Как влияют схемы и группы соединений двухобмоточных трансформаторов на трансформацию напряжений прямой, нулевой и обратной последовательностей

При определении фазных величин за трансформаторами нужно иметь в виду, что токи и напряжения при переходе через трансформатор изменяются не только по величине, но и по фазе в зависимости от соединения его обмоток.

Если числа витков фазных обмоток соответственно равны w_Y и w_∆, то линейный коэффициент трансформации

k = √3 w_Y / w_∆,

Рассмотрим наиболее часто встречающуюся схему трансформатора с со­единением обмоток Y_o / ∆ - 11.

При заданных фазных токах IА, Iв и Iс положительными направлениями токи в линейных проводах за треугольни­ком Ia = (IA – IB/√3) × k Ib = (IB – IC/√3) × k Ic = (IC – IA/√3) × k Выразив токи через их симметричные составляющие, имеем, например, для тока Iа:

I_a = ((1 – a²) I_A1 + (1 – a) I_A2) k / √3 (1)

откуда видно, что линейные токи не содержат составляющих нулевой последо­вательности.

Аналогично могут быть найдены напряжения:

U_a = (U_A1 e^j30 + U_A2 e^-j30)

Структура (1) и (2) показывает, что при переходе со стороны звезды на сторону треугольника трансформатора, обмотки которого соединены по группе Y / ∆ -11, векторы прямой последовательности поворачиваются на 30° в направлении положительного вращения векторов, а векторы обратной после­довательности - на 30° в противоположном направлении (рис.6.9).

Наиболее простые соотношения получаются для трансформатора с соеди­нением по группе 12, так как в этом случае угловые смещения токов и напряже­ний вообще отсутствуют. Но когда имеется соединение Y/Y, должны быть уч­тены трансформируемые составляющие нулевой последовательности.

3.Электрическая дуга постоянного и переменного тока; условия устойчивого и не­прерывного горения.

В электрических дуговых печах превращение электрической энергии в тепловую происходит в электрическом разряде, протекаю­щем в газе. При этом в небольшом объеме концентрируется значи­тельная тепловая энергия, что удобно для проведения процессов плавки металлов. Электропроводность газа обусловлена наличием свободных за­ряженных

частиц - электронов и ионов. На рис.3.1 изображены электрическая дуга и распределение потенциала в ней. Столб дуги расположен между катодом К и анодом А. Свободные частицы в газе образуются при контакте катода и анода. В месте контакта имеется значительное сопротивление, в котором выделяет­ся тепловая энергия. Начинается интенсивное движение молекул, соударение их. При этом появляются свободные электроны и ионы. Такое явление называется термической ионизацией.

Рис.3.1. Распределение потенциала в электрической дуге.

Газовая среда приобретает свойство электропроводности. При наличии электрического поля основным видом ионизации является ударная ионизация, когда вышедший из катода электрон под действием гра­диента напряжения ускоряется и при столкновении с нейтральным атомом или молекулой может выбить электрон.

Ионизированный газ приобретает четвертое состояние - плаз­му, характеризующуюся наличием электронов, ионов и нейтральных атомов. Одновременно с процессами ионизации происходят и процес­сы слияния электронов с положительными ионами - рекомбинация. Между этими процессами существует равновесие, характеризуемое степенью ионизации X, определяемой отношением числа ионов и электронов к полному числу нейтральных атомов в единице объема. Зависимость степени ионизации от температуры Т, давления Р и ро­да газа описывается уравнением Саха:

РX²/(1-x²)=2,4×10^-4×T^2,5×e^-11600Uи/T

где U_И - потенциал ионизации газа, в котором горит дуга.

Температура столба дуги может быть приближенно определена по следующей формуле

Т_Д=810U_И.

Дуговой разряд по длине разделяют на три области: прикатодную с катодным падением напряжения U_К, прианодную с анодным па­дением напряжения U_a, столб дуги, падение напряжения на котором U_CT (рис.3.1). Приэлектродные области имеют размеры нескольких микрон, размер дуги определяется размером столба дуги. Около приэлектродных областей существуют объемные заряды (электроны у катода, ионы у анода), вследствие чего напряжение в приэлектрод­ных областях изменяется скачком. В столбе дуги напряжение про­порционально длине дуги, градиент потенциала постоянен по длине дуги.

На практике стремятся снизить активное сопротивление R кон­тура с дугой, чтобы уменьшить потери мощности, а для достижения устойчивого горения дуги применяют специальные источники - с крутопадающих ВАХ и источники тока. Рассмотрим существующие спо­собы регулирования тока дуги, их три: 1 - изменением напряжения источника питания (рис.3.3, а); 2 - изменением добавочного соп­ротивления в цепи дуги (для дуг, питаемых от источников с жест­кой ВАХ)

Рис.3.3. BAX дуги и источников питания при различных способах регулирования тока дуги.

(рис.3.3, б); 3 - изменением длины дуги (для дуг, пита­емых от источников с жесткой ВАХ) (рис.3.3, в).

Рис.3.4. Изменение тока и напряжения дуги за период при активной (а) и активно-реактивной (б) нагрузке

Для дуг переменного тока кроме статических ВАХ характерны динамические ВАХ, так как напряжение источника периодически из­меняет знак, катодное и анодное пятно периодически меняются мес­тами. На рис.3.4,а изображен график изменения тока и напряжения дуги за период при активной нагрузке контура. Для зажигания дуги необходимо напряжение пробоя дугового промежутка - напряжение зажигания U₃. При снижении напряжения источника до напряжения U_П оно будет недостаточно для поддержания дугового промежутка в ио­низированном состоянии, и дуга гаснет. Напряжение погасания U_П несколько меньше U₃, так как дуговой промежуток разогрет и для поддержания тока нужно меньшее напряжение.

В течение времени τ_П ток не проходит через дуговой промежуток. В следующий полупериод картина повторяется. Таким образом, при наличии в цепи только активного сопротивления дуга го­рит с перерывами, что ведет к уменьшению тепловой мощности, вы­деляющейся в дуге.

При включении в цепь дуги индуктивного сопротивления между током дуги и напряжением источника образуется сдвиг фаз на угол φ (рис.3.4, б). При снижении напряжения источника Uист меньше Uд горение дуги поддерживается за счет энергии, накоплен­ной в индуктивности. Расчеты показывают, что при cosφ < 0,85 наступает непрерывное горение дуги. Это несколько снижает коэф­фициент мощности установки, однако, обеспечивает непрерывное го­рение дуги и ограничивает токи короткого замыкания.

В маломощных дугах переменного тока имеются паузы тока вследствие интенсивного охлаждения, деионизации и других причин, поэтому для ее зажигания требуется повышенное напряжение. При хорошо теплоизолированной и мощной дуге (это, например,- дуга, горящая в парах металлов в печи) формы кривых тока и напряжения практически синусоидальны и дуга горит непрерывно.

На столб дуги действует собственное магнитное поле, вызывая сжатие его и магнитное поле, создаваемое током в жидкой ванне печи, которое в дуговых сталеплавильных печах трехфазного тока вызывает электромагнитное выдувание дуги из-под электрода. Дута переменного тока используется в дуговых сталеплавильных печах, руднотермических печах, плазменно-дуговых печах переменного тока, электрической дуговой сварке.