KonspektElektrotekhnika_i_elektronika

Электротехника и электроника

4.3.ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Втрехфазных цепях электроэнергию можно трансформировать с помощью группы из трех одинаковых однофазных трансформаторов (рис. 4.10) или од-

случае аварии или необходимости ремонта.

Шихтованный сердечник трехфазного трансформатора (рис. 4.11) выпол- няют Ш-образной формы. Три стержня размещают в одной плоскости и объе- диняют двумя ярмами. На ка- B C ждом стержне располагают две обмотки одной фазы:

высшего и низшего напряже- ния.

«треугольник» (∆), в соответ- ствии с чем возможны четыре схемы соединения обмоток:

1.«звезда»-«звезда» Y ⁄ Y (представлена на рис. 4.10 и 4.11,б);

2.«треугольник»-«треугольник» ∆ ⁄ ∆;

3.«треугольник»-«звезда» ∆ ⁄ Y;

4.» звезда»-«треугольник» Y ⁄ ∆.

Способы соединения обмоток трансформатора указываются в следующем порядке: сначала обмотка высшего напряжения (ВН), затем обмотка низшего напряжения (НН).

На рис. 4.12 представлена схема ∆ / Y-, где символ «Y-» означает, что при данном соединении обмоток нулевая точка имеет вывод (n). Первичная обмотка трехфазного трансформатора через выключатель QF1 подключается к фазам А, В и С питающей сети. Через выключатель QF2 и предохранители FU1…3 к вы-

- 60 -

напряжением 220 В.

На рис. 4.13 приведены основные условные графические обозначения

трансформатора: 1 - схема развернутая; 2 - схема упрощенная; 3 - схема одно-

сел витков первичной и вторичной обмоток. Таким образом, фазный коэффи-

циент трансформации:

Пример 4.6. Определить напряжение на трех лампах, если они соединены «треугольником» и подключены к трехфазному трансформатору, схема соеди- нения обмоток которого «треугольник» - «звезда». Известны: w1 =190, w2 = 63, U1л = 380 В. Начертить схему.

Решение. Схема включения ламп приведена на рис. 4.14.

- 61 -

Электротехника и электроника

Фазный коэффициент трансформации k12ф = w1 = 190 ≈ 3. w2 63

Это напряжение поступает на приемник, в фазы которого включены лампы. Приемник соединен в «треугольник», для которого U = U . Поэтому:

U 2 = U = U = 220 В.

4.3.1. Щиток трансформатора

На щитке трансформатора указываются следующие номинальные величи- ны: тип трансформатора, полная номинальная мощность (мощность при полной нагрузке), линейные напряжения, линейные токи при номинальной мощности, частота, число фаз, схема и группа соединений, напряжение короткого замыка- ния (в процентах от номинального напряжения первичной обмотки), ток холо- стого хода (в процентах от номинального тока первичной обмотки), мощность потерь при холостом ходе, мощность потерь при опыте короткого замыкания, режим работы (длительный или кратковременный) и способ охлаждения. На-

пример:

4.4. АВТОТРАНСФОРМАТОР

Автотрансформатор (рис. 4.15) - аппарат, который имеет только одну об- мотку высшего напряжения (с количеством витков w1), часть которой служит обмоткой низшего напряжения (с количеством витков w2). Обмотка высшего напряжения может служить первичной или вторичной обмоткой аппарата. Ра- бота автотрансформатора основана на том же принципе, что и трансформатора. Напряжения и токи связаны теми же соотношениями, как и в трансформаторе:

k12 = w1 ≈ U1 ≈ I 2 .

w2 U 2 I1

- 62 -

4.Трансформаторы

Вавтотрансформаторах одним из выводов вторичной цепи может служить подвижный контакт (указывается стрелкой). Изменение положения контакта изменяет вторичное напряжение автотрансформатора, что используют для плавного регулирования этого напряжения.

