Вопрос 23

Назначение устройства и принцип действия трансформаторов

Назначение и классификация трансформаторов

Предназначен для преобразование переменного тока одного напряжения в другое напряжение .

Увеличение напряжение повещающий трансформатор

Классификация:

1) По назначению

а)Силовые трансформаторы для питания электрических двигателей и освтительных ситей

б)Специальные для питания сваренных аппаратов, электропечей и т.д.

в)Измерительные трансформаторы для подключения измертельных приборов

2)По числу фаз

3)По частоте переменного тока

а)Низкое б)Высокочастотные

Устройство трансформатора.

Представляет собой замкнутый магнит провод на котором расположены 2 или боше катушек.

Магнит провод изготовляется из отдельных изолируется для уменьшения нагрева вихревыми токами .

Маломощные и радиотехнические трансформаторы могут изготавливаться на кольцах

и сфер магнитных.

Обмотка которой подводится питание называется первичной к которой подключается

нагрузка-вторичной.

Вторичных обмоток может быть несколько с разным кол-во веткой для получения разных напряжений .

Трансформаторы передающую большую мощность (~ 10 квт и выше) как правило имеют масленой охлаждение.

Вопрос 24

Трёхфазные трансформаторы

В линиях электропередач используют в основном трёхфазные электротрансформаторы, магнит провод трёхфазного трансформатора имеет три стержня, на каждой из которых размещаются первичная и вторичная обмотка одной фазы.

Выводы высокого напряжения обозначают: А, В, С, низкого- а, в, с. Вывод нулевого провода если он есть располагается слева от «а» и обозначается «0».

Особенности трёхфазного трансформатора является зависимость коэффициента трансформации от способа соединения обмоток.

При одном и том же числе витков вторичной и первичных обмоток можно в √3 раз увеличить или уменьшить коэффициент трансформации выбранной схемы звезда или треугольник ( звезда-треугольник к/√3, треугольник-звезда к*√3.

Вопрос 25

Специальные трансформаторы ,измерительные и сварочные.

Авто трансформаторы

Авто трансформаторы

Автотрансформатор — это такой вид трансформатора, в котором помимо

магнитной связи между обмотками имеется еще и электрическая связь.

Автотрансформатор по сравнению с трансформатором равной мощности

обладает следующими преимуществами:

– меньшим расходом активных материалов (медь и электротехническая

сталь);

– более высоким КПД;

– меньшими размерами и стоимостью.

Широко распространены автотрансформаторы с переменным коэффици-

ентом трансформации. В этом случае автотрансформатор снабжают устройством, позволяющим регулировать значение вторичного напряжения путем изменения числа витков в обмотках. Осуществляется это либо переключателем,либо с помощью скользящего контакта (щётки), перемещаемого непосредственно по зачищенным от изоляции виткам обмотки. Такие автотрансформаторы,

называемые регуляторами напряжения, могут быть однофазными и трёхфазными.

Измерительные трансформаторы

По принципу действия трансформаторы напряжения (TV) ничем не отли-

чаются от силовых трансформаторов, только специальной конструкцией обеспечивается большая точность в преобразовании первичного напряжения во вторичное. В последнее время трехфазный TV выполняют в виде трехфазной группы из трех однофазных TV, помещенных в один бак с трансформаторным маслом. В эксплуатации находится много пятистержневых TV. Масло обеспечивает

изоляцию токоведущих частей от корпуса и охлаждение обмоток за счет естественной циркуляции масла. Выпускаются также TV с литой изоляцией. Класс

точности TV не превышает 0,5 при допустимой нагрузке на вторичной обмотке.

Каждая фаза TV имеет одну первичную обмотку с числом витков w1 и две

вторичных обмотки с числами витков w2 и w3. Соединение обмоток соответственно «звезда с нулем», «звезда с нулем», «разомкнутый треугольник» (рис.7.4). Нулевая точка первичной обмотки обязательно должна быть заземлена,

иначе не будет контролироваться состояние изоляции сети 10 кВ. Вторичная обмотка w2 имеет номинальное линейное напряжение 100 В и служит для питания 46цепей напряжения измерительных приборов. Другая вторичная обмотка w3 является фильтром напряжения нулевой последовательности. В нормальном ре-

жиме работы сети на выводах обмотки w3 наблюдается небольшое напряжениене баланса, а напряжение до 100 В появляется на этих выводах при повреждении

изоляции в силовой сети.

