31. Нагрузочный режим однофазного трансформатора.

Трансформатором называется статический электромаг-нитный аппарат, служащий для преобразования электроэнергии переменного тока с одними параметрами (U, I, их форма и начальная фаза) в электроэнергию с другими параметрами при сохранении частоты переменного тока неизменной

Режим нагрузки трансформатора. В режиме нагрузки вторичная цепь замкнута на нагрузочное сопротивление и по ней проходит ток I .

Рис. 29. Трансформатор под нагрузкой.

Можно выделить 3 потока: основной Ф, сцеплённый с обоими обмотками, поток рассеяния первичной обмотки Ф_1р и поток рассеяния вторичной обмотки Ф_2р. Дополнительные ЭДС, индуктируемые в обмотках потоками рассеяния, учитываются при помощи индуктивных сопротивлений рассеяния х₁ и х₂. Потоки рассеяния пропорциональны токам I₁ и I₂ и находятся с ними в фазе. Они индуктируют в обмотках ЭДС Е_1р и Е_1р, отстающие по фазе от потоков и токов на угол π/2. ЭДС уравновешиваются составляющими напряжений

jx₁ I₁ = - E₁p и jx₂ I₂ = - E₂p,

где jx₁ = jωL_1р; jx₂ = jωL_2р - комплексные сопротивления рассеяния обмотoк; L_1p = ψ_1p/I₁ и L_2p = ψ_2p/I₂ - индуктивности рассеяния обмоток;

ψ_1p и ψ_2p - потокосцепления рассеяния;

ω - угловая частота.

Реактивные составляющие напряжений x₁ I₁ , x₂ I₂ опережают токи I₁ и I₂ на угол π/2.

По второму закону Кирхгофа:

U₁ + E₁ = I₁z₁ ; E₂ = U₂ + I₂z₂,

где U₂ - напряжение на Z_н (вторичное напряжение);

Z₂ = r₂ + jx₂; Z₁ = r₁ + jx₁ - комплексные полные сопротивления обмоток.

Падения напряжения I₁z₁ и I₂z₂ составляют обычно не более нескольких % от U₁ и U₂. Поэтому с приближением можно считать, что и в нагруженном трансформаторе сохраняются равенства U₁ ≈ E₁ и U₂ ≈ E₂. следовательно, при нагрузке трансформатора амплитуда Ф примерно const и равна амплитуде Ф в режиме хх. Постоянной должна быть и М.Д.С как при нагрузке, так и при ХХ. В режиме нагрузки результирующая М.Д.С. равна сумме М.Д.С. первичной и вторичной обмоток w₁I₁ + w₁I₁ = w₁I₀. Разделив на w₁, получим:

I₁ + I₂ 1/k = I₀.

На хх I₂ = 0 и I₁ = I₀. При нагрузке появляется ток I₂, по закону Ленца препятствующий причине, его вызвавшей. Поэтому I₂ так направлен, чтобы размагнитить магнитопровод, т.е. действие его противоположно действию I₁. Это вызывает увеличение I в соответствии с полученным выражением.

Рис. 30. Векторная диаграмма нагруженного трансформатора.

На векторной диаграмме для удобства будем откладывать приведённые вторичные U и­ I . Вектор I₂ = I₂ / k = (1/k) (E₂ / ). Сдвиг фаз между I и E :

Ψ₂ = arc tg (x₂ + x_н )/(r₂ + r_н ) .

Вектор U₂ = k U₂ = E₂ – I₂ z₂ .

Приведённые сопротивления вторичной обмотки определяются отношением приведённых напряжений к приведённым токам.

Из вектора E₂ вычитаем jx₂ I₂ , опережающий ток I₂ на угол π/2, и r₂ I₂ , совпадающий с I₂ по фазе. В результате определяется

U₂ = E₂ – r₂ I₂ – jx₂ I₂ .

Для построения I надо I₀ – I₂ .

Для построения U₁ строим -E₁ и к нему добавляем r₁ I₁ , совпадающий по фазе с I₁ , и вектор jx₁ I₁ , опережающий I₁ на 90^о. Угол φ₁ между U₁ и I₁ является сдвигом фаз в первичной цепи. Из векторной диаграммы нагруженного трансформатора видно, что увеличение I₂ вызывает увеличение I₁ , потребляемого из сети. Для ясности rI и xI показаны большими. На самом деле они составляют не более нескольких % от U₁ и U₂ .

33

Вращающееся магнитное поле, создаваемое неподвижной обмоткой, используется в асинхронной машине, которая является машиной переменного тока. Статор 1 представляет собой цилиндр, составленный из листов электротехнической стали, листы имеют форму колец со штампованными пазами. В пазах 2 закладывается статорная обмотка. Выполняется она так, что при включении ее в сеть переменного в расточке статора (внутри

Рис. 37. Устройство асинхронной машины.

цилиндра) образуется магнитное поле, вращающееся вокруг оси статора с постоянной скоростью. Ротор 3 имеет вид цилиндра, набранного из круглых листов стали. У поверхности его вдоль образующих расположены проводники 4, составляющие обмотку ротора. Она не связана с внешней электрической сетью. Токи в ней возникают в результате того, что ротор при вращении отстает от вращающегося поля. Значение этих токов определяется скоростью вращения магнитного поля относительно ротора. Эта скорость оценивается понятием скольжения асинхронной машины:

s = (n_о - n)/n_о ,

где n_о - скорость вращения магнитного потока, или синхронная скорость, n - скорость вращения ротора, n = n_о (1 - s). Условием возникновения токов в роторе является неравенство скоростей n  n_о , ротор не может вращаться со скоростью, равной синхронной, поэтому и возникло название асинхронная («а» - отрицание).

Ротор выпускается как фазным, так и короткозамкнутым. Фазный ротор имеет трехфазную обмотку, выполненную подобно статорной, с тем же числом полюсов. Обмотка соединяется звездой или треугольником, три конца выводятся на три изолированных контактных кольца, вращающихся вместе с валом. Через щетки в ротор включается 3-фазный пусковой или регулировочный реостат, т.е. в каждую фазу вводится активное сопротивление. Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются там, где требуется плавное регулирование скорости, а также при частых пусках двигателя под нагрузкой. Короткозамкнутый ротор проще, чем фазный. Отверстия вблизи наружной части каждого листа сердечника составляют продольные пазы, в которые заливается алюминий. Твердея, он образует продольные токопроводящие стержни. По обоим торцам отливаются алюминиевые кольца, замыкающие накоротко стержни. Полученная токопроводящая система называется беличьей клеткой. Двигатели с короткозамкнутым ротором наиболее просты, надежны и дешевы и наиболее распространены.

Электромагнитная мощность, передаваемая ротору вращающимся магнитным полем, равна:

Р_эм. = М_эм.  n_о /30 = М_эм. 2 f/р

М ≈ М_эм. = с Ф I₂ cos ψ₂ (н м), если Ф (вб), I (А) – уравнение м.д.с.

– уравнение э.д.с.

– уравнение токов.