Elektrotehnika_i_elektronika_2008
.pdf181 Глава 2. Электромагнитные устройства и электрические машины
• Следует отметить, что рассмотренные способы рeгулирования• скорости двигателей применяются как раздельно, так и в сочетании друг c другом.
2.2.15. Изменение направления
вращения двигателя
Y
Направление вращения якоря двигателя, происходящее в направлении действия электромагнитного _момента, зависит от направления тока якоря и магнитного потока, определяясь по правилу правой руки. _ .
Отсюда ясно, что для изменения направления вращения двига- теля -- реверсирования -- надо изменить или направление магнит- ного потока или направление тока в . обмотке якоря, соответствующим переключением концов этих обмоток. Такое переключёнйе производится специальным аппаратом; называемым .реверсором и имеющим по две пары контактов B <<вперед и H «назад>> (рис. 2.59).
Чтобы не перемагничивать машину, обычно меняют направление
тока якоря.
H
Рис. 2.59. Схема для реверсирования двигателя последовательного возбуждения
Одновременное изменение направления тока в обмотке возбуждения, a следовательно, и направления :магнитного потока и тока якоря направление вращения не меняет.
2.2. i 6. Электрическое торможениё двигателя
Кроме различных способов механического' торможения, основанных на трении, для быстрой остановки двигателей широко ис-
пользуется электрическое торможение.
Электротехника и электроника |
182 |
Электрическое торможение . основано на создании в, двигателе тормозного момента, по направлению противоположного вращаю-
щемуся моменту, a при отключении двигателя - моменту инерции. Применяются три вида электрического торможения: динамическое (реостатное), рекуператйвное (торможение с отдачей электро-
энергии в .сеть), торможение противовключением. l Например, при переходе работающего двигателя (рис. 2.60, a) в
режим динамического (реостатного) торможения. машина отключается от сети и включается на специальное нагрyзочное сопротивление --- тормозной реостат RT (рис. 2.60, б). Идея состоит в том, что
машина из, режима двигателя переходит работать в режим генера-- тора. в обмотке якоря индуктируютcя ЭДС Е, а поскольку цепь ма-
.^
a б
Рис. 2.60. Схема переключения двигателя последовательного возбуждения для динамического торможения
шины замкнута на тормозной реостат RT, то в ней появляется гене-
раторный тормозной ток |
E ' . |
. |
'т |
(23) |
|
|
R +R |
|
Здесь следует отметить следующее. При рассматриваемом тор-' мозном режиме направление вращения якоря сохраняется прежним. в этом случае необходимо переключить концы обмотки возбуждения, дабы при изменении направления .тока c двигательного на генераторный машина не размагнитилась. Это й показано на рис. 2..60, б. На-
183 Глава 2. Элехтромагнŭтные устройства и электрические машины
правления тока в обмотке возбуждения IB и, следовательно, потока Ф сохранены прежними; при прежнем направлении вращения ЭДС E также сохраняет свое направление, а ток якоря меняет свое на-- правление. "
Значит, создаваемый этим током момент будет оказывать тормоз-
ное действие на якорь; a вырабатываемая электрическая энергия
будет преобразoвываться в тормозном реостате в .тепловую.
по мере затормаживания число оборотов двигателя падает, сни жается величина ЭДС и тока якоря, а следовательно,+ уменьшается
итормозной момент. Тогда для поддержания величины тока..якоря
итормозного момента необходимо тормозное сопротивление делать секционированным, и постепенно выводить одну. секцию за другой
по мере уменьшения скоро^ти. .
Рекуперативкое торможение основано на переходе двигателя в генераторный режим. Оно отличается от динамического тем; что
электрическая энергия, преобразованная при торможении из механической, не гасится бесполезно в тормозном реостате, нагревая его, a отдается обратно в сеть.
