2.5 Схема замещения трансформатора

Для удобства расчетов все параметры трансформатора приводят к первичной цепи. С этой целью величины, характеризующие вторичную цепь трансформатора (ЭДС, напряжение, ток и сопротивления) пересчитывают на число витков w₁ первичной обмотки. При этом часто пользуются схемой замещения приведенного трансформатора (рис. 2.3).

На схеме величины первичной и вторичной обмоток обозначены соответственно индексами 1 и 2. Приведенные к первичной обмотке величины обозначены штрихом.

Рисунок 2.3 Схема замещения приведенного трансформатора

Вычисление приведенных величин производят по формулам:

= r₂( )²,

=х₂( )², 2.12

=z_Н( )².

Величины R_M и X_М обусловлены магнитными потоками холостого хода. R_M появляется вследствие наличия магнитных потерь, Х_М—намагничивающим током.

Кроме однофазных применяются трехфазные трансформаторы. Они выполняются на общем магнитопроводе. Обмотки их обычно соединены в звезду или треугольник. В трехфазных трансформаторах важным показателем является отношение линейных напряжений, которое определяется не только количеством витков фазных обмоток, но и схемой их соединений.

Вопросы для самопроверки

1 Как зависят ЭДС обмоток трансформатора от числа их витков?

2 Написать (вывести) уравнение МДС и уравнение токов трансформатора. Объясните физический смысл этих соотношений.

3 Перечислите конструкции основных видов трансформаторов. Возможны ли другие конструкции?

3 Асинхронные и синхронные двигатели

3.1 Принцип действия асинхронного двигателя (АД)

Основным видом асинхронного двигателя является трехфазный двигатель. Его распространение началось с тех пор, как выдающийся инженер фирмы AEG Доливо- Добровольский доказал, что, если имеется три однофазных синусоидальных тока с амплитудой I₀

I_A=I₀sin t, 3.1

I_В=I₀sin ( t+ 120⁰),

I_С=I₀sin ( t - 120⁰),

сдвинутых по фазе на 120⁰, и эти токи подать соответственно в три одинаковые катушки, расположенные по кругу и сдвинутые в пространстве на 120⁰, то эти токи создадут суммарный магнитный поток Ф_m = 1,5 Ф_I (где Ф_I амплитудное значение магнитного потока каждой катушки), вращающийся по кругу с круговой частотой =2 f. Точно такое же

соотношение справедливо для вектора магнитной индукции В. Такая система называется вращающимся магнитным полем. До Доливо-Добровольского многие выдающиеся ученые и изобретатели пытались создать вращающееся магнитное поле. Но им в голову не приходило, что для этого достаточно трех синусоидальных токов. В дальнейшем было доказано, что вращающееся магнитное поле можно получить не только в соответствии с 3.1, но и другими способами.

Вращающееся магнитное поле может быть круговым, эллиптическим пульсирующим (рис.3.1). Круговое вращающееся магнитное поле создается, если, как описано выше, векторы магнитной индукции каждой фазы одинаковы. Круговое вращающееся магнитное поле может быть получено и другим путем, например, с помощью двух катушек, расположенных на статоре под углом 90⁰, по которым протекают токи, сдвинутые друг относительно друга по фазе тоже на 90⁰ и МДС этих катушек равны.

Если какое-нибудь условие не соблюдается, то вращающееся поле становится эллиптическим, т.е. вектор магнитной индукции вращается неравномерно и в процессе вращения меняет свою величину, описывая своим концом эллипс. Вектор магнитной индукции пульсирующего магнитного поля расположен на одной прямой, не меняющей своего положения в пространстве. Под действием такого поля тоже может возникать вращающий момент.

Рисунок 3.1 Виды магнитных полей АД

3.2 Устройство АД

АД состоит из двух основных частей—ротора и статора. Обмотки статора располагают в продольных пазах шихтованного сердечника, который запрессовывают в чугунный или алюминиевый корпус. Обмотка подчиняется следующим требованиям.

1. Расход меди должен быть наименьшим.

2. ЭДС, наводимая в обмотке током сети, должна быть синусоидальной формы.

3. Технологичность, т.е. возможность упрощения и автоматизаци и изготовления. Невыполнении хотя бы одного из первых двух требований приводит к образованию высших гармоник, вызывающих потери мощности двигателя, перенапряжение и т.д.

Обмотка образует полюса. Минимальное число полюсов два. Они входят в одну пару р. Число полюсов статора 2р. Часть окружности статора, приходящаяся на один полюс, называется полюсным делением. Полюсное деление

3.2

Элементы катушки бывают пазовыми и лобовыми. Пазовые части уложены в пазы вдоль статора, лобовые—с торцов для обратного хода провода. Лобовые части в силовых процессах не участвуют. Для наглядного изображения катушек пользуются развернутыми схемами обмоток. Обычно применяют распределенные обмотки с укороченным шагом. Тогда каждый виток катушки сдвигается на определенное число пазов (рис. 3.2). На рисунке показано соединение двух катушечных групп фазы А при котором конец первой катушечной группы (К1А) соединен с концом второй катушечной группы (К2А), а начала групп являются началом и концом катушек фазы А.

Рисунок 3.2 Развернутая схема распределенной обмотки фазы А.

Катушки, образующие фазы двигателя, имеют стандартные обозначения (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Обозначение фазы	Обозначение начала	Обозначение концов
А	С1	С4
В	С2	С5
С	С3	С6

В трехфазном двигателе обмотки статора можно соединить звездой или треугольником. На рис. 3.3а показано соединение катушек звездой, на рис. 3.3б—треугольником. Там же показаны напряжения U_Ф на катушках, соответствующих .фазам двигателя и соединения концов катушек. Если поменять местами концы одной из катушек, двигатель начнет вращаться в противоположную сторону.

Обмотка статора должна быть изолирована от корпуса. Изоляция должна быть прочной как электрически, так и механически, быть нагревостойкой и занимать минимальный объем.

Рисунок 3.3 Соединение катушек асинхронного двигателя.

Ротор изготавливается в виде шихтованного цилиндра, на поверхности которого выполнены продольные пазы, заполненные проводящим материалом (сплав алюминия)

Рисунок 3.4 Ротор асинхронного двигателя

Все продольные проводники в торцевых частях соединяются между собой кольцевыми проводниками. Такой короткозамкнутый ротор носит название «беличья клетка» или «беличье колесо». Вся конструкция напрессовывается на вал, который вращается в подшипниках качения, закрепленных в переднем и заднем щитах ( рис. 3.4).