Рис. 4.15

единице, то токи I1 и I2. мало отличаются друг от дру- га, а их разность (I2 - I1) является по сравнению с ка-

ждым из них малой величиной. Это позволяет выполнить часть аХ обмотки из гораздо более тонкого провода, благодаря чему обмотка автотрансформатора оказывается дешевле, а сердечник имеет меньшие размеры.

Так как в автотрансформаторах имеет место электрическое соединение це- пей высшего и низшего напряжений, они применяются лишь в тех случаях, где требуется сравнительно небольшое изменение напряжения: при высоких на- пряжениях не более чем в 1,5...2, при низких не более чем в 3 раза. Их нельзя

применить, например, для питания распределительной сети 220 В от сети высокого напряже- ния 6000 В, так как это привело бы к необходимости рассчитать изоляцию распределитель- ной сети на 6000 В, что сильно увеличило бы ее стоимость. Это представляло бы также опас- ность для пользователей.

4.5. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Непосредственное включение измерительных приборов в цепь высокого напряжения опасно. Поэтому они включаются во вторичную цепь измеритель- ных трансформаторов, связанную с цепью высокого напряжения через магнит- ный поток в сердечнике. Кроме того, эти трансформаторы служат для расшире- ния пределов измерения приборов переменного тока.

Для включения вольтметров, частотомеров и цепей напряжения некоторых измерительных приборов (ваттметров, счетчиков, фазометров) и реле приме-

няются трансформаторы нaпpяжения.

Для включения амперметров и цепей тока различных измерительных при-

боров и реле служат трансформаторы тока.

4.5.1. Трансформатор нaпpяжения

Cхема устройства и принципиальная схема цепи с трансформатором на- пряжения показаны на рис. 4.16. Буквенное обозначение – TV. Такой транс- форматор по устройству подобен трансформатору небольшой мощности. За- жимы трансформаторов напряжения обозначаются так же, как зажимы силовых трансформаторов (А - X, а - х). В целях безопасности один зажим вторичной обмотки и стальной кожух трансформатора напряжения должны быть заземле- ны.

- 63 -

Электротехника и электроника

Так как сопротивление вольтметра велико, то трансформатор напряжения работает в условиях, близких к режиму холостого хода. Вторичное номиналь- ное напряжение у всех трансформаторов напряжения имеет одно и то же стан- дартное значение 100 В.

4.5.2. Трансформатор тока

Трансформатор тока со стороны первичной обмотки последовательно включается в цепь ВН (рис. 4.17), а его вторичная обмотка замыкается на ам- перметр. Начало и конец первичной обмотки обозначаются соответственно л1 и л2 (линия), а начало и конец вторичной обмотки и1 и и2 (измерительный при- бор).

Первичный ток I1 трансформатора тока намного больше вторичного тока I2, поэтому число витков пер-

Так как сопротивление амперметра незначительное, то трансформатор тока работает в условиях, близких к режиму короткого замыкания. При этом основ- ной магнитный поток создается совместным действием намагничивающих сил первичной I1w1 и вторичной I2w2 обмоток, токи которых изменяются в проти-

вофазе (§ 4.2.4).

Если во время работы трансформатора тока разомкнуть его вторичную об- мотку, то вторичный ток I2 станет равным нулю, а первичный ток I1 не изме- нится. Весь первичный ток станет намагничивающим, что вызывает увеличение магнитного потока. Так как потери в стали сердечника пропорциональны квад-

- 64 -

Электротехника и электроника

5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ.

5.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Существует два типа электрических машин: генераторы служат для преоб- разования механической энергии в электрическую; двигатели - для преобразо- вания электрической энергии в механическую. При этом одна и та же электри- ческая машина может работать и как генератор и как двигатель. В этом заклю- чается принцип обратимости электрических машин.

В зависимости от рода тока, потребляемого из питающей сети двигателем или отдаваемого в сеть генератором, различают электрические машины посто- янного тока и машины переменного тока.