Чтобы двигатель последовательного возбуждения (рис. 2.61, а) стал работать генератором, отдающим. энергию в сеть, необходимо выполнить дева условия: во-первых, противо-ЭДС машины Е, сохра-
няя свое направление., должна стать по величине больше напряже-
ния сети U, т. e. E > U (только тогда ток якоря изменит свое направ-
ленйе и станет рекуперативным генераторным током), во-вторых,
б
Рис. 2.б1. Схема переключения двигателя последовательного
возбуждения для рекуперативного торможения
Электротехника ы электроника ` 184
при переходе к торможению ток' в обмотке возбуждения не должен менять своего направления, чтобы машина не размагнитилась.
Для этих Целей машина переводится на независимое возбуждение (рйс. 2.б1, 6). Цепь обмотки возбуждения` содержит регулиро-
вочный реостат R вр и получает питание от специального возбудительного агрегата постоянного тока. Изменением величины
сопротивления RBp регулируют ток обмотки возбуждения ТВ и, следовательно, величину магнитного потока Ф. От величины потока Ф
зависят ЭДС E рекуперирующей машины и рекуперативный ток якоря 1РЕК = (Е -- U) /Ая, a также величина тормозного электромагнитного момента М- п СМIРЕкФ• Регулирование тока рекуперации
и, следовательно, интенсивности торможения может производиться весьма плавно и в достаточно широком диапазоне.
Торможение против.овключением.осуществляется переключени-
ем концов обмотки якоря.
Технически это осуществляётся так. Пусть машина работает .дви-
гателем (рис. 2.б2, a). Для осуществления торможения переключим концы обмотки якoря, подведя к ней напряжение U обратной полярности (рис. 2.б2, б), но сохраним неизменным направление тока в обмотке возбуждения I и, следовательно, неизменным направленйе магнитного потока Ф. Так как направление вращения якоря также остается пока прежним, то и ЭДС машины Е остается пре-
жнего направления, оказываясь действующей 'согласованно c приложенным напряжением U. Величина тока в якоре мацжны Теперь будет I = (Е + U)/Ая, a направление этого тока будет обратным .по сравнению 'с тем, которое он имел при работе машины до торможения. Изменение направления тока 1я при неизменном направлении магнитного потока Ф приводит к изменению направления мо-.
Pис. 2.62. Схема включения двигателя последовательного возбуждения при торможении противовключением
185 Глава 2. Электромагнитные густройства и электрические -машыны
мента машины М,. который вместо движущегося становится тормозным. Таким образом, якорь двигателя затормаживается.
во избежание чрезмерного возрастания тока двигателя в начале тор-
можения, когда к нему приложено повышенное напряжение
его цепь включают ограничительное добавочное сопротивление R0 ,
снижаяэтимтокдодопустимойвеличины.•,
Торможение противовключением обеспечивает быструю остановку двигателя .ввиду большого тормозного момента: При этом, одна- ко, двигатель должен быть своевременно выключен, чтобы он пос ле остановки не приобрел обратного: вращения.
2.3. Трансформаторы
B главе 1 были paccмorpeны теоретические основы работы трансэтом разделе рассмотрим конструкцию таких уст фopмaтopoв.B
poйcтв.
2.3.1. Конструкция трансформаторов
Конструктивное исполнение трансформатора зависит от его назначения и области применения. Однако почти все трансформаторы, имеют одни и те же главные конструктивные элементы - маг-
нитную систему и обмотки.
Нацболее широко применяются силовые трaнсформаторы, которые. служат для передачи электрической энергии и распределения ее между потребителями.
Активная часть .(обмотки c магнитной системой) силового трансформатора общего назначения, как правило, погружена в бак c трансформаторным маслом. Такие трансформаторы называют маслонаполиенными или ' масляными. Трансформаторное масло, . омывая обмотки и магнитопровод, улучшает электрическую изоляцию токоведущих частей и обеспечивает лучшие условия охлаждения
трансформатора. .
Работающие на воздухе трансформаторы, активная часть кото-
рых не погружена в масло, называют сухими. Сухие трансформатоо
ры предназначены для установки в закры тых помещениях c отно - сительной влажностью' не выше 80 %.
