Измерительные трансформаторы,трехобмоточные,специальные трансформаторы,их особенности

Измерительный трансформатор — электрический трансформатор для контроля напряжения, тока или фазы сигнала первичной цепи. Измерительный трансформатор рассчитывается таким образом, чтобы оказывать минимальное влияние на измеряемую (первичную) цепь; минимизировать искажения пропорции и фазы измеряемого сигнала в измерительной (вторичной) цепи. Измерительные трансформаторы. Для расширения пределов измерения приборов переменного тока применяются измерительные трансформаторы напряжения и тока.

Такие трансформаторы отделяют цепи высокого напряжения от измерительных цепей, что обеспечивает безопасность обслуживания приборов и упрощает изоляцию токоведущих частей

Трехобмоточный трансформатор имеет три обмотки и связывает сети трех напряжений.

Обмотки между собой имеют электромагнитную связь.

Условное обозначение:

У многообмоточных трансформаторов на каждом стержне размещается не две, а большее число обмоток с разным числом витков. Это позволяет от одного трансформатора получить несколько напряжений и, следовательно, уменьшить количество трансформаторов. Такие трансформаторы выпускаются как в однофазном, так и в трехфазном исполнении.

Многообмоточные трансформаторы небольшой мощности широкое распространение находят в радиотехнике и автоматике. В качестве силовых применяются главным образом трехобмоточные трансформатор

Автотрансформаторы. В некоторых случаях из экономических соображений целесообразно применять так называемые автотрансформаторы. Отличие их от обычных трансформаторов заключается в том, что обмотки имеют не только магнитную, но и гальваническую связь.

Недостатком автотрансформатора является наличие гальванической связи между обмотками, что требует соответствующей изоляции для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Автотрансформаторы находят широкое применение для пуска мощных синхронных и асинхронных двигателей, для регулирования напряжения, для передачи электрической энергии с различными напряжениями и малым коэффициентом трансформации, например 110 и 220 кВ. Трансформаторы напряжения. Принципиальная схема трансформатора и включение его в сеть высокого напряжения показаны на рис. 2.27. Измеряемое высокое напряжение подается на первичную обмотку трансформатора с выводами А и X; к вторичной обмотке низшего напряжения с выводами а и х подключается вольтметр. Так как сопротивление вольтметра очень велико (примерно 1000 Ом и более), то трансформатор напряжения работает в режиме, близком к холостому ходу.

Трансформаторы тока. Принципиальная схема трансформатора и схема его включения показаны на рис. 2.28.

Первичная обмотка трансформатора с выводами Л1 и Л2 включается в цепь или линию, в которой определяется ток, а вторичная обмотка с выводами И1, И2 замыкается амперметром. Если, кроме амперметра, включаются токовые обмотки защитного реле, ваттметра и других приборов, то все они соединяются последовательно. Сопротивления этих обмоток очень малы, и поэтому трансформатор работает в режиме, близком к короткому замыканию.

7.Векторная диаграмма трансформатора при индуктивно-активной нагрузке. Для их построения используется электрическая схема замещения приведенного трансформатора и основные уравнения напряжений и токов. Векторные диаграммы наглядно показывают соотношения и фазовые сдвиги между токами, ЭДС, напряжениями трансформатора. пределения угла сдвига фаз между и необходимо знать характер нагрузки. При активно-индуктивной нагрузке (рис.1.10) вектор отстает по фазе от на угол . с опытом короткого замыкания в трансформаторах, работающих с нагрузкой близкой к номинальной, пренебрегают током холостого хода и считают, что . В результате схема замещения трансформатора приобретает упрощенный вид, в ней отсутствует ветвь намагничивания. Схема состоит из последовательно включенных элементов , , (рис.1.12,а). Упрощенную векторную диаграмму строят по значениям номинального напряжения первичной обмотки , номинального тока первичной обмотки , коэффициента мощности и параметрам треугольника короткого замыкания, , . Поясним построение упрощенной векторной диаграммы трансформатора при активно-индуктивной нагрузке (рис.1.12,б). Произвольно, например, на оси ординат из ее начала строят вектор тока . Под углом проводят линию, на которой будет расположен вектор напряжения в соответствии с характером нагрузки. Строят - треугольник короткого замыкания. Катет ВС, равный активной составляющей напряжения короткого замыкания, совпадает по фазе с вектором тока. Катет АВ, равный реактивной составляющей напряжения короткого замыкания, опережает по фазе вектор тока на 90 . Сдвигают треугольник D АВС, не изменяя ориентации его сторон, так, чтобы вершина С находилась на линии, направленной под углом к вектору тока, до тех пор пока расстояние от начала координат до вершины А не станет равным .После этого определяют угол фазового сдвига между током первичной обмотки и ее напряжением 1 а также величину вектора . Все построения векторов выполняются в масштабе.