С оотношение напряжений на фазах трансформатора:

10000

3:100

3:100 3

.

Для измерения уровня напряжения на шинах подстанции ко вторичной

обмотке w2 трансформатора напряжения подключается вольтметр.

Трансформаторы напряжения (TV) устанавливаются на каждой секции

распределительного устройства подстанции. Подключение к шинам секции осу-

ществляется через предохранитель и разъединитель. Предохранитель с кварце-

вым заполнением обеспечивает защиту трансформаторов напряжения от токов

КЗ за TV на шинках 100 В и внутри TV.

Выбор TV осуществляется по допустимой нагрузке, чтобы обеспечить

необходимый класс точности. Для этого необходимо знать сопротивление или

собственное потребление подключаемых приборов и выполнять условие:

47

Рис. 7.4. Трансформатор напряженияS доп.TV ≥ S 1S 2…S N

,

где Sдоп.TV — нагрузка, допустимая для принимаемого класса точности;

S1, S2, SN — нагрузка, создаваемая измерительными приборами.

Таким образом, трансформаторы напряжения на подстанции 35/10 кВ

устанавливаются на каждой секции 10 кВ.

С помощью TV выполняется:

– измерение уровня фазного и линейного напряжения на шинах;

– сигнализация наличия замыкания на землю в сети 10 кВ;

– определение фазы с поврежденной изоляцией;

– проведение фазировки силовых трансформаторов;

– питание зарядных устройств для запасания энергии с последующим

разрядом на отключающие катушки выключателей;

– подключение измерительных органов устройств автоматического вклю-

чения резерва питания;

– питание цепей напряжения устройств релейной защиты.

Для подключения счетчиков активной энергии и получения трех линей-

ных напряжений в некоторых случаях используют однофазные TV, включенные

на два линейных напряжения. Такая схема подключения называется «открытый

треугольник».

Сварочные трансформаторы

Трансформатор для дуговой электросварки, обычно называемый свароч-

ным трансформатором, представляет собой однофазный двухобмоточный пони-

жающий трансформатор (рис. 7.5), преобразующий напряжение сети 220 или

380 В в напряжение 60…70 В, необходимое для надежного зажигания и устой-

чивого горения электрической дуги между металлическим электродом и свари-

ваемыми деталями.

Основное требование для сварочных трансформаторов — крутопадающая

внешняя характеристика (рис. 7.6), обеспечивающая допустимый ток КЗ, т.к.

сварочный трансформатор обеспечивает не только электрическую дугу, но и

должен работать в режиме К3 в момент зажигания дуги. Для того чтобы обеспе-

48

Рис. 7.5. Сварочный трансформаторчить возможность регулировки потока рассеяния, а как следствие — регулиро-

вание вторичного тока, конструкция сварочного трансформатора выполняется с

возможностью перемещения вторичной обмотки относительно первичной.

Другая конструкция сварочного трансформатора предусматривает регули-

рование вида внешней характеристики внешним устройством, подключенным

последовательно в выходную цепь трансформатора (активное сопротивление

или дроссель).

В сварочных трансформаторах для более эффективного изменения тока

используют изменение коэффициента трансформации: от обмотки делают

отпайки и с помощью специального переключающего устройства осуществляют

изменение числа витков обмотки (по первичной или вторичной обмотке).

Вопрос №26

Вращающееся магнитное поле. Синхронные двигатели.

Вращающееся магнитное поле – для его создания с помощью 3-хфазной системы токов нужны 3 катушки, сдвинутые в пространстве на угол 120* относительно друг друга.

При подключении обмоток 3-хфазной цепи, протекающие в обмотках токи, так же сдвинуты по фазе на 120* и по мере изменения пиковых значений тока в катушках результирующее магнитное поле всех 3-х катушек будет вращаться. Направление вращения зависит от последовательности максимальных значений тока в катушках.

Синхронный двигатель – это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которого равна частоте вращения магнитного поля. В отличие от асинхронного двигателя, ротор представляет собой или постоянный магнит, или электромагнит постоянного тока.

Достоинства: постоянная частота вращения.

Недостатки: сложность пуска.

Т.к. частота магнитного поля неизменна, ротор необходимо раскрутить в сторону вращения магнитного поля.

Вопрос №27

Асинхронный двигатель.

Устройство.

