Основы_электротехники

По устройству и принципу действия измерительные трансформаторы аналогичны однофазным трансформаторам за исключением того, что их сердечник изготавливается из тонких листов (толщиной 0,10–0,01 мм) пермаллоя, который имеет более высокую магнитную проницательность по сравнению с электротехнической сталью.

Такие особенности магнитопровода обеспечивают меньшие потери на гистерезис и вихревые токи, т.е. высокую точность преобразования напряжений и токов. Коэффициент трансформации измерительного трансформатора с высокой точностью равен отношению витков его обмоток (k = w1/ w2).

Схема подключения вольтметра с помощью измерительного трансформатора напряжения приведена на рис. 4.16.

Пусть коэффициент трансформации ИТН k w1 50 . w2

жения 10 кВ потребуется вольтметр с пределом измерения 200 В. Измерительный трансформатор тока (рис. 4.17) имеет входную одновитковую обмотку и разрезной сердечник, позволяю-

щий как клещами охватывать линию с большим током I.

90

5 кА потребуется амперметр с пределом измерения 100 А.

При подключении ваттметра к высоковольтной сети используется два измерительных трансформатора; при этом ИТН подключается к напряженческой обмотке ваттметра U, а ИТТ – к токовой обмотке ваттметра I (рис 4.18).

Рис. 4.18

На рис. 4.18 звездочками помечены начала напряженческой обмотки U и токовой обмотки I ваттметра W. При тех же параметрах измерительных трансформаторов и измерительных приборов предельное значение измеряемой активной мощности будет равно:

91

P = U1 I1 = 10000·5000 = 50·106 Вт = 50 МВт,

тогда как необходимый предел измерения ваттметра равен:

PW = U2I2 = 200·100 = 20000 Вт = 20 кВт.

4.10. Сварочные трансформаторы

Во вторичной обмотке сварочного трансформатора действуют небольшое напряжение (0–60 В) и большой ток (200–300 А).

В процессе сварки сварочный электрод периодически приваривается к металлу. Трансформатор оказывается в режиме короткого замыкания, поэтому сварочные трансформаторы делаются таким образом, чтобы они могли работать в режиме короткого замыкания без выхода из строя. Для этого в магнитопроводе сварочного трансформатора предусматривают либо специальные регулируемые воздушные зазоры, либо используют дополнительное устройство – дроссель (рис. 4.19).

Рис. 4.19

92

Дроссель представляет собой катушку индуктивности с магнитопроводом и регулируемым воздушным зазором, с помощью которого устанавливается максимальное значение сварочного тока.

Чтобы обеспечить постоянство горения дуги и, следовательно, высокое качество сварочного шва, необходимо, чтобы сварочный ток мало зависел от длины дуги (оставался в диапазоне 200–250 А на рабочей части ВАХ). Индуктивное сопротивление дросселя не только защищает трансформатор, ограничивая ток короткого замыкания, но и обеспечивает необходимый вид ВАХ на рабочей ее части (рис. 4.20), из которой видно, что на рабочей ее части ток I2 (ток дуги) изменяется примерно на

12 %.

Рис. 4.20

93

Вопросы для самоконтроля

1.Объясните назначение, устройство и принцип действия однофазного двухобмоточного трансформатора.

2.Объясните основные уравнения, описывающие работу трансформатора.

3.Объясните, почему ток холостого хода очень мал и составляет несколько процентов от номинального тока.

4.Дайте краткую характеристику основным режимам работы трансформатора. Поясните опыт холостого хода и 5 параметров, измеряемых в нем.

5.Поясните опыт короткого замыкания и 4 параметра, измеряемых в нем.

6.Поясните нагрузочный режим и две характеристики, полученные в этом режиме.

7.Объясните, почему при изменении тока во вторичной обмотке трансформатора соответственно изменяется ток в первичной обмотке.

8.Назовите основные технические данные силовых однофазных и трехфазных трансформаторов.

.

94

5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА

5.1. Классификация и свойства электрических машин

По виду тока электрические машины подразделяются на

машины постоянного тока и машины переменного тока. Они часто обладают свойством обратимости, например, одна и та же электрическая машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. В режиме генератора она преобразуют подводимую к ее валу механическую энергию в электрическую энергию постоянного тока, а в режиме двигателя преобразует подводимую электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию, снимаемую с ее вала. Электродвигатели используются чаще, чем электрогенераторы, поэтому их мы и будем рассматривать далее.

