Явление самоиндукции и взаимоиндукции.

Если взять 2 катушки с числом витков W1 и W2 и поместить их в непосредственной близости друг от друга, то при подведении переменного тока в 1-й катушки возникает ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции а во второй – ЭДС взаимной индукции и и мгновенного значение, которое можно записать следующим образом.

где L индуктивность катушки

где М – коэффициент взаимоиндукции.

На этом принципе работает трансформатор.

6-2

Трансформатор – эл/магн аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Трансформатор состоит из замкнутого ферромагнитного сердечника, собранного из листовой эл/тех стали, на кот-м расположены две независимые обмотки, выполненные медным изолированным проводом.

Под действием переменного напряжения в первичной обмотке возникает ток, и в сердечнике возбуждается переменный магнитный поток. Этот поток индуктирует ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимной индукции в обмотках трансформатора ЭДС самоиндукции уравновешивает часть входного напряжения, а ЭДС взаимной индукции создает напряжение на выходе трансформатора. При подключении нагрузки во вторичной обмотке возникает ток и из первичной обмотки во вторичную передается эл. энергия, посредством магнитного потока.

Режим работы трансформатора

1. Режим х/х

В первичной обмотке протекает ток х/х I0 служит для создания магн. поля в магнитопроводе (магн. потока Ф)

уравнения трансформаторных ЭДС

k>1 – повышающий; k<1 – понижающий;

k=1 – приведенный.

2.Режим нагрузки

ур-е токов для трф-ра в режиме нагрузки

6-3

Ток в цепи периодический в виде полуволн синусоиды i-Imsint, где Im=Um/rн в течение полупериодов напряжение источника, когда u>0, и равен нулю при u<0.

Постоянная составляющая тока в цепи.

Действующее значение тока

Выпрямленное напряжение

Активная мощность в сопротивлении нагрузки, равна активной мощности, отдаваемой источником,

Схема двухполупериодного выпрямителя

Действующее значение тока нагрузки

7-1

Основными частями СД являются статор и ротор.

Сердечник статора собран из изолированных друг от друга пластин эл/тех стали.

В пазах размещена обмотка IIIф переменного тока.

Ротор предст собой электромагнит – явнополюсный

1-полюсы; 2-полюсные катушки; 3-сердечник ротора; 4-контактные кольца.

неявнополюсный

1-сердечник ротора; 2-пазы с обмоткой; 3-контактные кольца.

Наложение магнитных полей токов в фазных обмотках статора возбуждает в СМ магнитное поле, вращающееся с угловой скоростью .

Генератор.

Увеличить мех. момент, приложенный первичным двигателем к валу машины. Тогда под действием возросшего вращающего момента ось магн. полюсов

ротора повернется на угол . Т.к. магн. поле изменится, то ток в обмотках статора тоже изменится. Взаимодействие этого тока с магн. полем ротора создает тормозной момент, действующий на ротор. Это и означает преобразование мех. мощности первичного двигателя в эл. мощность генератора.

7-2

Опытом х/х называется испытание трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном напряжении U1x=U1ном.

На основании этого опыта определяют коэффициент трансформации и мощность потерь в магнитопроводе трансформатора.

Мощность потерь в магнитопроводе трансформатора

т.е представляет собой потери в стали (из-за малости можно пренебречь) при номинальном первичном напряжении. Эти потери не зависят от нагрузки трансф-ра и называются постоянными.

Опытом к/з называют испытание трансф-ра при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки (U2=0) и номинальном первичном токе I1K=I1ном.

Этот опыт служит для определения мощности потерь в проводах, внутреннего падения напряжения.

Напряжение короткого замыкания Uк

Т.к. Uк<<U1ном, то пропорциональный напряжению магнитный поток Ф имеет небольшую величину, и вызываемые им потери в сердечнике незначительны. Мощность при к/з расходуется только на нагрев обмоток, т.е. равна потерям в меди при номинальном режиме:

Входное сопротивление трансформатора

7-3

Для уменьшения пульсации м/у выпрямителем и нагрузкой устанавливается сглаживающий фильтр.

Основным параметром сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания.

Коэффициентом сглаживания называют отношение коэфф. пульсации на входе филтра к коэфф. пульсации на выходе фильтра.

Принципиальная схема

Если пренебречь влиянием высших гармоник выпрямленного тока, то можно для расчета сглаживающего фильтра составить эквивалентную схему выпрямителя, состоящую из последовательно соединенных ГПТ с напряжением U0 и ГперемТока с напряжением

u=Umsint -угловая частота гармоники

Эквивалентная схема

коэфф. сглаживания

емкость конденсатора (мкФ):

8-1

Значение величин переменного тока, векторные диаграммы.