8.индуктивности обмоток и электромагнитное рассеяние Индуктивности обмоток. В трансформаторах со стальным сердечником магнитная проницаемость стали ц. во время цикла пере-магничивания непостоянна. Поэтому в течение этого цикла непостоянны также собственные L и взаимные М индуктивности обмоток трансформатора. В результате такого непостоянства ц, при подключении трансформатора к сети с синусоидальным напряжением в его намагничивающем токе f'o возникают высшие гармоники. При работе трансформатора на ток i0 накладывается ток нагрузки, по отношению к которому ток j0 и, в особенности, его высшие гармоники малы. Поэтому при исследовании режимов работы трансформатора указанными гармониками можно пренебречь и учитывать только основную гармонику тока /0- Это равносильно допущению, что во время цикла перемагничивания ц, L и М постоянны. Влияние насыщения сердечника при этом можно учесть, принимая в расчет при разных режимах работы трансформатора, при разных амплитудах потока сердечника, значения (д,, L и М для данного режима работы. В соответствии с изложенным будем полагать, что ц, L и М постоянны. Рассмотрим индуктивности и индуктивные сопротивления обмоток, обусловленные магнитным потоком сердечника Фс Картина магнитного поля, замыкающегося целиком по сердечнику, одинакова независимо от того, какой из обмоток это поле создается. Поэтому и магнитное сопротивление -потоку Фс одинаково для поля обеих обмоток и в равенства (14-4), (14-5) и (14-6) входит одинаковая величина /?цС. Вследствие этого также. Первые слагаемые равенств (14-9) и (14-10) значительно больше вторых, так как потоки через воздух относительно малы. Понятие об электромагнитном рассеянии. Полнота электромагнитной связи двух индуктивно связанных цепей характеризуется коэффициентом связи этих цепей в реальных условиях всегда с < 1. Если бы в трансформаторе отсутствовали потоки Фв1 и Фв2, замыкающиеся по воздуху, то Lu — Lcl, L22 = Lc2, M — Me, и в этом случае в соответствии с равенствами (14-4), (14-5), ^14-6) и (14-11) Таким образом, неполнота электромагнитной связи в трансформаторе, выражаемая неравенством с < 1, обусловлена наличием потоков Фв1 и Фн2 или, точнее, неодинаковым их сцеплением с обеими обмотками. Условие с — 1 было бы достигнуто только в том случае, если бы удалось полностью совместить первичную и вторичную обмотки» что фактически невозможно. Явление неполной электромагнитной связи называется электромагнитным рассеянием. Наряду с соотношением (14-11) целесообразно ввести в рассмотрение коэффициент электромагнитного рассеяния Чем меньше с и чем больше а, тем больше рассеяние. Ввиду того что явление рассеяния обусловлено неодинаковостью или неполнотой сцепления потоков Фв1 и Фв2, проходящих по воздуху, с обеими обмотками, эти потоки называют часто также потоками рассеяния, однако это название до некоторой степени условно, так как потоки Фв1 и Фв2 обусловливают также явление взаимной индукции, поскольку Мв Ф 0. Как, будет выяснено ниже, степень неполноты электромагнитной связи, или величина электромагнитного рассеяния, оказывает большое влияние на многие технические показатели и характеристики трансформаторов и вращающихся электрических машин. В трансформаторах с ферромагнитным сердечником потоки ФВ1 и Фв2 относительно малы.Поэтому электромагнитная связь в трансформаторах весьма высока, а рассеяние мало.

9.Виды трансформаторов. Виды магнитопроводлв обмоток.Трансформатор с одной первичной и с одной вторичной обмоткой называется двухобмоточ-н ы м. Во многих случаях применяются трансформаторы с несколь^ кими первичными или вторичными обмотками. Такие трансформаторы называются многообмоточными. Ниже в первую очередь рассматриваются двухобмотбчные трансформаторы.Чаще всего применяются однофазные и трехфазные трансформаторы. Трансформаторы с другим числом фаз используются в специальных устройствах.В зависимости от назначения трансформаторы имеют некоторые особенности в конструкции и режимах работы.Трансформаторы, служащие для преобразования энергии переменного тока в электрических сетях энергетических систем (на электростанциях н подстанциях, промышленных предприятиях» в городских сетях, в сельском хозяйстве и т. д.), называются силовыми. Частота тока силовых трансформаторов в СССР равна 50 гц, а в США и в некоторых других странах 60 гц. Силовые трансформаторы представляют собой наиболее распространенный и наиболее важный класс трансформаторов. Кроме этого, имеется целый ряд трансформаторов специального назначения: выпрямительные, сварочные, измерительные и др.Силовые трансформаторы бывают масляные и сухие. В масляных трансформаторах сердечник с обмотками помещают в бак с трансформаторным маслом, которое выполняет одновременна роль электрической изоляции и охлаждающего агента. Одяакй трансформаторное масло является горючим, в связи с чем при аварии таких трансформаторов существует определенная опасность возникновения пожара. Поэтому в общественных и жилых зданиях, а также в ряде других случаев применяются сухие трансформаторы, охлаждение которых осуществляется воздухом. В цас-портных табличках силового трансформатора указываются следующие данные: 1} номинальная полная мощность 5Н (/се -а); 2) номинальные линейные напряжения обмоток £/л.„(б,/с8);3) номинальные линейные токи 1Л и (а); Ь)номинальная частота / (гц); 5) число фаз от; 6) схема и группа соединения обмоток (см. § 12-4); 7) напря-, жение короткого замыкания ик (см. § 14-5); 8) режим работ» (длительный, кратковременный); 9) способ охлаждения К настоящему времени построены силовые трансформаторы единичной мощностью до 1300 Мв-а и напряжение22м до 760 кв.Магнитопровод - это один из самых важных узлов трансформатора. Он является магнитной системой, по которой проходит магнитный поток (основной). Кроме того магнитопровод выполняет важную конструктивную функцию. Он служит основой крепления различных деталей трансформатора в частности обмоток. Набирают магнитопровод из шихтованных пластин трансформаторной (электротехнической) стали. Эти пластины очень тонкие и изолируются между собой пленкой жаростойкого лака. Существует два типа иполнения магнитопровода: стержневой и броневой.Рассмотрим стержневой тип. В магнитопроводе такого вида вертикальные стержни имеют ступенчатое сечение, стремящееся к фигуре круг. Это необходимо, так как обмотки, которые расположены на них, цилиндрической формы. Ярмами называются части магнитопровода не имеющие обмоток и служащие для образования замкнутой цепи.2Рассмотрим броневой тип. Магнитопроводы такого вида имеют прямоугольное поперечное сечение. Сами стержни расположены горизонтально. Как следствие - обмотки такогомагнитопровода имеют прямоугольную форму. Технология изготовления броневого типамагнитопровода очень сложная. Поэтому конструкцию применяют только для некоторых типов специальных трансформаторов.Для конструкции стержневого магнитопровода различают следующие способы соединения стержней с ярмами: стыковой и шихтованный.При стыковом способе стержни и ярма собирают раздельно. Обмотки насаживают на стержни. Сверху ставят верхнее ярмо. Между всеми стыкующимися частямимагнитопровода помещают прокладки из электрокартона. Это необходимо для того, чтобы избежать замыкания пластин. После этого всю конструкцию прессуют и стягивают вертикальными шпильками.Шихтованный способ характеризуется тем, что стержни и ярма собраны в переплет. Обмоткой трансформатора называют совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой складываются эдс, индуктированные в отдельных витках. Обмотки трансформатора состоят из обмоточного провода и изоляционных деталей, предусмотренных конструкцией, которые не только защищают витки от электрического пробоя и препятствуют их смещению под действием электромагнитных сил, но и создают необходимые каналы для охлаждения. Обмотки трансформаторов различных мощностей и напряжений различаются типом намотки, количеством витков, направлением намотки, числом параллельных проводов в витке, схемой соединения отдельных элементов обмотки между собой.По взаимному расположению на стержне обмотки разделяются на концентрические и чередующиеся. Концентрические обмотки — это обмотки, изготовленные в виде цилиндров и концентрически расположенные на стержне магнитопровода. Чередующиеся обмотки — это обмотки ВН и НН трансформатора, чередующиеся в осевом направлении на стержне. На рисунке 1 показаны концентрическое и чередующееся расположения обмоток на стержне магнитопровода. а — концентрическое, б — чередующееся; 1 - стержень магнитопровода, 2 — обмотка НН, 3 — обмотка ВН Рисунок 1 - Расположение обмоток на стержне магнитопровода

