Билет №33

1. Мощность и вращающий момент синхронных двигателей

Электромагнитная мощность, передаваемая со статора на ротор посредством магнитного поля, рассчитывается по следующей формуле

(5.6)

где: x_d = x_ad + x₁, x_q = x_aq + x₁ – индуктивные сопротивления машины соответственно по продольной и поперечной осям.

Если разделить электромагнитную мощность на синхронную угловую частоту вращения ₁, получим формулу вращающего момента

(5.7)

Из (5.6) и (5.7) следует, что и электромагнитная мощность и вращающий момент имеют две составляющие: основную, обусловленную взаимодействием магнитных полей статора и ротора, и дополнительную, обусловленную искривлением поля реакции якоря вследствие разной магнитной проводимости по продольной и поперечной осям. Зависимость электромагнитной мощности или момента от угла  называют угловой характеристикой (рис.5.17).

В явнополюсных двигателях амплитуда дополнительной составляющей обычно не превышает 25 ÷ 30% основной.

В неявнополюсных двигателях дополнительная составляющая момента отсутствует, ибо в них x_d ≈ x_q.

На рис. 5.18 показана механическая характеристика n₁ = f(M). В синхронном двигателе частота вращения ротора жестко связана с частотой тока сети и при постоянстве последней не зависит от нагрузки в широком диапазоне ее изменения.

2. Холостой ход и короткое замыкание трансформатора

Холостым ходом называется режим, при котором к первичной обмотке подведено напряжение, а вторичная обмотка разомкнута. Опыт проводят по схеме, представленной на рис. 2.6.

В этом случае система уравнений (2.11) принимает вид

(2.12)

Векторная диаграмма и схема замещения трансформатора в режиме холостого хода приведены соответственно на рис. 2.7 и рис.2.8.

Из векторной диаграммы (рис. 2.7) видно, что угол ₀ близок к 90⁰, поэтому холостой ход трансформатора, т. е. работа трансформатора без нагрузки, весьма неэкономична, поскольку ток холостого ходя, являясь по сути реактивным током, излишне загружает линии электропередач, уменьшая их пропускную способность (или как сказал один студент – уменьшает их пропускание).

Измерив ток холостого хода I₀, напряжения U₁, U₂ и мощность P₀, можно найти:

- ток холостого хода, выраженный в процентах

- коэффициент трансформации:

- сопротивления

(2.13)

В крупных трансформаторах электрические потери в первичной обмотке в режиме холостого хода исчезающе малы. Поэтому можно считать, что потери холостого хода - это потери в стали сердечника.

Короткое замыкание трансформатора

Коротким замыканием называется режим, в котором первичная обмотка подключена к сети, а вторичная замкнута накоротко (рис. 2.9).

Короткое замыкание, происходящее при номинальном напряжении, безусловно, опасно для трансформатора, т.к. токи в его обмотках приобретают значения во много раз превосходящие номинальные.

В опыте короткого замыкания (КЗ) к первичной обмотке подводят пониженное напряжение такой величины, при которой токи в обмотках становятся равными номинальным. Это напряжение называется напряжением короткого замыкания U_к. Его обычно выражают в процентах от номинального значения и указывают на паспорте трансформатора: U_к%  = U_к/U_ном·100.

Поскольку в режиме КЗ к трансформатору подводится пониженное напряжение (в большинстве случаев U_к составляет 5 ÷ 15%), магнитный поток взаимоиндукции Ф_m становиться очень маленьким. Поэтому током холостого хода I₀, создающим этот поток, можно смело пренебречь. В этом случае система уравнений (2.11) принимает вид:

(2.14)

Векторная диаграмма и сема замещения показаны на рис. 2.10 и 2.11 соответственно.

Е сли сложить активные r₁,r’₂и реактивные x₁, x’₂ сопротивления, получится схема замещения в виде рис. 2.12.

В соответствие со схемой замещения рис. 2.12 падения напряжения на сопротивлениях r_к и х_к можно рассматривать как активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыкания. Их, как и U_к, выражают в процентах:

(2.15)

Измерив ток I₁, напряжение U_к и мощность P_к, находят:

(2.16)

Разделить z_к на z₁ и z₂' довольно трудно. Обычно схему замещения принимают с и м м е т р и ч н о й, полагая z₁ = z₂' = z_к/2. Соответственно r₁ = r₂' = r_к/2 и x₁ = x₂' = x_к/2. Это допущение близко к действительности и не вносит ощутимых погрешностей в расчеты.

Зная сопротивления r₁ и x₁, теперь легко найти параметры намагничивающего контура r_m и Х_m.

В мощных трансформаторах потери в стали сердечника в режиме короткого замыкания чрезвычайно малы. Поэтому можно считать, что потери КЗ это потери в обмотках.

Билет №34