Значения величин переменного тока

1) мгновенное значения тока – это значение в какой-то период времени

i, e, u, p и т.д.

2) максимальное значение – это наибольшее значение переменной величины за период времени

I_m, U_m, E_m и т.д.

3) действующее (эффективное) значение переменного тока – это такое значение которое приравнивается к постоянному току который на одном и том же сопротивлении за одно и то же время выделяет такое количество тепла, что и постоянный ток

I, U, E и т.д.

- постоянный ток,

- переменный ток,

,.

Расчет цепей переменного тока, векторные диаграммы и измерительные приборы все используют действующие (эффективные) значения.

4) среднее значение – это значение переменной величины за полупериод

, , .

Максимальное и среднее значение используется редко.

Метод векторных диаграмм

Аналитический расчет у переменного тока является относительно сложным, кроме того он не дает наглядного характера работы цепи. Поэтому чаще используют графоаналитический метод расчета цепей.

Г.-а. Метод обязательно требует построение векторных диаграмм. Векторная диаграмма – это совокупность эклектических векторов величин переменного тока изменяющегося с одинаково условной частотой. При построении в. диаграмм в начале выбирается основной вектор, который в выбранном масштабе откладывается или вертикально или горизонтально и от этого вектора строятся др. Вектора в выбранном масштабе. Масштаб выбирается таким образом, чтобы вектора были соразмеримы.

Пример.

Треб построить в. диаграмму

, ,

I-?

8-2

Внешняя характеристика U2=f(b)

, .

U2 - линейная зависимость.

КПД трансформатора

, где

Р1 – активная мощность в первичной обмотке

Р2 - -//- во-вторичной обмотке

ΔР= РСТ+РМ

Р СТ – потери в стали, PCT стремится к Р_о и определяется по показаниям вольтметра при опыте х/х

РМ - -//- в меди, ,

 – коэф. Загрузки трансформатора (0-1), PK – активная мощность замеренная вольтметром в цепи при опыте к.з.

Т рехфазные трансформаторы

Для трансформирования энергии в трехфазных системах используют либо группу из трех однофазных трансформаторов, у которых первичные и вторичные обмотки соединяются звездой или треугольником или сразу трехфазный трансформатор который применяется чаще чем 3 однофазных.

Ф_А+Ф_В+Ф_С=0 – трансформатор нормального тока, эта система 10/0,4 кВ

Соединение звезда-звезда с нулевым проводом. Используется 2 группы соединения обмоток группа 12 и группа 11

3. Усилители на транзисторах

Для работы усилителей требуется источник питания постоянного тока.

R1, R2 – делитель напряжений, подбором сопротивлений кот-го опред. рабочую точку входной хар-ки транзистора.

9-1

Сопротивления и мощности в цепях переменного тока. Треугольники напряжений, сопротивлений, мощностей.

М ощности в цепях переменного тока различают

мгновенную мощность ;

активная мощность (кВт, Вт);

реактивная мощность (ВАр, кВАр);

п олная мощность (ВА, кВА).

Цепь переменного тока в чисто активном сопротивлении

Типичными представителями активных сопротивлений являются резисторы, лампы накаливания, электрические печи и т.д. Индуктивностью обладают катушки реле, обмотки электродвигателей и транс-форматоров. Индуктивное сопротивление подчитывается по формуле:

где L - индуктивность.

Емкостью обладают конденсаторы, длинные линии электропередачи и т.д. Емкостное сопротивление подсчитывается по формуле:

где С - емкость.

Реальные потребители электрической энергии могут иметь и комплексное значение сопротивлений. При наличии R и L значение суммарного сопротивления Z подсчитывается по формуле:

Аналогично ведется подсчет Z и для цепи R и С:

Потребители с R, L, C имеют суммарное сопротивление:

Треугольник мощностей и сопротивления получим ряд формул: ,      , , .

И з треугольника сопротивлений получим несколько формул:

; аналогичные формулы и для с емкостным сопротивлением т.е Х_L можно заменить на X_C .

Треугольник напряжений

, U=IZ, U_A=IR, U_L=IX_L, U_C=IX_C, U_P=U_L-U_C, .

9-2

Основными конструктивными элементами асинхронного двигателя являются неподвижный статор и подвижный ротор.

Статор представляет собой полый цилиндр набранный из пластин – электротехнической стали. На внутреннюю поверхность которой имеются пазы где укладываются с определенным шагом или полюсным делением три фазные обмотки начало которых обозначено С₁, С₂, С₃. Концы обмоток выносятся на плату.