10.Регулирование напряжения трансформатора.Предусмотрены два вида регулирования напряжения силового трансформатора: регулирование напряжения путем переключения ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ), после отключения всех обмоток трансформатора от сети, и регулирование напряжения без перерыва нагрузки (РПН), без отключения обмоток трансформатора от сети. Переключатели ответвлений РПН по сравнению с ПБВ имеют более сложную и громоздкую конструкцию из-за того, что каждая фаза снабжена специальным переключающим устройством. Аппаратура РПН располагается в общем баке с активной частью трансформатора, а ее переключение автоматизируется или осуществляется дистанционно (со щита управления). Трансформаторы с РПН обычно рассчитаны для регулирования напряжения в пределах 6 – 16%. Рис. 1.15 При весьма значительных мощностях трансформатора аппаратура РПН становится слишком громоздкой. В этом случае применяют регулирование напряжения с помощью вольтодобавочного трансформатора, состоящего из трансформатора ПТ, включенного последовательно, и регулировочного автотрансформатора РА с переключающим устройством ПУ (рис.1.15). Напряжение вторичной обмотки трансформатора ПТ суммируется с напряжением линии и изменяет его до значения . Величина может изменяться регулировочным автотрансформатором РА, а фаза может изменяться на переключателем продольного регулирования ППР. \

11.Параллельная работа тр-ов. Усл. включения на параллельную работу Обычно на подстанциях трансформаторы устанавливают параллельно по два и более в следующих целях:1.для обеспечения резервного питания в случае аварии или ремонта одного из трансформаторов;2.для возможности перераспределения нагрузки и отключения части трансформаторов в периоды малых нагрузок (как следствие, уменьшения потерь энергии). Для обеспечения наилучших условий работы параллельно работающих трансформаторов необходимо выполнить следующие условия включения их на параллельную работу:а) одинаковые группы соединений трансформаторов;б) равенство коэффициентов трансформаторов или равенство первичных и вторичных напряжений;в) равенство напряжений короткого замыкания.При включении трансформаторов на параллельную работу следует проверить их фазировку, т.е. проверить синфазность включения вторичных обмоток на одноимённые шины. (т. е. проверка соответствия по фазе вторичных э. д. с. при подключении первичных обмоток к общей сети)

12.Определение параметров схемы замещения трансформатора. Аналитическое и графическое исследование работы трансформатора упрощается, если действительный трансформатор, в котором обмотки связаны электромагнитно, заместить электрической схемой. Схема замещения должна соответствовать уравнению напряжений , а также уравнению приведённого трансформатора т.е. Такая схема имеет вид: Рис.1.Эквивалентная Т-образная схема замещения трансформатора. То есть трансформатор можно представить как совокупность трёх ветвей: первичной с сопротивлением ; вторичной с сопротивлением и намагничивающей с сопротивлением . Рассмотренная схема замещения не учитывает потерь в стали и намагничивающий ток имеет только реактивную составляющую. Поскольку , то во многих случаях можно положить Zm=∞, т.е. I0=0 , в виду малости это допустимо. Такому допущению соответствует упрощенная схема замещения, показанная на рисунке Здесь соответственно полное, активное и индуктивное сопротивление короткого замыкания. Расчётное определение. Активное сопротивление обмоток r1 и r2 могут быть вычислены по обмоточным и конструктивным данным трансформатора. Для заданного режима работы их обычно считают постоянными. Наибольшие трудности представляет расчёт индуктивных сопротивлений рассеяния xσ1 и xσ2.. Поэтому в инженерных расчётах обычно используют ряд упрощений. Во-первых, считают, что намагничивающий ток равен 0 т. е. i1w1+i2w2=0, и существуют только поля рассеяния. Для расчёта потокосцепления обмоток применим закон полного тока: Суммарная индуктивность рассеяния а суммарное индуктивное сопротивление рассеяния:

