трансформаторі

Потужність, що отримується навантаженням трансформатора менше ніж потужність, що споживається на вході первинної обмотки внаслідок наявності втрат. Втрати в трансформаторі в процесі перетворення енергії поділяються на втрати в обмотках та втрати в сталі.

Втрати в обмотках трансформатора пропорційні квадрату струму (навантаженню) (або втрат короткого замикання, що представляють собою втрати в міді обмоток, а також додаткових втрат в стінках бака та інших металічних частинах, викликаних потоком розсіювання).

Втрати в сталі пропорційні квадрату наведеної ЕРС (втрати холостого ходу, що виникають внаслідок перемагнічування активної сталі сердечника і навантажувальних втрат). При навантаженнях не вище номінального наведена ЕРС майже рівна напрузі на виводах первинної обмотки (за виключенням падіння напруги на декілька відсотків в первинному колі трансформатора). З чого слідує, що у випадку незмінної первинної напруги втрати в сталі трансформатора можна прийняти незалежними від навантаження.

Загалом, біля 50 % втрат в сталі складають втрати на вихорові струми і 50 % - на гістерезис, тому виробники намагаються зменшити товщину листів. Можливо покращити це значення завдяки використанню новітніх технологій виготовлення трансформаторів. Останні розробки з аморфною сталлю дозволяє скоротити втрати трансформатори до 60%. Трансформатори, виготовлені з аморфної сталі, за своєю конструкцією мають набагато важчі сердечники, і тому більші за розміром, ніж традиційні трансформатори. Економія досягається за рахунок зменшення втрат, що виникають при намагнічуванні залізного сердечника трансформатора.

На відміну від втрат холостого ходу зниження навантажувальних втрат не супроводжувалось істотним покращенням матеріалу. Головним способом зниження навантажувальних втрат було зменшення густини струму в проводі через збільшення площі його поперечного розрізу. Проте, це мало два негативних наслідки: по перше – збільшення розмірів сердечника, по друге – збільшення втрат від вихрових струмів.
54.Потужність, втрата потужність…

Основними характеристиками, що визначають технічний рівень силових трансформаторів, є втрати електроенергії (холостого ходу та короткого замикання), матеріалоємність (витрата електротехнічної та конструкційної сталі, обмотувального проводу, електроізоляційних матеріалів, трансформаторного масла та ін.), якість виготовлення, надійність та зручність обслуговування в експлуатації.

Принцип дії трансформаторів (аналогічно електричним машинам) заснований на явищі електромагнітної індукції.

При холостому ході, коли виводи вторинної обмотки розімкнені, в первинній обмотці протікає струм холостого ходу з діючим значенням. Повна потужність для однофазного трансформатора. Її реактивна складова витрачається на перемагнічування сталі магнітопровода, а активна складова покриває втрати при холостому ході трансформатора:. Втрати в сталі. Коефіцієнт потужності при холостому ході трансформатора. Струм холостого ходу зазвичай в каталогах вказується у відсотках до номінального струму і позначається.

ККД і втрати в трансформаторі

Потужність, що отримується навантаженням трансформатора менше ніж потужність, що споживається на вході первинної обмотки внаслідок наявності втрат. Втрати в трансформаторі в процесі перетворення енергії поділяються на втрати в обмотках та втрати в сталі.

Втрати в обмотках трансформатора пропорційні квадрату струму (навантаженню) (або втрат короткого замикання, що представляють собою втрати в міді обмоток, а також додаткових втрат в стінках бака та інших металічних частинах, викликаних потоком розсіювання).

Втрати в сталі пропорційні квадрату наведеної ЕРС (втрати холостого ходу, що виникають внаслідок перемагнічування активної сталі сердечника і навантажувальних втрат). При навантаженнях не вище номінального наведена ЕРС майже рівна напрузі на виводах первинної обмотки (за виключенням падіння напруги на декілька відсотків в первинному колі трансформатора). З чого слідує, що у випадку незмінної первинної напруги втрати в сталі трансформатора можна прийняти незалежними від навантаження.

Загалом, біля 50 % втрат в сталі складають втрати на вихорові струми і 50 % - на гістерезис, тому виробники намагаються зменшити товщину листів. Можливо покращити це значення завдяки використанню новітніх технологій виготовлення трансформаторів. Останні розробки з аморфною сталлю дозволяє скоротити втрати трансформатори до 60%. Трансформатори, виготовлені з аморфної сталі, за своєю конструкцією мають набагато важчі сердечники, і тому більші за розміром, ніж традиційні трансформатори. Економія досягається за рахунок зменшення втрат, що виникають при намагнічуванні залізного сердечника трансформатора.

На відміну від втрат холостого ходу зниження навантажувальних втрат не супроводжувалось істотним покращенням матеріалу. Головним способом зниження навантажувальних втрат було зменшення густини струму в проводі через збільшення площі його поперечного розрізу. Проте, це мало два негативних наслідки: по перше – збільшення розмірів сердечника, по друге – збільшення втрат від вихрових струмів.
55. Електричний генератор та електричний двигун. Визначння.

Електричний генератор - пристрій, призначений для перетворення енергії механічного руху в енергію електричного струму, здебільшого використовуючи принцип електромагнітної індукції. Електричний генератор є електричною машиною з функцією, протилежною функції електродвигуна. Роль джерела механічної енергії для генератора можуть виконувати парова машина чи парова турбіна, потік води, що обертає колесо, вітер, двигун внутрішнього згорання або навіть сила людини. Генератори поділяються на генератори змінного струму й генератори постійного струму. Електричний генератор складається з двох частин: рухомої - ротора й нерухомої - статора. Одна з цих частин, індуктор, використовується для створення магнітного поля, на іншій, якорі, змонтовані обмотки, з яких знімається електричний струм. Для створення магнітного поля використовуються постійні магніти, або електромагніти. Згенерований великий струм зручніше знімати з нерухомої обмотки, тому в генераторах змінного струму магніти змонтовані здебільшого на роторах.

Електродвигу́ н, Електромото́ р — двигун, що перетворює електричну енергію в механічну. Електродвигуни — основний вид двигунів у промисловості, на транспорті і в побуті.

Електродвигун складається із обертової частини (ротора). Розрізняють електродвигуни постійного та змінного струму. Останні поділяють на синхронні та асинхронні. Асинхронні електродвигуни в свою чергу поділяються на асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором (так звана біляча клітка) та фазним ротором, а за функціональним призначенням на загальнопромислові, кранові, вибухобезпечні, ліфтові, екскаваторні. Потужність електродвигуна

Теплова потужність електродвигуна (— найбільша корисна потужність, яку електродвигун здатний віддавати, при обумовленому режимі роботи, без перегріву обмотки вище норми, що допускається класом нагрівостійкості електроізоляції. Розрізняють такі номінальні режими роботи: тривалий S1, короткочасний S2, повторно-короткочасний S3 і повторно-короткочасний з частими пусками S4. Для багатьох видів гірничого обладнання застосовують асинхронні електродвигуни з короткозамкнутим ротором, які функціонують у режимах, близьких до S1 і S4.

Номінальний тривалий режим S1 — це режим, при якому тривалість роботи двигуна, при незмінному зовнішньому навантаженні, достатня для досягнення температурою нагріву ізоляції обмотки статора сталого значення.

Номінальний повторно-короткочасний режим з частими пусками — це режим, коли короткочасні робочі включення, чергуються з періодами відключення електродвигуна. При цьому, періоди навантаження двигуна зовнішнім навантаженням і його відключення недостатньо тривалі, щоб температура могла досягнути, як сталого значення, так і температури навколишнього середовища.