- •Оглавление
- •I Трансформаторы……………………………………………..………………………...…6
- •III Машины постоянного тока……………………….………………………………...….71
- •I Трансформаторы
- •Устройство трансформатора
- •1.1.1. Шихтовка железа стержневого трансформатора
- •1.2.Однофазные трансформаторы. Холостой ход однофазного трансформатора
- •1.2.1.Ток холостого хода
- •1.2.2.Потери при холостом ходе трансформатора
- •1.2.3.Схема замещения трансформатора при холостом ходе
- •1.2.4.Определение параметров экспериментально zm, xm,rm
- •1.3. Работа однофазного трансформатора под нагрузкой
- •1.3.1 Физические процессы в трансформаторе при нагрузке
- •1.3.2. Векторная диаграмма трансформатора при нагрузке
- •1.3.3. Схема замещения трансформатора при нагрузке
- •Режим короткого замыкания однофазного трансформатора
- •Трехфазные трансформаторы
- •Группы соединения трансформаторов
- •Холостой ход трехфазного трансформатора
- •Групповой трансформатор
- •1 .7.2. Трехстержневой трансформатор
- •1.8. Параллельная работа трансформаторов
- •1.8.1. Параллельная работа трансформаторов при неравенстве коэффициентов трансформации
- •1.8.2. Параллельная работа трансформаторов при неравенстве напряжений короткого замыкания
- •1.8.3. Параллельная работа трансформаторов с различными группами соединения
- •1.9. Переходные режимы трансформаторов
- •Переходный процесс при включении трансформатора в холостую
- •Переходный процесс при коротком замыкании трансформатора
- •Переходные процессы, вызванные перенапряжением
- •II Асинхронные машины
- •2.1. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя
- •2.1.1. Принцип создания вращающего магнитного поля статорной обмоткой
- •2.1.2. Принцип действия асинхронного двигателя
- •1. Обмотки
- •2.2. Общие вопросы машин переменного тока
- •Обмотки машин переменного тока
- •2.2.1. Обмотки машин переменного тока
- •Элементы обмоток переменного тока
- •Пример выполнения однослойной обмотки
- •2.2.2. Электродвижущая сила (эдс) обмотки машин переменного тока
- •2.2.3. Намагничивающая сила обмоток машин переменного тока
- •2.3. Рабочий процесс асинхронного двигателя
- •2.3.1. Режимы работы асинхронной машины
- •2.3.2. Режим двигателя
- •2.3.3. Трехфазная асинхронная машина при вращающемся роторе
- •2.3.4. Привидение параметров роторной обмотки к статорной
- •2.3.5. Приведение асинхронного двигателя к эквивалентному трансформатору
- •Запишем выражение для тока ротора
- •2.3.6. Схема замещения роторной цепи
- •2.3.7. Векторная диаграмма асинхронного двигателя
- •2.3.8. Схемы замещения асинхронной машины
- •2.4. Вращающий момент асинхронной машины
- •2 .4.1. Вращающий (электромагнитный) момент асинхронной машины
- •2.4.2. Максимальный (критический) момент
- •Знак - - соответствует генераторному режиму
- •2.4.3. Расчетная формула момента
- •2.4.4. Влияние высших гармоник магнитного поля на работу асинхронной машины
- •Задавшись током i1
- •2.6. Пуск трехфазных асинхронных двигателей
- •Прямой пуск асинхронных двигателей простой и нет необходимости в дополнительной аппаратуре.
- •2 .6.3. Пуск двигателя с фазным ротором
- •2.7. Асинхронные двигатели с обмоткой ротора специального исполнения
- •2.7.1. Короткозамкнутый асинхронный двигатель с глубоким пазом на роторе
- •Кратность пускового тока
- •2.7.2. Короткозамкнутый асинхронный двигатель с двойной клеткой на роторе
- •2.8. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
- •2.8.1. Регулирование частоты вращения двигателя изменением частоты
- •2.8.2. Регулирование частоты вращения двигателя путем изменения числа пар полюсов
- •2.8.3. Регулирование частоты вращения двигателя сопротивлением в цепи ротора (с фазным ротором)
- •2.8.4. Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения
- •2.9. Асинхронная машина в качестве генератора
- •Докажем это аналитически. Ток в роторе
- •2.9.1. Векторная диаграмма асинхронного генератора
- •2.9.2. Однофазный двигатель
- •III Машины постоянного тока
- •3.1. Устройство и принцип действия машин постоянного тока
- •3.2. Обмотки якоря машин постоянного тока
- •Основные требования предъявляемые к обмотке
- •3.2.2. Простая волновая обмотка
- •3.2.3. Сложно-петлевая обмотка
- •3.2.4. Сложно-волновые обмотки
- •3.2.5. Симметрия обмоток
- •3.2.6. Смешанная (лягушечная) обмотка
- •3.3. Эдс обмотки якоря
- •3.4. Реакция якоря в машинах постоянного тока
- •3.5. Генераторы постоянного тока
- •Энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения.