13.Внезапное КЗ тр-ра.Короткое замыкание – это такой режим, при котором вторичные зажимы замыкаются накоротко. Короткое замыкание может быть установившееся (постепенное повышения U), и внезапное, возникающее при различных неисправностях в электрических сетях: ошибочное действие персонала, повреждения изоляции: механический или электрический пробой. Замыкание в этом случае происходит не на пониженном, а на номинальном (полном) напряжении сети.Схема замещения в этом случае такая же, как в условиях установившегося к. з., то есть первичное напряжение приложено к Zк.Согласно схеме переходный процесс описывается идентичным дифференциальным уравнением: , , , , , где C находится из начальных условий , ,   отсюда       Выражение в квадратных скобках – это амплитуда свободной составляющей тока, чем она больше, тем больше пиковое значение тока.Проанализируем влияние нагрузки на С. Поскольку , т. е. ток короткого замыкания имеет индуктивный характер, то если , т. е. нагрузка тоже индуктивная, то слагаемые в скобках вычитаются. Т. е. индуктивная нагрузка снижает бросок тока внезапного короткого замыкания. А емкостная нагрузка, наоборот, увеличивает С и, следовательно, бросок тока.В зависимости от фазы включения, т. е. ψ, кривые тока будут иметь вид, аналогичным приведённым выше.Если то при холостом ходе (режим этот более опасен, чем режим R-L) .Максимальное значение тока достигается при ωt = π или через после начала к. з. Этот ток называют ударным, а выражение в скобках – ударным коэффициентом , который показывает, во сколько раз ударный ток больше амплитуды установившегося тока короткого замыкания. .Для мощных трансформаторов , для малых

14.Способы Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей Скорость вращения асинхронного двигателя определяется зависимостью Следовательно, ее можно регулировать, изменяя питающего напряжения, число пар полюсов и величину скольжения . Последнее можно осуществить изменяя и .1)Регулирование путем изменения частоты питающего напряжения. Применяемые ранее электромашинные преобразователи частоты очень громоздки, сложны в эксплуатации и дороги. Поэтому они практически полностью вытеснены полупроводниковыми преобразователями частоты, которые в настоящее время обеспечивают достаточную надежность в работе. При применении этого способа регулирования необходимо обеспечить (при изменении частоты питающей сети и питающего напряжения) постоянство потока намагничивания асинхронной машины..2)Регулирование путем изменения числа пар полюсов позволяет получить ступенчатое изменение скорости вращения. Для двукратного изменения скорости отдельные катушки, составляющие данную фазу, переключаются с последовательного согласного соединения на встречное или с последовательного на параллельное. Обмотку ротора в этом случае выполняют короткозамкнутой. Если нужно иметь три или четыре скорости, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переключении которой можно получить еще две скорости. Асинхронные электродвигатели с переключением числа пар полюсов называются многоскоростными. Недостатки этого способа регулирования скорости вращения: большие габариты и вес по сравнению с двигателями нормального исполнения, а, следовательно, и большая стоимость; большая величина ступеней регулирования (при частоте 50 Гц скорость вращения поля n, при переключениях изменяется в отношении 3000:1500:1000:750)..3)Регулирование путем включения в цепь ротора добавочных сопротивлений. Этот способ применяется для двигателей с фазовым ротором, он позволяет плавно изменять скорость вращения двигателя.Недостатки: плохие энергетические характеристики асинхронной машины и чрезмерно "мягкая" механическая характеристика машины, что в некоторых случаях (при пульсациях нагрузочного момента) недопустимо.4)Регулирование путем изменения питающего напряжения. Для двигателей нормального исполнения этот метод неприменим, т.к. пропорционально квадрату уменьшения напряжения питающей сети уменьшается величина момента двигателя. Он применяется для двигателей малой мощности, которые имеют значительные активные сопротивления роторной обмотки, т.к. в этом случае скольжение резко возрастает и максимум момента сдвигается в зону близкую и даже в область . Снижение КПД двигателя, связанное с увеличением потерь мощности для этих типов двигателей не имеет существенного значения.