Имеет две основные части: статор и ротор. В специальные пазы статора укладываются обмотки. Может состоять из 3, 6, 9-ти катушек. На роторе также имеется обмотка, которая может быть замкнутая сама на себя (короткозамкнутая обмотка); либо концы обмотки могут быть выведены через контактные кольца и щетки к пусковым или регулировочным реостатам (фазная обмотка). Последняя применяется, когда необходим высокий вращающий момент при запуске двигателя, либо регулировка частоты вращения.

Принцип действия асинхронного двигателя.

При включении двигателя в статоре образуется вращающееся магнитное поле, силовые линии которого пересекают обмотку ротора, индуцируя ЭДС. В результате в роторе создаются значительные токи. Возникшее вокруг этих токов магнитное поле, взаимодействует с вращающимся магнитным полем и заставляет вращаться ротор. Если обмотка выполнена фазной, то ограничивая токи, выведенные наружу реостатами, можем регулировать силу взаимодействия и частоту вращения. При увеличении механической нагрузки на валу частота вращения ротора уменьшается, увеличивается скорость изменения магнитного поля в роторе. В результате увеличивается электрический ток в обмотке ротора и его магнитное поле, что увеличивает вращающий момент. При уменьшении нагрузки происходит наоборот до установления равновесия в обоих случаях.

Вопрос №28

Синхронный генератор.

Обмотка возбуждения в синхронном генераторе располагается на роторе и получает питание постоянным током от стороннего источника. Обмотка ротора создает основное магнитное поле, вращающееся вместе с ротором. Линии магнитного поля пересекают обмотки статора, создавая в них ЭДС. Для обеспечения постоянства напряжения на выходе генератора, не зависимо от частоты вращения, применяется регулировка тока в обмотке ротора путем прерывания питающего напряжения. Чаще всего питание ротора обеспечивается от обмотки статора через выпрямительный мост. При этом запуск генератора при отсутствии питающего напряжения на роторе обеспечивается за счет остаточной намагниченности металла ротора.

Вопрос №29

Принцип работы и обратимость машин постоянного тока.

По назначению электрические машины постоянного тока делятся на генераторы и двигатели.

Генераторы вырабатывают электроэнергию

Двигатели преобразуют ее в механическую работу.

Электрические машины постоянного тока обратимы (машина может работать и как двигатель, и как генератор), поэтому рассматривать эти устройства можно без разделения на двигатели и генераторы.

Свойство обратимости не означает универсальность. Машины проектируют либо как двигатель, либо как генератор. Использование не по назначению снижает КПД и ресурс. В редких случаях проектируются специальные машины – стартер-генератор.

Вопрос №30

Генераторы постоянного тока с независимым возбуждением.

Генератор – это электромашина, преобразующая механическую энергию в электрическую. Электрический ток в проводнике возникает при изменении в нем магнитного поля, при этом в проводнике возникает ЭДС индукции. Частным случаем является взаимное перемещение проводника и магнитного поля. Считают, что магнитные линии выходят из северного полюса и входят в южный. Направление ЭДС будет определяться по правилу «правой руки».

Принцип действия простейшего генератора постоянного тока.

При вращении рамки в магнитном поле в каждой половине создается ЭДС. Когда рамка оказывается в горизонтальном положении, ЭДС становится равной нулю, а щетки переходят с одного полукольца на другое. Это переключение обеспечивает постоянное направление тока во внешней цепи. Положение рамки, близкое к горизонтальному – ЭДС стремится к нулю, а близкое к вертикальному – ЭДС стремится к максимальному значению. Поэтому ток получается пульсирующий – от 0 до max. Уменьшить пульсацию можно увеличив количество рамок, и подключив внешнюю цепь только к тем из них, которые находятся в положении, близком к вертикальному.

Конструкция генератора.

На практике используют не постоянные магниты, а электромагниты. Вместо рамки используется обмотка, намотанная на специальном металлическом сердечнике – якоре, для увеличении его магнитного потока.

Генераторы независимого возбуждения и самовозбуждения.

В зависимости от способа питания электрического магнита генераторы делятся:

1. с независимым возбуждением, в которых обмотка возбуждения (электромагнит) питается от внешнего источника.

2. самовозбуждения, в которых обмотка возбуждения питается током самого генератора.

В последнем случае необходимо вводить регуляторы, чтобы не возникло цепной реакции – увеличение ЭДС – увеличение магнитного поля – увеличение ЭДС и т.д. Для маломощных генераторов могут использоваться постоянные магниты, в этом случае генератор будет называться магнитоэлектрическим.