- •Электромагнитный момент генератора постоянного тока
- •3.5.1. Генератор независимого возбуждения
- •Свойства генератора определяются его характеристиками. 1.Характеристика холостого хода: , ,
- •3 .5.2. Генератор параллельного возбуждения
- •3.5.3. Генератор последовательного возбуждения
- •3.5.4. Генератор смешанного возбуждения г енератор смешанного возбуждения широко используется в промышленности. Обмотки возбуждения по потоку могут быть включены согласно, либо встречно, рис. 35.
- •3.6. Двигатели постоянного тока
- •3.6.1. Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока
- •3.6.2. Пуск двигателей постоянного тока
- •3.6.3. Реверсирование двигателя постоянного тока
- •3.6.4. Классификация двигателей постоянного тока
- •Принципиальная схема включения двигателя параллельного возбуждения представлена на рис. 43. Для пуска используется пусковой реостат (п. Р.). Свойства двигателя определяются его характеристиками.
- •Основное уравнение движения электропривода
- •3.6.5. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
- •3.Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения.
- •3 .7. Коммутация двигателя
- •3.7.1 Закон изменения тока в коммутируемой секции
- •3.7.2. Прямолинейная коммутация
- •3.7.3. Замедленная коммутация
- •3.7.4. Ускоренная коммутация
- •3.7.5. Определение реактивной эдсer
- •3.7.6. Способы улучшения коммутации
- •3.7.7. Круговой огонь в машинах постоянного тока
- •IV Синхронные машины
- •4.1. Назначение, устройство и принцип действия
- •4.2. Работа генератора при холостом ходе
- •4.3. Реакция якоря в синхронном явнополюсном генераторе
- •4.3.1. Реакция якоря при активной нагрузке
- •4.3.2. Реакция якоря при индуктивной нагрузке
- •4.3.3. Реакция якоря при емкостной нагрузке
- •4.3.4. Реакция якоря при смешанной нагрузке
- •4.4. Магнитное рассеяние
- •4.5. Рабочий процесс синхронной машины
- •4.5.1. Основная диаграмма эдс явнополюсного синхронного генератора
- •4.5.2. Преобразованная диаграмма эдс явнополюсной синхронной машины
- •4.6. Определение параметров синхронной машины со снятыми характеристиками
- •4.6.1. Определение индуктивного ненасыщенного сопротивления Xd
- •4.6.2. Определение параметра Xd насыщенного
- •4.6.3. Определение параметра Xq
- •4.6.4. Определение параметров Xq и Xd методом скольжения
- •4.6.5. Определение параметра Xs
- •4.7. Понятие о сверхпереходных и переходных индуктивных сопротивлениях
- •4.8. Диаграммы намагничивающих сил
- •4.9. Параллельная работа синхронных генераторов
- •4.9.1. Параллельная работа генераторов при неравенстве напряжений
- •4.9.2. Параллельная работа генераторов при неравенстве частот
- •4.10. Синхроноскопы
- •4.10.1. Включение генератора параллельно сети на погасание ламп
- •4.10.2. Включение генератора параллельно сети на бегущий свет
- •4.11. Электромагнитная мощность и момент синхронных машин
- •4.12. Режимы работы синхронной машины параллельно с сетью
- •Методы регулирования реактивной и активной мощности генератора.
- •4.13. Синхронные двигатели
- •4.13.1. Векторные диаграммы синхронного двигателя
- •4.13.2 Угловые характеристики синхронного двигателя
- •4.13.3. Режим работы синхронного двигателя при постоянном моменте и переменном токе возбуждения
- •4.13.4. Пуск синхронного двигателя
- •Список литературы
Переходный процесс при коротком замыкании трансформатора
Рассмотрим аварийное короткое замыкание при U = Uн
При аварийном коротком замыкании токи во многом превышают номинальный, а ток холостого хода очень мал, поэтому им можно пренебречь. Все напряжения уравновешенны падением напряжения в обмотках трансформатора. Отсюда мы приходим к той же схеме замещения, что и при опытном коротком замыкании.
Н апишем уравнение ЭДС
Lк – индуктивность определяемая потоком рассеяния.
Решение этого уравнения относительно iк и считая, что к /2, получим
а) включение в момент, когда к = /2, U1 = U1m, t = 0
н аступит сразу режим установившегося короткого замыкания.
б) включение в момент, когда к = 0, U1 = 0, t = 0
Апериодическая составляющая тока короткого замыкания будет равна амплитуде установившегося тока короткого замыкания.
Через /2 ударный ток в пределе может достигнуть двойной амплитуде установившегося тока, короткого замыкания т.е.
представляет отношение lкуд к амплитуде тока короткого замыкания
В пределе к = 2. Реально кк = 1,3 – для малых трансформаторов
кк = 1,71,8 – для трансформаторов большой мощности.