15.Способы пуска асинхронных двигвтелей. Пуск в ход АД с короткозамкнутым и фазным ротором.При пуске в ход АД должны выполняться следующие условия:1) Пусковой момент двигателя должен быть больше, чем момент нагрузки на валу, чтобы АД мог прийти во вращения;2) Величина пускового тока должна быть такой, чтобы обмотки не перегревались и не разрушались электродинамическими силами.3) Время пуска должно быть по возможности наименьшим;4) Схема пуска должна быть по возможности простой, количество и стоимость пусковых устройств малыми.Пусковой ток двигателя должен выбираться таким образом, чтобы при работе от сети ограниченной мощности падение напряжения в сети не превышало 0,1Uном.По типу с одной ступени производятся либо вручную либо автоматически с помощью контакторов с электроприводом. Жидкостный реостат – это сосуд с электролитом (раствор соды или поваренной соли), в который опущены электроды. Сопротивление в этом случае регулируется глубиной погружения электродов. АД с короткозамкнутым проще по устройству и обслуживанию, дешевле и надежнее в работе двигателей с фазным ротором. Поэтому подавляющее большинство выпускаемых АД – с к.з. ротором.Наиболее распространенным способом пуска является включение обмотки статора непосредственно в сеть, при U1=Uн. Это прямой пуск. При этом I1n=(4÷7)I1н. АД проектируются с таким расчетом, чтобы по теплу и динамическим силам допускали прямой пуск. Прямой пуск возможен при работе от мощной сети (Uc падает не более чем на 10÷15%). Если по условиям сети прямой пуск невозможен, то применяют пуск при напряжении U. При этом Мэм падает пропорционально U12, т.е. при номинальной нагрузке на валу ток пускать нельзя, пускают на х.х. Реакторный пуск. ротора различают способы пуска двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором. Пуск двигателей с фазным ротором производится с помощью реостата в цепи ротора. Применяются металлические и жидкостные пусковые реостаты. Первые выполняются в виде чугунной проволоки и помещаются в целях охлаждения в бак с трансформаторным маслом. Обычно эти реостаты ступенчатые и переключение Сначала включается В1 и АД получает питание от сети через реактор (3-фазная катушка индуктивности), сопротивление которого хр ограничивает Iп. При достижении n2=nном включается В2 и реактор выводится из работы.ПР обычно выполняются с магнитным сердечником (для большей Lр) и для снижения габаритов рассчитываются на кратковременный ток. Автотрансформаторный пуск. Сначала включаются В1 и В2 и на АД через АТ подается пониженное U. При достижении определенной скорости В2 отключается и АТ работает как реактор. Затем включается В3, и АД получает полное U сети. Пуск переключением “Y/Δ”. Применяется, когда выведены все 6 концов статора, а нормальная работа – при соединении в Δ, например, когда есть 220В, а U1н=380/220 при Y/Δ. В этом случае АД пускается в положении П – “пуск”(Y), а потом при достижении n2н – переключается в положение “Работа” (Δ).При таком способе Uд снижается в раз по сравнению с Uсети, Мп падает в 3 раза, а Iп – в раз, т.е. эффект такой же, как и при реакторном пуске, только появляется разрыв токовой цепи и возрастают коммутационные перенапряжения. Последний способ пуска поэтому применяют редко 16.Асинхронный генератор, автономный режим. Асинхронная машина - это электромеханический преобразователь, ротор которого вращается несинхронно с полем статора. Основными конструктивными элементами асин­хронной машины являются статор и ротор.Так же как и трансформатор, АМ состоит из 3-х основных систем: магнитной, системы обмоток и системы охлаждения.Магнитная система состоит из неподвижной части, статора и подвижной – ротора.Статор набирается из изолированных пластин электротехнической стали (δ=0,5мм), изолированных друг от друга лаком. Пластины вырубаются из рулонной стали, одновременно на внутренней поверхности вырубаются пазы нужной формы, в которые укладывается 3-фазная обмотка. Ротор также штампуется в виде отдельных пластин и состоит из ярма, зубцовой зоны и крепится к валу.Асинхронная машина включается в сеть как двигатель, а затем с помощью вспомогательного двигателя разгоняется до скорости большей, чем синхронная. Теоретически частота n2 может возрастать до бесконечности, но практически в целях ограничения потерь s выбирается по модулю таким же, как в асинхронном двигателе. Асинхронная машина, подключенная к трехфазной сети переменного тока, при частоте вращения п 2 > n 1 переходит в генераторный режим. При этом реактивную мощность, необходимую для возникновения вращающего магнитного поля, машина получает из сети. Можно также обеспечить работу асинхронной машины в качестве автономного генератора, если подавать в обмотку статора необходимую реактивную мощность от батареи конденсаторов. В автономном асинхронном генераторе к выходу генератора АГ, приводимого во вращение каким-либо первичным двигателем, параллельно нагрузке в каждую фазу подключают конденсатор. При активной нагрузке реактивная мощность, поступающая от конденсатора, должна быть равна реактивной (намагничивающей) мощности генератора, необходимой для создания его магнитного потока. При смешанной активно-индуктивной нагрузке мощность должна покрывать также реактивную мощность нагрузки. Асинхронный генератор можно охарактеризовать энергетической диаграммой активной мощности. Здесь подводимой мощностью P1 является мощность на валу, а полезной P2 – мощность, отдаваемая в сеть.

17.Электромагнитный момент асинхронной машины механическая характеристика.Эл. момент возникает при наличии магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, и тока в обмотке ротора. Можно показать, что электромагнитный момент определяется соотношением:M=CΦI2cosψ2. Здесь: – конструктивный коэффициент; ω0=2πf/p – скорость вращения магнитного поля; ψ2 – сдвиг по фазе между ЭДС и током ротора; I2cosψ2 – активная составляющая тока ротора.Таким образом, величина электромагнитного момента зависит от результирующего магнитного поля Φ и активной составляющей тока ротора. На рис. приведено пояснение влияния cosψ2 на величину электромагнитного момента: а) ψ2=0°,(cosψ2=1); б) ψ2=90°, (cosψ2=0). Как следует из рис..а, если ψ2=0°, в создании электромагнитного момента участвуют все проводники обмотки ротора, т.е. момент имеет наибольшее значение. Если ψ2=90° (рис.б), результирующая электромагнитная сила и момент равны нулю. Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора в функции от электромагнитного момента n=f(M). Эту характеристику (рис. 2.15) можно получить, используя зависимость M=f(S) и пересчитав частоту вращения ротора при разных значениях скольжения. Так как S=(n0−n)/n0, отсюда n=n0(1−S). Напомним, что n0=(60f)/p – частота вращения магнитного поля.Участок 1-3 соответствует устойчивой работе, участок 3-4 – неустойчивой работе. Точка 1 соответствует идеальному холостому ходу двигателя, когда n=n0. Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя, ее координаты Mн и nн. Точка 3 соответствует критическому моменту Mкр и критической частоте вращения nкр. Точка 4 соответствует пусковому моменту двигателя Mпуск. Механическую характеристику можно рассчитать и построить по паспортным данным. Точка 1:n0=(60f)/p, где: p –число пар полюсов машины; f – частота сети.Точка 2 с координатами nн и Mн. Номинальная частота вращения nн задается в паспорте. Номинальный момент рассчитывается по формуле: здесь: Pн – номинальная мощность (мощность на валу).Точка 3 с координатами Mкрnкр. Критический момент рассчитывается по формуле Mкр=Mнλ. Перегрузочная способность λ задается в паспорте двигателя nкр=n0(1−Sкр), ,Sн=(n0−nн)/n0 – номинальное скольжение.Точка 4 имеет координаты n=0 и M=Mпуск. Пусковой момент вычисляют по формулеMпуск=Mнλпуск,где: λпуск – кратность пускового момента задается в паспорте.Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику, т.к. частота вращения ротора (участок 1–3) мало зависит от нагрузки на валу. Это одно из достоинств этих двигателей.

