Ответы ЭКСиВК

11. Устройство и принцип действия щелочных аккумуляторов. Виды щелочных аккумуляторов. Преимущества и недостатки.

12. Трансформаторы. Режимы работы трансформаторов и их особенности. КПД трансформатора.

Трансформатор – статический электромагнитный аппарат, преобразующий электрическую энергию переменного тока одной системы в электрическую энергию переменного тока другой системы с иными параметрами (напряжением, током, числом фаз). Вторичная задача трансформатора – гальваническая развязка электрических цепей.

Втрансформаторах одна из обмоток, называемая первичной, подключается непосредственно к источнику напряжения переменного тока, а нагрузка подключается параллельно выходным зажимам другой обмотки (других обмоток), расположенных на том же магнитопроводе, что и первичная обмотка. Магнитопровод представляет собой деталь или комплект деталей, предназначенных для прохождения с определёнными потерями магнитного потока, возбуждаемого электрическим током, протекающим в обмотках устройств, в состав которых входит магнитопровод.

На рис. 1 приведены условное обозначение (а) и схема конструкции стержневого трансформатора (б):

Фо – основной магнитный поток; Фs1, Фs2 – потоки рассеяния;

W1, W2 – число витков первичной и вторичной обмотки трансформатора соответственно.

Точками обозначены условные начала обмоток трансформатора. Если в данный момент времени вывод, соответствующий условному началу трансформатора какой-либо обмотки, имеет положительный потенциал относительно другого вывода этой обмотки, то и для всех других обмоток условные начала будут иметь положительный потенциал.

На первичную обмотку подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках (включая первичную) ЭДС индукции, пропорциональную 1-й производной магнитного потока. При синусоидальном токе ЭДС индукции сдвинута на 90 градусов в обратную сторону относительно магнитного потока.

13. Трёхфазные трансформаторы и автотрансформаторы.

Автотрансформатором называют трансформатор, имеющий непосредственную связь между обмотками. Конструктивно такой трансформатор ничем не отличается от обычного. На рис. 7 приведена одна из возможных схем включения однофазного автотрансформатора.

Первичная обмотка A-X с числом витков W1 подключена к источнику энергии с напряжением Uнн. Вторичная обмотка a-x с числом витков W2 соединена согласнопоследовательно с первичной обмоткой, так что напряжение на нагрузке Uвн оказывается равным суммарному напряжению первичной и вторичной обмоток. Эта схема

Для автотрансформатора, как и для обычного, справедливы уравнения равновесия ЭДС первичной и вторичной обмоток, а также уравнения равновесия МДС:

Номинальная (проходная) мощность Sн автотрансформатора представляет собой значение номинального действующего значения напряжения Uвн на номинальное действующее значение тока Iвн:

Sн Uвн Iвн U1 U 2 I 2 U1 I 2 U 2 I 2 .

Первое слагаемое представляет собой мощность, передаваемую в нагрузку непосредственно электрическим путём, второе – посредством магнитного поля в трансформаторе. Именно на эту (вторую) электромагнитную мощность и рассчитывается трансформатор, представленный на рис. 7. Чем меньше будет доля электромагнитной мощности в Sн, тем соответственно меньше будут габаритные размеры и масса автотрансформатора по сравнению с обычным трансформатором той же номинальной мощности Sн.

Из-за наличия гальванической связи автотрансформатор невозможно использовать в системах электропитания оборудования телекоммуникаций, где для нормальной работы аппаратуры требуется заземлять один из полюсов нагрузки.

Трансформация электрической энергии 3-фазного переменного тока может осуществляться либо с помощью трёх однофазных трансформаторов, первичные и вторичные обмотки которых соединяются по одной из 3-фазных схем (3-фазный групповой трансформатор), либо с помощью 3-фазных трансформаторов со связанной магнитной системой (с общим магнитопроводом). На практике в основном применяются последние, поскольку групповые трансформаторы имеют существенно большие габаритные размеры и массу при той же номинальной мощности. На рис. 8 показаны варианты конструктивного исполнения 3-фазных трансформаторов:

Как видно из (б), стержни (участки магнитопроводов, несущие обмотки) можно оставить размещёнными в пространстве и объединить их сверху и снизу ярмом в форме кольца, получив тем самым 3-фазный стержневой трансформатор пространственной системы. В случае, когда все 3 стержня располагаются в одной плоскости (рис. 8, в), получается 3- фазный стержневой трансформатор плоской системы, имеющий в настоящее время наибольшее применение на практике.

В плоской системе имеет место асимметрия магнитных сопротивлений для магнитных потоков, возбуждаемых обмотками, которые расположены на среднем и крайних стержнях магнитопроводов. Эта асимметрия связана с различными длинами магнитных силовых линий обмоток и вызывает различие токов холостого хода в обмотках трансформатора.

Начала фаз обмотки высшего напряжения обозначаются заглавными буквами A, B, C, а их концы – X, Y, Z. Вывод нейтральной (нулевой) точки обозначается буквой N (O). Зажимы обмотки низшего напряжения обозначаются строчными буквами: a, b, c – начала фаз; x, y, z – концы фаз; n

(o) – вывод нейтральной (нулевой) точки.

На рис. 9 приведены схемы соединения обмоток 3-фазных трансформаторов и их условные обозначения:

При соединении обмоток в звезду концы (или начала) всех фаз соединяются между собой, образуя нейтральную или нулевую точку, а свободные зажимы трёх фаз подключаются к источнику энергии или нагрузке (потребителю). В случае симметричной 3-фазной системы и равномерной загрузке всех трёх для схемы «звезда» фазные

напряжения UAX=UBY=UCZ в 3 раз меньше линейных напряжений UAB=UBC=UCA. Токи в проводах, с помощью которых обмотка подключается к источнику энергии или нагрузке (линейные токи) для такой схемы совпадают с линейными токами.

14. Элементная база устройств электропитания. Полупроводниковые диоды и тиристоры. Основные характеристики и режимы работы.

Необходимо учитывать коммутационные процессы при выключении дтодов и принимать соотв. меры по их снижению.