Двигатели постоянного тока, последовательного, параллельного и смешанного возбуждения, регулирование частоты вращения двигателя.

Параметры двигателей постоянного тока зависят в первую очередь от способа питания обмоток возбуждения. Обмотка может быть подключена параллельно, или обмоток подключения может быть две подключенных обоими способами.

В принципиальном плане конструкция двигателя постоянного тока не отличается от конструкции генератора постоянного тока.

Д вигатели с параллельным возбуждением.

В этом двигателе обмотка возбуждения подключена параллельно обмоткам якоря ( на схеме обмотки якоря условно не показывают).

В цепь обмотки возбуждения включён регулировочный реостат Rв, а в цепь якоря пусковой реостат Rя. Характерной особенностью двигателя является то, что ток возбуждения не зависит от тока в обмотке якоря. В то время как ток якоря зависит от нагрузки на двигатель. Регулировочный реостат Rв позволяет менять ток обмотки возбуждения, тем самым меняет частоту вращения. При данном подключении частота вращения практически не зависит от нагрузки на двигатель.

Двигатель с последовательным возбуждением. При этом обмотка возбуждения подключена последовательно с якорем. Чем больше нагрузка, тем больше ток якоря. При малых частотах вращения резко возрастает и может превысить максимально допустимые значения, двигатель идет в разнос. Достоинства:

Большой пусковой момент. При изменении нагрузки в больших пределах отдаваемая мощность изменяется незначительно.

Недостатки:

Нельзя использовать без нагрузки или с маленькими нагрузками.

Двигатель со смешанным возбуждением.

Имеет две обмотки возбуждения: одна из, которых подключена параллельно, а другая последовательно.

Отключение позволяет объединить достоинства обеих выше приведенных схем.

Понятие об “электроприводе.”

Классификация электропроводов.

Понятие об “электроприводе”.

Технический привод представляет собой электрическое устройство, предназначенное для приведения движения рабочего органа машины и управления её технологическим процессом.

Состоит из трёх частей.

1) Электрического двигателя. Преобразующего электрическую энергию в механическую работу.

2) Механической части (трансмиссии) передающей механическую энергию рабочему органу машины.

3) Системы управления, обеспечивающей управление систематическим процессом.

Классификация электроприводов.

По способам распределения механической энергии делятся на три типа.

1) Групповой электропривод (трансмиссия). Один электропривод обеспечивает движение нескольких рабочих органов. У одной или нескольких рабочих машин.

2) Индивидуальный привод. Электродвигатель приводит в действие только один исполнительный механизм.

3) Взаимосвязанный электропривод. Содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электродвигателя, при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей или нагрузок. Или исполнительных органов. Пример: конвейер.

Так же может классифицироваться:

1) По виду движения. Вращательное реверсивное, вращательное однонаправленное, поступательное однонаправленное, поступательное реверсивное.

2) По степени управляемости. Не регулируемый, не изменяется скорость или другие параметры движения. Регулируемый, может изменятся скорость или направление перемещения под воздействием управляющего устройства. Программно управляемый. Следящий. Автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа в соответствии с меняющимся задающим сигналом. Адаптивный. Автоматически (избирающий) изменяющий параметры управления, при изменении условия работы, для выработки оптимального режима.

3) По роду передаточного устройства. Редукторный и без редукторный.

Нагревание и охлаждение электродвигателей.

По способам охлаждения электрические машины разделяют на два вида:

1) С естественным охлаждением.

2) С искусственным охлаждением.

Способы тепло передач.

1) Теплопроводность. Это передача теплоты внутри твердого тела от более нагретых к менее нагретым слоям.

2) Конвекция. Это передача теплоты, проходящая через нагрев газа (воздуха) от детали машины и вывод этого газа за пределы механизма. Бывает естественный за счёт само перемещение и принудительный. С помощью вентилятора.

3) Излучение (лучеиспускание). Передача теплоты в информационном диапазоне волн.

Естественное охлаждение электрических машин.

Эти машины не имеют вентиляторов, или каких либо устройств, для охлаждения. Как правило, эти машины пыле- и влагозащищенные, или герметичные. Охлаждение происходит за счёт передачи тепла путём теплопроводности и конвекции, путём от внутренних к наружным, и охлаждение внешнего корпуса путём конвекции или охлаждения.