18.Устройство и принцип действия АД.Основные уравнения описывающие процессы в АД Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. Станина (1) выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов (2), из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка (3). Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия.Основное назначение обмотки статора – создание в машине вращающего магнитного поля.Сердечник ротора набирается из листов электротехнической стали, на внешней стороне которых имеются пазы, в которые закладывается обмотка ротора. Обмотка ротора бывает двух видов: короткозамкнутая и фазная. Соответственно этому асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (с контактными кольцами).МДС статора: Поток Механическая мощность .Уравнениянапряжения U1 — первичное фазное напряжение; I1и I2 — первичный и вторичный фазные токи: r1 r2 — первичное и вторичное активные сопротивления; хσ1, xσ2 — первичное и вторичное индуктивные сопротивления рассеяния, включающие пазовое, лобовое, диффе­ренциальное рассеяния и рассеяние по коронкам зубцов xг1 xг2— первичное и вторичное главные собственные индуктивные сопротивления, учитывающие основные гармоники магнитного поля в воздушном зазоре; xг21, xгl2 — взаимные индуктивные сопротивления первичной и вторичной обмоток от основных гармо­ник поля в воздушном зазоре, причем в общем случае лгг21 Ф хг12 (см. § 23-2).а) ЭДС статора.Магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, вращается относительно неподвижного статора с частотой n0 = (60 f) / p и будет наводить в обмотке статора ЭДС. Действующее значение ЭДС, наводимой этим полем в одной фазе обмотки статора определяется выражением:E1 = 4,44 w1 kоб f Ф,б) Уравнение электрического равновесия фазы обмотки статора.Это уравнение составлено по аналогии с катушкой с сердечником, работающей на переменном токе. .Здесь Ú и Ú1 – напряжение сети и напряжение, подведённое к обмотке статора. R1 – активное сопротивление обмотки статора, связанное с потерями на нагрев обмотки. x1 – индуктивное сопротивление обмотки статора, связанное с потоком рассеяния. z1 – полное сопротивление обмотки статора. İ1 – ток в обмотке статора.а) Частота ЭДС и тока ротора.При неподвижном роторе частота ЭДС f2 равна частоте сети f.f2 = f = (n0 p) / 60.При вращающемся роторе частота ЭДС ротора зависит от частоты вращения магнитного поля относительно вращающегося ротора, которая определяется соотношением:n' = n0 - n.Отношение ЭДС статора к ЭДС неподвижного ротора называется коэффициентом трансформации асинхронной машины. .Ток ротора: г) поле ротораОбмотка ротора, как и обмотка статора, является многофазной и при появлении в ней тока создаёт своё вращающееся магнитное поле. n2 частота вращения магнитного поля ротора относительно ротора.n2 = (60 f2) / p= (60 f S) / p.

19.Специальные АМ. Для перевода AM в генераторный режим необходим источник реактивной мощности для возбуждения. Если генератор работает параллельно сети, то реактивную мощность он будет потреблять из сети.Если генератор работает на автономную нагрузку то для получения реактирной мощности используется батарея конденсаторов подключаемая параллельно обмотки статора Габариты и стоимость конденсаторов сравнимы с габаритами и стоимостью машины Асинхронный преобразователь частоты.Выполняется на базе AM с фазным ротором.Используется для получения переменного тока 100 - 200 Гц Использование AM режиме трансформатора. Фазорегулятор.В основе АД с фазным ротором, ротор заторможен.Поворот обеспечивается червячной парой.Трехфазный индукционный регулятор (потенциалорегулятор В основе AM с фазным ротором..Трансформатор с вращающимся полем для преобразования числа фаз или частоты.Их базой является AM с фазным ротором т. к. нет необходимости вращать ротор то воздушный зазор выполняется нулевым..Для того чтобы получить требуемую частоту это достигается не синусоидальным магнитным потоком. Рабочий режим выбирается с насыщением стали В > 2 Тл..Для получения нужной частоты выполняются специальные схемы с выделением требуемой частоты (такие преобразователи используются для получения утроенной частоты.АД с массивным ротором.При пуске S = 1 вращающееся магнитное поле за счет эффекта вытеснения тока проникает на небольшую глубину 1-3 мм. Когда. S = 0,05 проникновение в тело ротора 5-15 мм. С торцов ротора закрепляются медные диски.Мп / Мном =1,5-2 раза. КПД и cos ф значительно ниже чем у обычного АД. У микродвигателей торцы покрывают тонким слоем меди. Используются на частотах вращения 10 000 - 200 000 об/мин.Асинхронные двигатели с полым не магнитным ротором.Ротор – полый тонкостенный цилиндр из проводящего не магнитного материала. Выполняется на мощности от долей ватта до сотен ватт. Используются на частотах 50, 200, 400, 500, 1000 Гц. В результате частоты вращения этих двигателей достигают до 60000 об/мин (1500 ¸ 30000 об/мин). Так как воздушный зазор велик (0,4 ¸ 1,5 мм) то ток холостого хода Iо составляет от 0,8 до 0,9 Iн, КПД составляет 0,2 ¸ 0,4, cos Y 0,2 ¸ 0,4.

