Вопросы и задания

1. В каких случая применяют измерительные трансформаторы напряжения и тока?

2. Поясните схему включения трансформатора напряжения. Какие погрешности существуют и как их минимизировать?

3. Поясните схему включения трансформатора тока. Какие погрешности существуют и как их минимизировать?

4. Почему нельзя оставлять трансформатор тока с разомкнутой вторичной обмоткой?

2 Асинхронные двигатели

2.1 Устройство и принцип действия трехфазного ад

Устройство асинхронного двигателя (АД). АД имеет статор и ротор, разделенные воздушным зазором (рис.2.1). Активными частями ее являются магнитопровод и обмотки. Все остальные части - конструктивные.

Магнитопровод АД выполняют шихтованным из листов электротехнической стали. По магнитопроводу замыкается переменный магнитный поток, создаваемый токами обмоток АД. Статор АД запрессован в литую станину (рис.2.2,а), изготовленную либо из алюминия, либо из чугуна. В пазах на внутренней поверхности шихтованного статора располагают трехфазную обмотку. Назначение обмотки статора – создание вращающегося магнитного поля статора Ф_ст.Ротор АД состоит из сердечника (рис.2.2,б), напрессованного на вал. В пазы ротора укладывают обмотку либо в виде проволочных катушек, либо в виде стержней с замыкающими по торцам кольцами (типа "беличье колесо").

Принцип действия трехфазного АД.Рассмотрим один короткозамкнутый виток ротора, помещенный во вращающееся магнитное поле статора (рис.2.3). Поле статораФ_ствращается с частотойω₀, ротор вращается с частотойω. В зависимости от соотношения между частотамиω₀иωАД может работать либо в режиме двигателя, либо в режиме тормоза.

Двигательный режим работывозникает тогда, ротор вращается в ту же сторону, что и поле статораФ_ст, причем ротор вращается медленнее:ω<ω_0.(рис.2.3,а). Пусть полеФ_стчуть повернулось относительно ротора. Тогда количество линий магнитного потока статораФ_ст, пронизывающих контур ротора, увеличится. В контуре ротора возникнет индукционная э.д.с.е, и так как контур короткозамкнутый, то в нём потечет индукционный токi_инд. Индукционный токi_индсоздаст индукционное магнитное полеФ_индконтура. Направление потокаФ_инд, определенное по правилу Ленца, будет такими, каким показано на рис.2.3,а. Зная направление индукционного потокаФ_инд, используя правило буравчика, находим индукционный токi_инд. Взаимодействие индукционного токаi_индс магнитным полем статораФ_стсоздаст механическую силуF, действующие на стороны короткозамкнутой рамки ротора. Направления силF, определенных по правилу левой руки, будет совпадающим с направлением вращения ротора.

Тормозной режим работывозникает тогда, когда ротор вращается в ту же сторону, что и поле статораФ_ст, но ротор вращается быстрее:ω>ω_0.(рис.2.3,б). При малейшем провороте ротора относительно поляФ_стколичество линий магнитного потока статораФ_ст, пронизывающих контур ротора, уменьшится. Далее, повторяя все рассуждения, примененные к рис.2.3,а, находим, что силыFбудут направлены навстречу направлению вращения ротора.

Из вышеприведенного вытекает важная закономерность: независимо от режима работы АД и, соответственно, от соотношения между частотами ω₀ и ω, ротор стремится вращаться с одинаковой частотой с полем статора Ф_ст. Однако полного совпадения частотω₀иωне будет никогда. Для доказательства этого, предположим, что частоты вращенияω₀иωсовпадут. Тогда поле статораФ_стдля любого короткозамкнутого витка ротора будет неизменным. Если не будет изменения магнитного потока, пронизывающего контур ротора, то не будет индукционной э.д.с.еи, далее, не будет индукционного токаi_инд. Значит, не будет механической силыF, приложенной к ротору. Ротор в двигательном режиме затормозится силами трения в подшипниках, аэродинамической силой вентилятора и т.п. Частота вращения ротораωпонизится. Вновь появятся механические силыF, действующие на ротор и заставляющие его вращаться без дальнейшего понижения частоты вращенияω. В тормозном режиме внешние силы, заставляющие ротор вращаться быстрее поляФ_ст, разгонят его до частотыω, превышающейω₀. Значит, ротор АД вращается не синхронно с полем статора и это объясняет название двигателя какасинхронного.