1 Будова та принцип дії трансформатора

трансформатор — це електромагнітний статичний перетворювач з двома або більше нерухомими обмотками, які перетворюють параметри змінного струму: напругу, струм, частоту, кількість фаз. Можливе також використання трансформаторів для перетворення синусоїдального змінного струму в несинусоїдальний. Переважне використання в електричних пристроях отримали силові трансформатори, що перетворюють напругу змінного струму при незмінній частоті. Трансформатори для перетворення не тільки напруги змінного струму, але й для частоти, кількості фаз і т.д. називають трансформаторними пристроями спеціального призначення. У найпростішому випадку трансформатор складається з двох котушок (обмоток) , надітих на замкнуте осердя. Одна з обмоток – первинна – з’єднана з джерелом змінної напруги. Друга обмотка – вторинна – до якої приєднують навантаження, тобто прилади й пристрої, які споживають електроенергію (мал.1).                       Осердя набирається з тонких ізольованих листів трансформаторної сталі для боротьби із струмами Фуко. Принцип роботи трансформатора полягає в прояві електромагнітної індукції. Це пристрій складається з магнітопровода і двох обмоток, які розташовані на ньому. До однієї подається електроенергія, а до другої підключаються споживачі. Як вже зазначалося вище, ці обмотки називаються первинної та вторинної, відповідно. Магнітопровід виконаний з електротехнічної листової сталі, елементи якого ізольовані лаком. Його частина, на якій розташовуються обмотки, називається стрижнем. І саме така конструкція набула більшого поширення, тому що володіє рядом достоїнств — проста ізоляція обмоток, простота ремонту, хороші умови охолодження. Як видно, принцип роботи трансформатора не так вже й складний. Існують ще трансформатори броньової конструкції, яка значно зменшує їх габарити. Найчастіше це бувають однофазні трансформатори. У такому обладнанні бічні ярма грають захисну роль обмотки від механічних пошкоджень. Це дуже важливий фактор, тому малогабаритні трансформатори не мають кожуха і знаходяться з іншим устаткуванням в загальному місці. Трифазні трансформатори найчастіше виконують з трьома стержнями. Бронестержневая конструкція застосовується також в трансформаторах великої потужності. Хоч це і збільшує витрати електроенергії, але зате дозволяє зменшувати висоту магнітопровода.

2 Будова принцип дії асинхронного двигуна з короткозамкнутим ротором. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором состоит из следующих основных частей: статор с трехфазной обмоткой, ротор с короткозамкнутой обмоткой и остов. Обмотка ротора выполнена бесконтактной (она не соединена ни с какой внешней цепью), что определяет высокую надежность такого двигателя. Магнитная система. Асинхронная машина в отличие от машины постоянного тока не имеет явно выраженных полюсов. Такую магнитную систему называют неявнополюсной. Число полюсов в машине определяется числом катушек в обмотке статора и схемой их соединения. В четырехполюсной машине магнитная система состоит из четырех одинаковых ветвей, по каждой из которых проходит половина магнитного потока Фп одного полюса, в двухполюсной машине таких ветвей две, в шестиполюсной — шесть и т. д. Сердечник статора запрессовывают в литой остов и укрепляют стопорными винтами. Сердечник ротора напрессовывают на вал ротора, который вращается в шариковых подшипниках, установленных в двух подшипниковых щитах. Воздушный зазор между статором и ротором имеет минимальный размер, допускаемый с точки зрения точности сборки и механической жесткости конструкции. Снижение намагничивающего тока позволяет повысить коэффициент мощности двигателя. Обмотка ротора. Обмотка ротора выполнена в виде беличьей клетки . Она сделана из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни этой обмотки вставляют в пазы ротора без какой-либо изоляции, так как напряжение в короткозамкнутой обмотке ротора равно нулю. Пазы короткозамкнутого ротора обычно выполняют полузакрытыми, а в машинах малой мощности — закрытыми (паз имеет стальной ободок, отделяющий его от воздушного зазора). Такая форма паза позволяет хорошо укрепить проводники обмотки ротора, хотя и несколько увеличивает ее индуктивное сопротивление. Обычно двигатели имеют вентиляторы, насаженные на вал ротора. Они осуществляют принудительную вентиляцию нагретых частей машины (обмоток и стали статора и ротора), позволяя получить от двигателя большую мощность. В двигателях с короткозамкнутым ротором лопасти вентилятора часто отливают совместно с боковыми кольцами беличьей клетки Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором просты по конструкции, надежны в эксплуатации. Их широко применяют для привода металлообрабатывающих станков и других устройств, которые начинают работать без нагрузки. Однако сравнительно малый пусковой момент у этих двигателей и большой пусковой ток не позволяют использовать их для привода таких машин и механизмов, которые должны пускаться в ход сразу под большой нагрузкой (с большим пусковым моментом). К таким машинам относятся грузоподъемные устройства, компрессоры и др. Увеличить пусковой момент и уменьшить пусковой ток можно при выполнении беличьей клетки с повышенным активным сопротивлением. При этом двигатель будет иметь увеличенное скольжение и большие потери мощности в обмотке ротора. Такие двигатели называют двигателями с повышенным скольжением (обозначаются АС). Их можно использовать для привода машин, работающих сравнительно небольшое время. На э. п. с. переменного тока эти двигатели (со скольжением до 10%) применяют для привода компрессоров, которые работают периодически в течение коротких промежутков времени при уменьшении давления в воздушных резервуарах ниже определенного предела. Обмотка статора. Она выполнена в виде ряда катушек из проволоки круглого или прямоугольного сечения. Проводники, находящиеся в пазах, соединяются, образуя ряд катушек. Катушки разбивают на одинаковые группы по числу фаз, которые располагают симметрично вдоль окружности статора или ротора. В каждой такой группе все катушки электрически соединяются, образуя одну фазу обмотки, т. е. отдельную электрическую цепь. При больших значениях фазного тока или при необходимости переключения отдельных катушек фазы могут иметь несколько параллельных ветвей. Простейшим элементом обмотки является виток, состоящий из двух проводников , размещенных в пазах, находящихся друг от друга на некотором расстоянии у. Это расстояние приблизительно равно одному полюсному делению т, под которым понимают длину дуги, соответствующую одному полюсу. Отдельные катушки обмотки статора могут соединяться «звездой» или «треугольником». Начала и концы обмоток каждой фазы выводят к шести зажимам двигателя.