5.2. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА (МПТ)

Генераторы постоянного тока (ГПТ) применяют для питания двигателей, зарядки аккумуляторов, электросварки, в системах автоматического регулиро- вания. Преимущество двигателей постоянного тока (ДПТ) - возможность плав- ного регулирования скорости вращения простыми устройствами.

В сравнении с машинами переменного тока МПТ значительно дороже в из- готовлении. В эксплуатации они менее надежны и требуют специального ухода.

5.2.1. Принцип действия и режимы работы МПТ

Режим генератора

Вмагнитном поле между полюсами N и S (рис. 5.1) первичный двигатель вращает проводящую рамку abcd с постоянной угловой скоростью ω. Провода рамки пересекают силовые линии магнитного поля. Согласно закону электро- магнитной индукции в проводниках ab и cd индуцируется ЭДС e, направление которой определяется правилом правой руки: если расположить правую руку так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, а отставленный большой палец указывал направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца ука- жут направление индуктированной ЭДС.

Врамке индуцируется ЭДС E= 2e. Напряжение на выводах рамки U ≈ E. Коллекторные пластины (п1 и п2), к которым присоединены выводы рамки,

- 66 -

Электротехника и электроника

Через пол-оборота рамки провод ab и пластина п1 окажутся внизу, а cd и п2 - вверху. При этом направление тока во внешней цепи и под полюсами, направ- ление электромагнитных сил F и момента не изменились, хотя направление тока в проводниках изменилось. Постоянный ток источника превращается в пе- ременный ток в обмотке. Таким образом, коллектор двигателя – механиче- ский инвертор (устройство для преобразования постоянного тока в перемен- ный).

При движении проводники рамки пересекают магнитное поле и согласно закону электромагнитной индукции в них наводится ЭДС e (направление - пра- вило правой руки). В двигателе она направлена против тока (потребление энер- гии) и поэтому называется противоэлектродвижущей силой (противо-ЭДС).

Таким образом, одна и та же машина постоянного тока может быть исполь- зована и как генератор и как двигатель:

5.2.2. Конструкция машины постоянного тока

Неподвижная часть МПТ называется статором, вращающаяся - якорем.

Рис. 5.3.

Статор состоит из станины 1 (рис. 5.3), которая изготовляется обычно из литой стали и имеет форму цилиндра. Станина закрывается двумя фланцами 14 (подшипниковыми щитами). Станина и фланцы образуют корпус, который защищает от ударов, пыли, дождя и т.д. К корпусу крепятся лапы 7 для уста- новки машины.

С внутренней стороны на станине закрепляются сердечники главных по-

люсов 2, которые оканчиваются полюсными наконечниками 3. На рис. 6.3 два главных полюса: N и S. Форма полюсных наконечников обеспечивает равно- мерное распределение магнитного поля вдоль окружности якоря. На сердечни-

ки полюсов надеты намагничивающие катушки 4, составляющие обмотку возбуждения машины. Намагничивающие катушки соединяются последова- тельно. Они служат для создания магнитного поля машины. Концы катушек со- единены с двумя зажимами, размещенными на панели в коробке выводов 8 ма- шины. Между главными полюсами помещаются дополнительные полюса 5,

- 68 -

5. Электрические машины. Машины постоянного тока

катушки 6 которых соединяются последовательно с якорем. Назначение до- полнительных полюсов - улучшение работы машины.

Воздушный зазор отделяет статор от якоря.

(рис.5.5). В щеткодержателе щетка 1 пружиной 2 прижимается к коллектору.

5.2.3. Классификация машин постоянного тока

В зависимости от способа соединения обмотки возбуждения с якорем ма- шины различают следующие типы МПТ:

Машины параллельного возбуждения (шунтовые) (рис. 5.7,а).

Обмотка возбуждения присоединяется параллельно к зажимам якоря. В случае двигателя обе цепи питаются от одного источника.

- 69 -