Соединяются обмотки по следующим схемам:

Y 

и U_Ф=220В U_Ф=380В

Число оборотов магнитного поля статора

АД могут быть двоякого исполнения: с к.з. ротором, с фазным ротором или АД с контактными кольцами. Ротор АД также имеет цилиндрический магнитопровод на внешней поверхности которого имеются пазы в которую укладываются коротко замкнутые или 3фазные обмотки соединенные по схеме звезда

П ринцип действия АД

При подключении питания к обмоткам статора возникает вращения магнитное поле которого пересекает обмотки ротора и наводит ЭДС индукции. Так как обмотки ротора замкнуты то в них протекает Эл. Ток действия магнитного поля на проводник, с током вызывая появления сил, за счет которых и вращается ротор.

Относительная величина отставания n2 от n1 наз. скольжением S

, n₂ – число оборотов ротора.

Режимы работы АД.

Если n₁=n₂ это идеальный режим холостого хода. В этом случае пересечения обмоток ротора с магнитным полем нет, нет и ЭДС. М_ВР – вращающий момент, S=0.

Если n₂=0 ротор не подвижный S=1 0≤S≤1 S_H=2…6% если n₁=3000об/мин. то n_H2=n₁(1-S_H)=2800 об/мин.

9-3

Стабилитроны — диоды, предназначенные для стабилизации напряжения в схеме при изменении тока, протекающего через диод. Основной параметр стабилитрона — напряжение стабилизации в рабочей точке, для которой задается дифференциальное сопротивление стабилитрона — отношение изменения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому изменению тока стабилизации. Нормируется также дифференциальное сопротивление при минимальном токе стабилизации. Важным параметром является ТКН (температурный коэффициент напряжения стабилизации) — отношение относительного изменения напряжения к абсолютному изменению температуры окружающей среды. Значение ТКН выражается в процентах на 1° С. Стабильность работы стабилитронов характеризуется величиной дрейфа напряжения стабилизации, указывающей максимальную абсолютную величину изменения напряжения стабилизации в течение заданного времени. Нормируется также разброс напряжения стабилизации от прибора к прибору. Диод, в котором для стабилизации используется прямая ветвь ВАХ, называют стабистором. Напряжение стабилизации стабисторов составляет всего несколько десятых долей вольта. Максимальный режим работы для стабилитронов и стабисторов характеризуется максимальным током стабилизации и максимальной рассеиваемой мощностью.

Стабилитроны обозначаются ,

они используют 2 характеристику диодов

Р абочая зона стабилитрона

10-1

U=Ua+Uτ+Uc

U=I*Z; Un=I*R; UL=I*XL; Uc=I*Xc;

Up=UL-Uc; X=XL-Xc

Z=(R²+X²)½=(R²+(ωL-1/ωc)²)½; Z- полное сопротивление в цепи с последовательным соединением R,L,C. При анализе режимов работы такой цепи возможны 3 случая:

1. ХL>Xc

UL>Uc

Экв-ая цепь представляет активно индуктивную нагрузку, ток отстает от напр-ия, сл-но cosφ отстающий.

2.XL<Xc;

Uc>UL.

Экв-ая цепь предст. активно-емкостное сопр-ие.

Ток опережающий.

3.UL=Uc

XL=Xc.

Режим резонанса напряжений. Экв-ая цепь с чисто активным сопротивлением

cosφ=1; R=Z. В силовых цепях этот режим является вредный и его стараются избегать.

10-2

1. S=f(M)

2. I=f(M)

3. cos=f(M)

4. =f(M)

Способы пуска АД

1)0.4 кВ- прямой пуск

220/380В

с КЗ ротором

Iп=(5..8)Iн

с фазным ротором

Iп=(2..3)Iн

У АД с ФР имеется пусковые сопр-ия, которые в момент пуска полностью подключаются с фазным ротором, а по мере того как двигатель набирает обороты они посл-но отключаются.

Кроме прямого пуска сущ-ет:

1. реакторный пуск;

2. автотрансформаторный,

3. пуск переключения со звезды на треугольник.

При пуске вначале включают разъединитель МВ1, МВ2. МВ1 отключается и двигатель получает питание напрямую.

10-3

Тиристор – полупроводниковый прибор с тремя и более p-n переходами, вольт-амперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и который используется для переключения тока в нагрузке. Материалом для изготовления тиристоров служит кремний.

Динистор (двухэлектродный тиристор) – неуправляемый тиристор, имеющий два внешних вывода.

Тринистор (трехэлектродный тиристор) – управляемый тиристор, имеющий три внешних вывода. Структура тиристора состоит из четырех областей монокристалла полупроводника с чередующимся типом электропроводности.

Вольт-амперная хар-ка тиристора

Основной областью применения тиристоров является управление мощностью как переменного, так и постоянного тока, передаваемой от источника в нагрузку, а также в управляемых выпрямителях.