Обмотки трансформатора состоят из. медных или алюминиевых проводников и изоляционных деталей. Конструкция обмоток дол-
жна обеспечивать динамическую стойкость при механических воздействиях в процессе изготовления .и эксплуатации.
Электротехника и электроника |
186 |
Электрическая прочность изоляции обмоток должна обеспечи^ гать надежную работу трансформатора при номинальных условиях, а также при перенапряжениях и кратковременных повышениях напряжения, возникающих в энергосистемах при коммутации и грозовых явлениях.
конструкция обмоток должна обеспечивать хороший отвод тепла; чтобы температура обмоток не превышала значение, установлен-
ное ГОСТ для данного класса изоляции. При изготовлении обмот-
ки должны быть технологичными, т: e. простыми в изготовлении и надежными в эксплуатации. Производство 'обмоток является мате-
риалоемким, a трудоемкость обмоточно-изоляционных работ co-
ставляет 25--30 % общей трудоемкости изготовления трансформатора и повышается c ростом его напряжения.
Конструкция обмоток включает изоляционные детали, образующие главную и продольную изоляцию, вьтводньУе концы, регулиро-
вочные ответвления, емкостные кольца и экраны, a также приспо- собления для осевой стяжки обмоток. .
Плотность тока в обмотках выбирают по условиям нагрева в пре-
делах (1-2,5) • 106 A/м2 в сухих и (2=4, 5) • 106 A/м2 в масляных в зависимости от мощности и конструктивного выполнения транс форматора. .
- По условиям технологии максимальное сeчение круглого проводд-
ника выбирается примерно до 20 мм2 , a прямоугольного -- 80 мм2.
гlредельный ток одного проводника -- соответственно 45 и 360 A. Основным элементом обмотки является виток, который выпол
няется одним или группой параллельных проводов. Ряд витков на цилиндрической поверхности называется слоем. Витки могут груп-
пироваться в катушки. По направлению намотки обмотки делятся
на правые и левые' подобно резьбе винта. Большинство обмоток трансформаторов выполняются c левой намоткой для удобства из-
готовления. . ' .
Определяющими для конструкции обмотки' являются число витков, сечение витка и класс напряжения.
По способу . размещения . обмоток на стержне различают обмотки концентрические и дисковые или .чередующиеся (рис. 2.б3). .
По конструктивно-технологическим признакам обмотки делят=.
сянаследующиеосновныетипы:цилиндрнчеекие,винтoвыеи'непре-
рывные: ,
Обмотки каждого из этих типов ' могут подразделяться на одноили многословные цилиндрические, одноили многоходовые вин-
товые, дисковые, переплетенны е.' В мощных трансформаторах, предназначенных для питания электропечей, применяют обмотки из листовой меди или алюминия, a также кованые катушки, выпол- ненныe из шинной меди .или алюминия. .
Цилиндрические.слоевые обмотки выполняются из проводов пря-
моугольного или круглого сечения (рис. 2.64). Слои обмотки состав-
187 Глава 2. Электромагнйтныё устройства и электрические-машины
а |
• б• |
r |
|
Рис. 2.63. Типы обмоток: |
|
a — концентрические б. -- дисковые или чередующиеся;
НН — обмотки низкого напряжения; ВН - о6гмотки высокого напряжения
Рис. 2.б4. Цилиндрическая двухслойная обмотка
ляют витки, наматываемые по винтовой линии. При намотке каж-
дый виток слоя укладывают вплотную к предыдущему витку в направлении высоты обмотки: 'Переход из .слоя.. в слой осуществляет-
ся' в процессе' намотки без пайки. Витки состоят из одного или нескольких параллельных проводов; располагаемых обычно рядом
в осевом направлении. .
Однослойными и двухслойными обычно выполняют обмотки
низшего напряжения на напряжение до 690 В в трансформаторах
мощностью до Б30 кВ•А. - . . .
Многослойные цилиндрические обмотки применяют главным образом в качестве обмоток высшего напряжения (до 35 кВ).