Электродвигатели постоянного тока позволяют плавно и в широком диапазоне регулировать частоту вращения якоря (вала), а также развивают большой пусковой момент на валу при относительно небольшом токе, поэтому они применяются в прокатных станах, шахтных подъемных механизмах и электротранспорте, а также в системах автоматического управления и регулирования. Недостатками электродвигателей постоянного тока являются:

1)невысокая надежность работы щеточно-коллекторного узла (графитовые щетки истираются о пластины коллектора и требуют периодической замены);

2)графитовая пыль оседает на деталях и снижает или нарушает их изоляцию;

3)под щетками возникает искрение, которое недопустимо в искроопасных применениях;

4)стоимость в несколько раз выше стоимости электродвигателей переменного тока.

Электродвигатели переменного тока подразделяют на асинхронные и синхронные. В асинхронных электродвигателях

скорость вращения вала ротора меньше скорости вращения поля

95

статора, а в синхронных электродвигателях они равны между собой. Кроме того, по количеству фаз питающего напряжения электродвигатели подразделяют на трехфазные и однофазные.

Электродвигатели переменного тока отличаются высокой надежностью работы (в них отсутствуют трущиеся части), отсутствием искрящихся частей и относительно невысокой стоимостью, поэтому они очень широко применяются во всех отраслях народного хозяйства: промышленность, строительство, товары народного потребления и т.д.

Известно, что около 90 % всех выпускаемых в мире электродвигателей составляют трехфазные асинхронные двигатели (АД), которые потребляют примерно70 % всей вырабатываемой электроэнергии.

По устройству, техническим характеристикам и области применения трехфазные АД подразделяют на 5 типов:

1)АД с коротко замкнутым ротором стандартного испол-

нения;

2)АД с коротко замкнутым ротором и повышенным скольжением;

3)АД с коротко замкнутым ротором и повышенным пусковым моментом;

4)многоскоростные АД с коротко замкнутым ротором;

5)АД с фазным ротором.

Асинхронные двигатели стандартного исполнения приме-

няется чаще других двигателей, так как они являются самыми простыми, дешевыми и надежными в работе. Их применяют для приведения в действие вентиляторов, насосов и других механизмов с невысоким пусковым моментом.

Асинхронные двигатели с повышенным скольжением чаще применяются там, где нагрузка является пульсирующей и режим работы характеризуется частыми включениями и выключениями, например, в текстильной промышленности, в механизмах открывания и закрывания различных дверей и т.д.

Асинхронные двигатели с повышенным пусковым момен-

том применяются в различных грузоподъемных механизмах, где требуется высокий пусковой момент.

96

Многоскоростные асинхронные двигатели, позволяющие ступенчатым образом изменять скорость вращения ротора путем изменения числа пар полюсов в обмотках статора, применяется в токарных и фрезерных станках, на судах речного и морского флота, в лифтах и других механизмах.

Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются в подъемных кранах, конвейерах и других механизмах, где требуется значительный пусковой момент и плавное регулирование скорости.

5.2. Устройство трехфазных асинхронных двигателей

Конструкция АД с короткозамкнутым ротором стан-

дартного исполнения приведена на рис. 5.1, где 1,12– подшипники качения; 2 – вал ротора; 3, 10 – подшипниковые щиты; 4 – коробка с зажимами для вывода концов обмотки статора; 5 – сердечник ротора; 6 – рым-болт для подъема двигателя; 7 – сердечник статора: 8 – корпус (станина) двигателя; 9 – обмотки статора; 11 – центробежный вентилятор; 13 – кожух вентилятора; 14 – ребра корпуса, увеличивающие площадь поверхности охлаждения; 15 – лапы для крепления двигателя; 16 – болт заземления.

Основными частями трехфазного асинхронного двигателя являются корпус, статор и ротор.

Корпус – это несущая часть двигателя, которая отливается из алюминия (для маломощных двигателей) или из чугуна и служит для крепления всех других его частей.

Статор – это неподвижная часть двигателя (рис. 5.2а), которая жестко крепится в корпусе и состоит из сердечника 1 цилиндрической формы с внутренними пазами 2, набранного из тонких кольцеобразных пластин электротехнической стали, и трех медных обмоток, уложенных в пазах сердечника.

97

двигателях стержни 4 и кольца 3 короткозамкнутой обмотки (рис. 5.3б) изготавливаются из меди.

Рис. 5.2

Отдельно сердечник 1 ротора с валом 2 изображен на рис. 5.3а, а обмотка типа «беличья клетка» – на рис. 5.3б. В мощных двигателях обмотка изготавливается из меди. Ее стержни 4 (рис. 5.3б) без изоляции укладываются в пазы сердечника ротора и с торцов замыкаются накоротко кольцами 3.

99