30 Внешняя характеристика и кпд трансформатора

Внешняя характеристика трансформатора представляет собой зависимость между вторичными током и напряжением при изменении нагрузки, неизменном значении первичного напряжения U₁ и заданном коэффициенте мощности cos φ₂ во вторичной цепи.

Вторичное напряжение U₂ при нагрузке отличается от напряжения холостого хода на величину изменения напряжения, которое зависит от величины нагрузки.

Внешняя характеристика может быть построена как по расчетным данным активного и индуктивного падений напряжения (расчетная внешняя характеристика), так и по опытным данным (внешняя характеристика конкретного трансформатора). По оси ординат откладывается вторичное напряжение U₂, а по оси абсцисс — величина нагрузки α (в % или долях от номинальной мощности). Начальная точка внешней характеристики начинается от ординаты, равной U_2НОМ, а другой ее конец, против абсциссы α = 1 (т. е. при номинальной нагрузке), будет опущен против начала на величину ΔU — изменения напряжения.

Так как изменение напряжения пропорционально нагрузочному току I₂ то внешняя характеристика практически представляет прямую линию. построены две внешние характеристики — для cos φ₂=1 и cos φ₂= 0,8.

Положения характеристик зависят от мощности и характера нагрузки трансформатора и при малой мощности они могут поменяться местами (при активной и активно-индуктивной нагрузках).

Коэффициент полезного действия трансформатора — это отношение отдаваемой активной мощности к потребляемой Таким образом, для практического определения КПД трансформатора при номинальной нагрузке необходимо измерить мощности в первичной и вторичной обмотках. Это измерение можно

значительно упростить, включив во вторичную обмотку активную нагрузку Тогда поток рассеяния невелик и мощность Р2 может быть вычислена по показаниям амперметра и вольтметра, включенным во вторичную цепь.

На практике КПД трансформаторов определяют косвенным методом, т. е. путем раздельного определения потерь, исходя из того, что КПД трансформатора можно представить так:

η=Р2/P2+Pст+Рм

где Рст — потери в стали (в сердечнике) и Рм — потери в меди (в обмотках) измеряют в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно. Для определения потерь обычно пользуются двумя опытами - опытом холостого хода и опытом короткого замыкания. В опыте холостого хода, в котором на первичную обмотку I подают номинальное напряжение, а вторичную II оставляют разомкнутой, определяют потери в стали трансформатора, т. е. потери на гистерезис и на вихревые токи

31 Электрические машины постоянного тока устройство и принцип действия

Электрическая  машина  постоянного  тока состоит из двух основных частей: неподвижной части ( индуктора) и вращающейся части ( якоря с барабанной обмоткой).      На рис изображена конструктивная с хема машины постоянного тока

      Индуктор состоит из станины 1 цилиндрической формы, изготовленной из ферромагнитного материала, и полюсов с обмоткой возбуждения 2, закрепленных на станине. Обмотка возбуждения создает основной магнитный поток.       Магнитный поток может создаваться постоянными магнитами, укрепленными на станине.       Якорь состоит из следующих элементов: сердечника 3, обмотки 4, уложенной в пазы сердечника, коллектора 5. Сердечник якоря для уменьшения потерь на вихревые точки набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали.

Работа любой электрической машины основана на законах электромагнитной индукции. В проводнике, движущемся в магнитном поле, возникает электродвижущая сила. Используя это физическое явление, можно построить генератор электрической энергии. Если поместить в магнитное поле проводник с током, то он испытывает механическое воздействие, что используют для построения электрического двигателя. Таким образом, электрическая машина должна иметь магнитную систему для создания магнитного поля и совокупность проводников, по которым протекает электрический ток. Можно построить машины, в которых магнитное поле неподвижно, а вращаются проводники. Можно использовать и обратный принцип построения- с неподвижными проводниками и вращающимся полем. Наконец, могут вращаться и магнитное поле, и проводники. В машинах постоянного тока обычно имеется неподвижная часть, создающая магнитное поле, и вращающийся якорь с системой проводников. Магнитное поле, как правило, создается электромагнитным путем - посредством обмотки возбуждения, находящейся на полюсах магнитной системы. В последнее время в машинах малой мощности используют постоянные магниты. Если проводник перемещается в магнитном поле в плоскости, перпендикулярной к магнитным силовым линиям, то ЭДС, индуцированная в нем (в вольтах), будет где /-длина активной части проводника, находящейся в магнитном поле, м; v-скорость проводника, м/с; В-магнитная индукция, Тл. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки, известному из курса электротехники. Предположим, что обмотка якоря, расположенного в межполюсном пространстве, имеет один виток. При вращении в витке индуцируется ЭДС, изменяющаяся по периодическому закону, близкому к синусоидальному. Если замкнуть виток на какую-либо нагрузку, то потечет переменный ток с частотой (в герцах) где о-число пар полюсов магнитной системы; со-угловая скорость якоря, рад/с. Чтобы ток протекал в одном направлении, он должен быть выпрямлен. Для этого служит специальный механический выпрямитель-коллектор, расположенный на валу двигателя. В простейшем случае для обмотки, состоящей лишь из одного витка, в качестве коллектора можно использовать две пластины с наложенными на них щетками которые должны быть так расположены в пространстве, чтобы коммутация происходила в момент перехода ЭДС через нулевое значение. При этом ЭДС, снимаемая со щеток, будет иметь пульсирующий характер. Чтобы увеличить ЭДС и уменьшить ее пульсации, на якоре размещают не один, а много витков, подключенных к коллектору с соответствующим числом пластин. Якорь набирают из листовой стали, причем отдельные листы, чтобы снизить потери на вихревые токи, изолируют друг от друга, покрывая их лаком. Для создания пазов в якоре листам стали по периферии придают зубчатую форму. Обмотку укладывают в предварительно изолированные пазы и закрепляют изоляционными клиньями. Для охлаждения машины на валу якоря устанавливают вентилятор, который прогоняет воздух через воздушный зазор и пространство между полюсами. Если витков больше одного, ЭДС машины где N-общее число проводников якоря; 2а-число параллельных ветвей обмотки; вер среднее значение ЭДС в проводнике. Помножим и разделим это выражение на п/р. Тогда в него будет входить магнитный поток Ф==Дср5 (в веберах), проходящий через полюс и пронизывающий якорь.