3.будова принцип дії асинхронного двигуна з фазним ротором Асинхронний двигун заснований на принципі обертання електромагнітного поля навколо короткозамкненого ротора. Трифазний асинхронний мотор має три обмотки, розташовані під кутом 120 градусів один до одного, в яких обертається полі. Обертання поля збігається з обертанням якоря генератора, зсув між фазами так само становить 120 градусів.

рис. 1.1.13. Модель трифазного асинхронного двигуна Розглянемо принцип дії асинхронного двигуна. На рис. 1.1.13 обертове поле статора умовно зображене у вигляді полюсів постійного магніта, які обертаються з частотою n₁. Обмотка ротора короткозамкнена. Поле статора при обертанні перетинає провідники обмотки ротора і наводить в них ЕРС. Так як обмотка ротора замкнена, то в провідниках цієї обмотки виникають струми. Струм в кожному з провідників обмотки ротора, взаємодіючи з полем статора, створює електромагнітну силу F_ем .Сукупність F_ем створює електромагнітний момент М, який приводить ротор в обертання з частотою n₂ в напрямку обертового поля. Таким чином, електрична енергія, яка поступає з мережі в обмотку статора, перетворюється в механічну енергію обертання ротора.

4. Магнітне поле, вектор магнітної індукції якого обертається в просторі, називається магнітним обертовим полем.

Магнітне обертове поле, вектор магнітної індукції якого не змінюється по величині і обертається з постійною кутовою швидкістю, називається круговим. Якщо порушена геометрична або електромагнітна симетрія в трифазній електричній машині (амплітуди струмів окремих фаз не однакові відсутній струм в одній з фаз, обмотка однієї з фаз включена неправильно і т. п.), то магнітне обертове поле, стає еліптичним, тобто вектор результуючої магнітної індукції змінюється по величині і обертається із змінною кутовою швидкістю. Найкращі умови для роботи електричних машин створює кругове обертове магнітне поле. Щоб зрозуміти принцип утворення обертового магнітного поля в трифазній машині, розглянемо рис.1.1.12, на якому зображені котушки трьох фаз (А, В і С), зміщені в просторі на 120°. Там же представлені графіки струмів трифазної системи.