20.Схема замещения асинхронной машины и его параметры. Схема замещения позволяет определить токи, потери мощности и падения напряжения в асинхронной машине. При этом нужно учитывать, что в обмотке вращающегося ротора проходит ток, действующее значение и частота которого зависят от частоты вращения. Т-образная схема замещения АМ. (r1 и ), ветви намагничивания , которая обтекается намагничивающим потоком и к которой приложено напряжение (между точками а б) равное . Эта схема похожа на схему замещения трансформатора и также не учитывает магнитных потерь активной мощности (в сердечнике статора в роторе-иной частью), которые пропорциональны суммарному потоку, а следовательно и э.д.с. Т-образная схема замещения АМ с выделенной ветвью нагрузки Г-образная схема замещения АМ Чтобы иметь возможность рассматривать ротор совместно со статором (при отсутствии между ними электрической связи), параметры роторной цепи заменяются их приведенными значениями: , , где - коэффициент трансформации двигателя. Каждому режиму работы АД соответствует определенная область скольжений. В асинхронных двигателях скорость однозначно связана со скольжением: , поэтому механические характеристики двигателей часто представляют в виде зависимости между моментом и скольжением: Чтобы получить эту зависимость воспользуемся Т – образной схемой замещения фазы АД

21.режимы работы и энергетические диаграммы АМ Двигательный режим(0 < s < 1). Схема замещения асинхрон­ной машины отражает все основные процессы, происходящие в ней, и представляет собой удобную основу для изучения режимов работы машины. Про­цесс преобразования активной энергии и мощности при двигательном режиме работы асинхронной машины.Асинхронный двигатель потребляет из сети активную мощность. Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении первичной обмотки: а другая часть — в виде магнитных потерь в сердечнике статора (первичной цепи): оставшаяся часть мощности представляет собой электромагнитную мощность, передаваемую посредством магнитного поля со статора на ротор. На схеме заме­щения этой мощности соответствует мощность в активном сопротив­лении вторичной цепи. Поэтому Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении вторичной обмотки: Остальная часть мощности Рэм превращается в механическую мощность Рмх, развиваемую на роторе: или Часть механической мощности теряется внутри самой машины в виде механических потерь (на вентиляцию, на трение в подшипниках и на щетках машин с фазным ротором, если эти щетки при работе не поднимаются), магнитных потерь в сердечнике ротора и добавочных потерь. Последние вызваны в основном высшими гармониками магнитных полей, которые возникают ввиду наличия высших гармоник н. с. обмоток и зубчатого строе­ния статора и ротора. Во-первых, высшие гармоники поля индук­тируют э.д.с. и токи в обмотках, в связи с чем появляются доба­вочные электрические потери. Эти потери заметны по величине только в обмотках типа беличьей клетки. Во-вторых, эти гармоники поля обусловливают добавочные магнитные потери на поверхности (поверхностные потери) и в теле зубцов (пульсационные потери) статора и ротора. Вращение зубцов ротора относительно зубцов статора вызывает пульсации магнитного потока в зубцах, и поэтому соответствующая часть потерь называется пульсационным и потерями. Магнитные потери в сердечнике ротора при нормальных рабочих режимах обычно очень малы и отдельно не учи­тываются.Добавочные потери при­нимают равными 0,5% от подводимой мощности при номинальной нагрузке. Отметим, что в обмотках возникают также добавочные потери от вихревых токов в связи с поверхностными эффектами.. Полезная механическая мощность на валу, или вторичная мощность Сумма потерь двигателя. К.п.д. двигателя К.п.д. двигателя мощностью Рн = 1 - 1000 кВт при номи­нальной нагрузке находится соответственно в пределах 0,72 - 0,95. Более высокие к. п. д. имеют двигатели большей мощности и с большей скоростью вращения. Энер­гетическая диаграмма асинхронного двигателя. Режим двигателя. Режим генератора.

22.Приведение величин обмоток ротора ам к обмотке статора. ПРИВЕДЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОБМОТКИ РОТОРА К ОБМОТКЕ СТАТОРА.Для того чтобы параметры ротора и статора изобразить на одной векторной диаграмме, произведем приведение параметров обмотки ротора к параметрам обмотки статора. При этом обмотку ротора с числом фаз m2, обмоточным коэффициентом k2 и числом витков W2 заменяют обмоткой с m1×k1×W1, соблюдая при этом энергетический баланс в роторе.Не останавливаясь на методике приведения параметров, которая повторяется из раздела "трансформаторы", перепишем основные уравнения приведенного асинхронного двигателя: 1. 2. 3. 23.Пусковой Момент асинхронного двигателя.Вращающий электромагнитный момент двигателя в соответствии с законом электромагнитных сил Где См - конструктивная постоянная; j2s- фазовый сдвиг между током и магнитным потоком. Отношение максимального момента Мmax к номинальному Мн определяет перегрузочную способность двигателя и составляет 2,0-2,2 (дается в каталожных данных). Максимальный момент соответствует критическому скольжению sк, определяемому активными и индуктивными сопротивлениями двигателя, и пропорционален активному сопротивлению цепи ротора. Рабочий момент двигателя пропорционален квадрату напряжения, что необходимо учитывать при включении двигателя в протяженных распределительных сетях. Номинальному моменту соответствует номинальное скольжение, а пусковому - sп. Зависимость момента двигателя от скольжения М=f(s) приведена на рисунке. На участке от 0 до Мmax двигатель работает в устойчивом режиме, а участок от Skназывается режимом опрокидывания двигателя, при котором двигатель в результате перегрузки останавливается и не может вернуться в рабочий режим без очередного запуска. Пусковые свойства двигателя определяются соотношением пускового момента Мп и номинального. В соответствии с каталожными данными оно составляет 1,6-1,7. При пуске асинхронного двигателя cosj очень мал и пусковой ток в обмотке статора может возрастать в 5-7 раз по сравнению с номинальным. Ограничение его осуществляется изменением частоты питающего напряжения для двигателя с короткозамкнутым ротором и увеличением активного сопротивления в цепи ротора для двигателя с фазовым ротором. Для механизмов, имеющих тяжелые условия пуска, где желательно использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, применяются двигатели с улучшенными пусковыми свойствами: с большим пусковым моментом и меньшим пусковым током, чем у двигателей общего назначения.