Эта кратность дается по отношению к амплитуде установившегося короткого замыкания.
Ток короткого замыкания Iк = (10-20)Iн. Поэтому iкуд =
Этот режим очень опасен в динамических действиях. Создается большой динамический удар. Мерой борьбы является расчет этих динамических ударов и надежное крепление катушек, а так же безупречная защита.
Переходные процессы, вызванные перенапряжением
Перенапряжения, т.е. повышение напряжения возможны а) на шинах трансформаторов вызванное явление атмосферного характера, при коротких замыканиях в сети, при включении и выключении трансформатора на сеть и т.д. Во всех этих случаях возникает электромагнитная волна распространяющегося со скоростью света и, достигнув трансформатора, частью отражается, часть проникает в трансформатор.
Самый опасный случай, когда волна имеет форму, приближающую к прямоугольной. Действие такой волны воспринимается трансформатором, как действие периодической волны большой частоты, так как при увеличении последней наклон синусоидальной кривой становится все круче и в пределе приближается к вертикали. В этих условиях трансформатор ведет себя совершенно иначе, чем при установившемся режиме.
В самом деле, до сих пор говоря о трансформаторе, мы имели в виду только индуктивные сопротивления xL = L. В действительности существует еще и емкостные связи.
П окажем в упрощенном виде:
CK – емкость между соседними катушками
C30 – емкость катушки на земле
, Собз = nкС30
Входная емкость трансформатора
Емкостное сопротивление , при нормальной частоте емкостное сопротивление настолько велико по отношению xL = 2f1L, поэтому ток практически проходит по xL.
По мере увеличения частоты соотношения xL и xC изменяется xL увеличивается, xС – уменьшается. При f , xL , xС = 0 т.е. при этом ток будет протекать только по емкостным связям, минуя обмотку. Процесс будет зависеть от того, заземлена ли нейтраль или нет.
а) Перенапряжения в трансформаторе с заземленной нейтралью:
Так как ток протекает только по емкостным связям, то процесс распределения волны сводится к зарядке системы конденсаторов.
Различают два предельных случая распределения напряжения в момент времени t = 0:
а) когда есть емкости только между катушками (Ск);
б) когда имеются емкости только на землю С30.
В первом случае емкости с соединены последовательно и ток течет одной и той же величины, так как CAB = CBC = CCD, то получаем равномерное распределение напряжения существует и при установившемся режиме. Следовательно, является наиболее благоприятным(1). Во втором случае весь ток протекает только через первый сверху конденсатор (т.к. xL = )(2), т.е. напряжение падает на первую катушку, а следовательно во много раз больше номинального. Это может привести к пробою первых катушек.
Реально существует одновременно обе емкостные связи и напряжение U находится между этими пределами (3). Здесь на первой виток приходится не все напряжение, а U, но все же настолько значительное что может произойти пробой. Поэтому у трансформаторов на 35 кв и выше первые катушки выполняются с усиленной изоляцией. Кривая (3) дает распределение напряжения в момент t = 0, установившийся режим (1) . Так как трансформатор состоит как бы из системы C и L соединенных различным образом цепи C и L создают резонансные контура, то переход от начального распределения (3) к установившемуся (1) происходит в результате колебательного процесса. Следовательно после момента времени t = 0(3), наступает момент (4). Видим, что и конечные витки могут быть под повышенным напряжением. В дальнейшем процессе будет затухать за счет активного сопротивления обмоток. Вообще опасность пробоя возможна для любого витка.
б) Перенапряжения в трансформаторе с изолированной нейтралью.
В начальный момент распределения напряжения и с заземленной нейтралью но при установившемся режиме все точки обмотки находятся под одним и тем же напряжением Uл (2). Так как трансформатор состоит из контуров C, L происходит колебательный процесс и достигает какой то кривой (3), затем за счет активного сопротивления процесс затухает.
По сравнению с предыдущим случаем пределы колебаний напряжения гораздо шире, что составляют существенный недостаток систем с изолированной нейтралью. Поэтому у высоковольтных трансформаторов нейтраль обычно заземляют.
Меры защиты от перенапряжений:
Усиливают изоляцию входных катушек, а так как при этом ухудшается теплоотдача, то уменьшается плотность тока. Увеличивают сечение в 2 раза.
Перенапряжения вызывается резонансными контурами, т.е. трансформатор резонирующий. Чтобы сделать трансформатор не резонирующим нужно устранить действие емкостей на землю С30, оставив только межкатушечные емкости Ск. В этом случае переход к установившемуся режиму происходит без колебаний напряжения или во всяком случае с ограниченными колебаниями.
Устранить емкость на землю конечно нельзя, но их можно скомпенсировать, для этой цели устраиваются экраны, находящиеся под напряжением и изолированные от обмотки. Применяя многослойные концентрические обмотки, где емкость между слоями значительно превосходит емкость на землю.
Для защиты трансформатора используется разрядники
1 разомкнутая шайба (изоляция).