Электротехника и.электроника |
188 |
в последнее время широкое применение получили многослойные цилиндрические обмотки из прямоугольного провода. Применение этих обмоток при использований специальных экранов позволяет обеспечить равномерное распределение электрического поля в транс-
форматоре при перенапряжениях.
• Катушечная многослойная цилиндрическая обмотка состоит из ряда последовательно соединенных многослойных катушек (рис. 2.б5). Такое разделение необходимо для уменьшения . напряжения между слоями. Обычно катушечные обмотки выполняют в виде последовательно соединенных парных (двойных) ,катушек.
Рис. 2.65. Катушечная многослойная цилиндрическая обмотка
дисковые катушечные обмотки состоят из ряда одинар гх или двойных катушек (рис. 2.66). Число витков в одной катушке'дости-
гает 20--25, число параллельных проводников .в витке.- до 8. Витки катyшки намотаны один на другой по спирали в радиальном направлении. Намотанные катушки собирают на шаблоне и соединяют пайкой. Осевые и радиальные каналы образуются П'-образными замковыми прокладками. Такие обмотки широко применяются в высоковольтных трансформаторах в качестве входных катушек.
г
Рис. 2.66. дисковая катушка чередующейся обмотки из круглого провода
189 Глава 2. Электромагнитные устройства и электрические машины
Винтовая обмотка (рис. 2.б7) состоит из ряда витков, наматываемых . по винтовой линии. B трансформаторах большой мощности
число параллельных пpоводников может достигать многих десятков..
Винтовые обмотки бывают одно -,.,двух- и многоходовыми. Двуххо -
довыеимногоходовыеобмоткисостоятсоответственноиздвух'или
более: отдельных винтовых обмоток, вмотанных одна в другую. Ка-
нaлы для охлаждения образуются так же, как и в непрерывной обмотке.
a
Рис. Z.67. Винтовые обмотки: a - одноходовая; б — двухходовая
Непрерывная обмотка состоит из ряда катушек, расположенных
в осевдм направлении и соединенных между собой последователь - но без пайки. число катушек в обмотке = - от 30 до 150. Витки в ка-
тушке наматываются плашмя по спирали в радиальном направле-
нии. Катушки наматываются на рейках ; образующих вертикальные
каналвт. На рейки надеваются 'прокладки, . создающие радиальные
каналы между катушками:
Каждый виток обмотки может состоять из одного или нескольких параллельных проводов. Путем перестановки (транспозиции) параллельных проводов на переходах. из катушки в катушку обес-
печивается выравнивание их активного. и индуктивного сопротив-
ленив.
Конструкции магнитных систем трансформаторов можно разде-
лить на два основных типа: стержневые и броневые.
Для сиговых трансформаторов применяют преимущественно
магнитные системы стержневого типа.: Однофазные стержневые
трансформаторы имеют два стержня 2, несущие обмотки 3, 4, a трех
фазные -- три стержня.. Стержни соединяются верхним и нижним ярмами (рис. 2.68 и 2.Б9).
Электротеxника й электроника |
190 |
1 г
Рис. 2.68. Однофазньхй |
Рис. 2.69. Трехфазный |
трансформатор стержневой |
трансформатор стержневой |
конструкции |
конструкции |
t |
|
Однофазный броневой трансформатор имеет один стержень 2 и два ярма 1, закрывающие (бронирующие) обмотки (рис. 2.70).
Трехфазный броневой трансформатор получается из трех однофазных, если их поставить друг на друга (рис. 2.71). При такой кон струкции потоки в ярмах равны половине потока в стержнях. Силовые броневые трансформаторы из-за. более сложной технологии в России не изготовляются.
2
Рис. 2.70. Однофазный трансформатор броневой
конструкции
Рис. 2.71. Броневой трехфазный
трансформатор:
1, 2, 3- обмотки низшего напряжения
фаз А, В, С;
1; 2 ; 3'- обмотки высшего .напряжения
фаз A, В, С