Рис.1.1.12. Принцип отримання обертового магнітного поля з допомогою трифазного змінного струму

Струм, проходячи по котушці, створює пульсуюче магнітне поле, вісь якого співпадає з віссю котушки, а напрямок і величина визначаються напрямком і величиною струму. Будем вважати, що магнітне коло машини ненасичене і величина магнітної індукції в повітряному проміжку Во пропорційна струмові. Приймемо за позитивний напрямок поля (при позитивному струмі) напрямок від котушки до центру машини, причому поля фаз будемо зображати векторами  , а результуюче поле вектором  . В момент часу t0 струм в фазі А відсутній, тому поле обмоткою А не створюється. В цей же час фази В і С створюють відповідно поля   і  . Результуюче (сумарне) поле в момент часу t0 зображається вектором  . Через 1/3 періода струм в фазі В відсутній і в момент часу t1 трифазна обмотка створює магнітне поле, вектор якого   виявиться повернутим на 120° відносно свого положення в момент часу t°. Аналогічно, розглядаючи магнітні поля в моменти часу t2 і t3, можна замітити, що результуюче поле трифазної обмотки, залишаючись постійним за величиною, неперервно змінює свій напрямок. Величина індукції В0 обертового поля рівна 3/2 від максимальної індукції поля будь-якої з фаз. Частота обертання поля в просторі залежить від частоти струму і числа полюсів. В даному випадку (2р=2) за один період зміни струму поле робить повний оберт. При частоті змінного струму f1 частота обертання поля n1=f1 або n1=60f1. Розглядаюче обертове магнітне поле еквівалентне полю двох полюсів магніта, що обертається в просторі з частотою ni. Як уже говорилось, при визначеній схемі з’єднання провідників обмотки статора, струми, які протікають по цій обмотці, можуть створювати обертове магнітне поле, еквівалентне полю чотирьох, шести і т.д. полюсів магнітів, що обертаються в просторі. В зв’язку з цим асинхронний двигун буде називатисячотирьохполюсним (2р=4; р=2), шестиполюсним і т.д. За один період змінного струму магнітне поле повертається в просторі на кут, що відповідає двом полюсним поділам — 2t, тобто одній парі полюсів. Таким чином, чим більше полюсів у поля обмотки статора, тим менший просторовий кут поворота магнітного поля за один період змінного струму, а тому, тим менша синхронна частота обертання поля статора, об/хв:  

5 Будова та принцип дії генератора постійного струму паралельного збудження На рис. 7.5 представлена принципова схема генератора постійного струму паралельного збудження. Цей генератор є машиною із самозбудженням, у якої струм збудження береться від якоря машини. У цьому випадку обмотка збудження генератора приєднується паралельно затискачам якоря. Для можливості самозбудження такого генератора потрібне дотримання певних умов. Умовами самозбудження генератора постійного струму є: а) наявність поля залишкового магнетизму в сердечниках полюсів і станині машини; б) правильне підключення обмотки збудження до затискачів якоря, при якому створюване струмом збудження магнітне поле підтримує поле залишкового магнетизму (див. рис. 7.5). При цих умовах виникне процес самозбудження генератора і його напруга буде поступово наростати, а з ним зростати й струм збудження. Як видно з рис. 7.6, у процесі самозбудження генератора е.р.с. е якоря наростає по кривій 1, а спадання напруги в ланцюзі збудження іш(rш + ρ) — по прямій 2. Тому коли е.р.с. якоря е > іш(rш + ρ), відбувається процес самозбудження генератора; коли ж ця е.р.с. е = Е = Іш(rш + ρ), даний процес закінчується. Межею цього є точка а перетину прямої 2 з кривою 1 (див. рис. 7.6). Різниця ординат між кривою 1 і прямою 2 фізично являє собою змінну е.р.с. самоіндукції, індуковану в обмотці збудження від наростання її потоку при самозбудженні машини. З рис. 7.6 видно, що

де rш — омічний опір обмотки збудження, Ом; ρ — додатковий опір в її ланцюзі у вигляді регульованого реостата, Ом; k і q — масштаби е.р.с. якоря і струму збудження.  Як показує рівняння (7.1), кут нахилу зазначеної прямої залежить від величини загального опору ланцюга збудження (rш + ρ). Чим менший цей опір, тим при більшій напрузі закінчується процес самозбудження машини, і навпаки. Характеристику холостого ходу генератора паралельного збудження можна зняти дослідним шляхом при незалежному збудженні. У цьому випадку обмотка збудження генератора відключається від затискачів якоря й тимчасово включається на стороннє джерело підходящої напруги. Ця характеристика має вигляд, аналогічний кривій, зображеній на рис. 7.2.