24.ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Используя принципы построения векторной диаграммы для трансформатора, построим ее для асинхронного двигателя. Вначале во втором основном уравнении величину r2' представим в виде: ,что математически не противоречит друг другу.Тогда само уравнение можно переписать: Используя три основных уравнения двигателя, построим векторную диаграмму, которая, будет несколько напоминать диаграмму трансформатора (рис. 5.7.1). Вторичное напряжение определяется вектором: ,иначе говоря, асинхронный двигатель в электрическом отношении работает как трансформатор при активной нагрузке. Мощность, отдаваемая вторичной обмоткой данного трансформатора ,представляет собой полную механическую мощность, развиваемую двигателем.

25.регулировочные характеристики генераторов постоянного тока.Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую. В зависимости от способов соединения обмоток возбуждения с якорем генераторы подразделяются на:генераторы независимого возбуждения;генераторы с самовозбуждением;генераторы параллельного возбуждения;генераторы последовательного возбуждения;генераторы смешанного возбуждения;Генераторы малой мощности иногда выполняются с постоянными магнитами. Свойства таких генераторов близки к свойствам генераторов с независимым возбуждением.Генераторы независимого возбуждения В генераторе с независимым возбуждением ток возбуждения не зависит от тока якоря , который равен току нагрузки . Обычно ток возбуждения невелик и составляет 1…3 % от номинального тока якоря.Основными характеристиками генератора являются характеристики: холостого хода, внешняя, регулировочная и нагрузочная.Характеристика холостого хода при и . Расхождение входящей и нисходящей ветвей характецристики объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины. составляет 2…4 % от .Внешней характеристикой называется зависимость при и . Под нагрузкой напряжение генератора где – сумма сопротивлений всех обмоток, включенных последовательно в цепь якоря (якоря, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки). С увеличением нагрузки напряжение уменьшается по двум причинам:из-за падения напряжения во внутреннем сопротивлении машины;из-за уменьшения ЭДС в результате размагничивающего действия реакции якоря.Генераторы параллельного возбужденияВ генераторе с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединена через регулировочный реостат параллельно обмотке якоря. Для нормальной работы приемников электроэнергии необходимо поддерживать постоянство напряжения на их зажимах, несмотря на изменение общей нагрузки генератора. Это осуществляется посредством регулирования тока возбуждения.Регулировочной характеристикой генератора называется зависимость тока возбуждения от тока якоря при постоянном напряжении и оборотах . Такая характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения для того, чтобы при изменениях нагрузки поддерживать постоянство напряжения на зажимах генератора. Эта кривая сначала почти прямолинейна, но затем загибается вверх от оси абсцисс, вследствие влияния насыщения магнитопровода машины. Следовательно, в машине используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание непосредственно от самого генератора.Самовозбуждение генератора возможно только при наличии гистерезиса в магнитной цепи. При вращении якоря в его обмотке потоком остаточного магнетизма индуктируется ЭДС , и по обмотке возбуждения начинает протекать ток. Если обмотка возбуждения включена так, что ее НС направлена согласно с НС остаточного магнетизма, то магнитный поток возрастает, увеличивая ЭДС , поток и ток возбуждения . Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с , , зависящими от величины сопротивления цепи возбуждения.Для режима холостого хода генератора: где – суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря.Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет такой же вид, как и для генератора с независимым возбуждением. У генераторов последовательного возбуждения ток возбуждения Iв равен току якоря Iа. Поэтому при холостом ходе, когда Iв = Iа =I = 0, ЭДС, наводимая в обмотке якоря, равна Еост. Характеристики холостого хода и нагрузочная для такого генератора могут быть сняты при питании обмотки от независимого источника. Эти характеристики имеют тот же вид, что и для генератора независимого возбуждения. Самовозбуждение генератора происходит, если сопротивление цепи якоря меньше критического. Внешняя характеристика генератора показана на рис. 12 (кривая 2). На этом же рисунке изображена характеристика холостого хода E=f(Iв) (кривая 1). При одном и том же токе Iв = I напряжение генератора меньше, чем ЭДС по характеристике холостого хода, из-за падения напряжения в цепи якоря и размагничивающего действия реакции якоря.При малых нагрузках, когда ток якоря и, следовательно, ток возбуждения малы, магнитная система машины ненасыщена и ее ЭДС изменяется пропорционально току I. Падение напряжения и размагничивающее действие реакции якоря практически изменяются также пропорционально току I.Поэтому напряжение на выводах машины растет пропорционально току I. При больших токах происходит насыщение магнитной системы машины, вследствие чего ЭДС при увеличении I будет изменяться мало. Поэтому и напряжение с ростом тока нагрузки увеличивается незначительно, а при очень больших токах нагрузки из-за падения напряжения и размагничивающего действия реакции якоря оно начинает уменьшаться. Из-за сильной зависимости напряжения от тока нагрузки генераторы последовательного возбуждения широкого практического применения не нашли.Генераторы смешанного возбужденияВ генераторе со смешанным возбуждением имеются две обмотки возбуждения: основная (параллельная) и вспомогательная (последовательная). Наличие двух обмоток при их согласном включении позволяет получать приблизительно постоянное напряжение генератора при изменении нагрузки. Подбирая число витков последовательной обмотки так, чтобы при номинальной нагрузке создаваемое ею напряжение компенсировало суммарное падение напряжения при работе машины с одной только параллельной обмоткой, можно добиться, чтобы напряжение при изменении тока нагрузки от нуля до номинального оставалось практически неизменным.