Искусственное охлаждение

В этих машинах применяют специальные устройства, обычно вентилятор, создающий направленное движение газа и охлаждения нагретых вещей.

Принудительное охлаждение может быть наружным и внутренним.

1) Наружное охлаждение. Обдувается поверхность корпуса, машина при этом имеет закрытое исполнение с увеличенной ребристостью поверхности (для увеличения поверхности охлаждения).

2) При внутреннем охлаждении в корпусе делают специальные отверстия через которые воздух может попадать внутрь. На валу устанавливается центробежный вентилятор, который обеспечивает прокачку воздуха сквозь внутреннюю полость.

Режим работы электродвигателей

Выбор мощности.

Характер распределения нагрузки определяет режим работы двигателя.

Различают следующие режимы:

1) Длительный

2) Кратковременный

3) Повторнократковременный

Длительный режим

При работе двигателя в длительном режиме рабочий период оказывается достаточным для достижения температуры установившегося постоянного уровня.

При длительном режиме работы двигатель может работать с постоянной или переменной нагрузкой.

Работа с постоянной нагрузкой.

Т.к. нагрузка на валу электродвигателя в процессе не меняется. То величина выделяемого тепла будет неизменной. Правильно подобранный по мощностным показателям двигатель не требует проведения проверочных работ на нагрев. Проверяется только по пусковому моменту для обеспечения троганья исполнительного механизма с места.

Работа с переменной нагрузкой.

Большинство машин при длительном режиме нагрузки периодически меняется. Это осложняет выбор мощности электродвигателя. Существует два способа подбора мощности:

1) Метод средних потерь. Наиболее точный, но трудоёмок и редко применяется.

2) Метод эквивалентных величин. По эквивалентному току или эквивалентной мощности. Величины рассчитывают по просчётам формулы. Двигатели подбирают с большим значением тока или мощности.

Кратковременный режим работы

Характеризуется тем, что в рабочий период температура не успевает достигнуть своего установившегося значения. При этом время паузы, что двигатель охлаждается до температуры окружающей среды. Для таких устройств применяют двигатели специального изготовления, они не могут работать в длительном режиме, в том числе в режиме холостого хода.

Повторно кратковременный режим работы

В этом режиме двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры за время остановки, не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Для такого режима выпускаются специально рассчитанные двигатели с продолжительностью включения 15,25,40 и 60%.

Релейно-контакторное управление электродвигателем.

Назначение релейно-контакторного управления.

Позволяет осуществлять дистанционный пуск изменения частоты вращения, остановку, реверсирование, торможение и защиту двигателя. Относится к разомкнутым системам, то есть системам, не имеющим обратной связи. Это означает, что в случае изменения нагрузки не возникает направляющего воздействия изменяющего режим работы.

Управление и защита асинхронного двигателя с помощью магнитного пускателя.

Пускатель содержит одно реле пуска (Рн), может содержать два реле, если требуется реверсирование двигателя. На каждой фазе имеется плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания, а так же два реле для защиты от перегрузок (Рз1;Рз2). При нажатии кнопки (П) к обмотке пускового реле Рп подводится напряжение, один из контактов этого реле блокирует цепь питания в обход кнопки пуска. Другая кнопка контактов подключает двигатель к линии питания. При отпускании кнопки ПУСК, пусковое реле Рп остаётся включенным через контакты Рп4. При необходимости вручную остановить двигатель нажимают кнопку СТОП, на схеме (С). Питание реле разрывается, освобождаются контакты Рп1, Рп2, Рп3. Отключая двигатель, контакты Рп4 так же оказываются разомкнутыми. По этому при опускании кнопки СТОП, питание пускового реле не восстанавливается. При перегрузке двигателя, как минимум в двух фазах появится ток превышающий допустимый. В результате срабатывает хотя бы одно из замкнутых реле Рз1, Рз2. Размыкают цепь питания пускового реле контактами Рз1.1 или Рз2.1. Дальнейшее срабатывание происходит аналогично нажатию кнопки ПУСК.

В случае перегорания одного из предохранителей Пр1, Пр2, Пр3 ток в оставшихся фазах возрастает на столько, что срабатывает одно из защитных реле Рз1 или Рз2 как было описано выше. В систему могут встраиваться дополнительные реле. Для включения двигателя на реверс. Или для плавного пуска двигателя путём последовательного автоматического включения пусковых реостатов.