ВВЕДЕНИЕ

В данном пособии кратко рассмотрены теория, принцип действия, устройство и анализ режимов работы трансформаторов и асинхронных двигателей.

Пособие предназначено для курсантов (студентов), изучающих электрические машины.

Пособие разделено на два основных раздела: трансформаторы и асинхронные двигатели. Каждый раздел, в свою очередь, содержит: теоретическую часть, где изложены принцип действия, основные физические и механические процессы, происходящие в трансформаторах и асинхронных двигателях; графические изображения и алгоритмы работы, с помощью которых курсант (студент) может проследить последовательность процессов, происходящих в трансформаторах и асинхронных двигателях; примеры решения задач, которые будут способствовать лучшему пониманию количественных соотношений, характеризующих свойства трансформаторов и асинхронных двигателей.

При изложении материала пособия, основной упор сделан на раскрытие физической сущности явлений и процессов, определяющих работу трансформаторов и асинхронных двигателей.

Трансформаторы

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, преобразующее электрическую энергию переменного тока одного уровня напряжения в электрическую энергию переменного тока другого уровня напряжения при неизменной частоте тока.

В авиации трансформаторы широко используются во вторичных источниках питания переменного и постоянного тока, в дискретных счетно-решающих устройствах, в системах управления и защиты источников электроэнергии. Трансформаторы изготавливаются в большом диапазоне мощностей, различны по назначению и конструкции.

Классификация трансформаторов проводится по различным признакам.

При наличии первичной и одной вторичной обмоток, трансформатор называют двухобмоточным (к первичным обмоткам напряжение подводится, со вторичных - снимается). Если вторичных обмоток две или больше, то трансформатор называют многообмоточным.

По числу фаз трансформаторы подразделяют на однофазные и трехфазные.

По назначению трансформаторы подразделяют на силовые и специальные.

К силовым относятся трансформаторы, которые используются в качестве вторичных источников питания. Они, как правило, понижают напряжение, подводимое от генератора (первичного источника), например: трехфазное 208 В – трехфазное 37 В.

К специальным относят трансформаторы преобразователи фаз, трансформаторы выпрямительных блоков, измерительные и импульсные трансформаторы.

Все типы трансформаторов, независимо от классификации, имеют общие основные элементы: магнитопровод и обмотки.

Магнитопроводы авиационных трансформаторов изготавливают из электротехнической стали, обычно легированной кремнием. Добавка кремния приводит к росту удельного электрического сопротивления и, следовательно, к снижению потерь на вихревые токи. Кроме того, легирование кремнием способствует повышению магнитной проницаемости.

Листы стали для уменьшения потерь на вихревые токи делают тонкими (0,35 мм и меньше) и изолируют друг от друга лаком (в теплостойком варианте – кремнийорганическим).

Для магнитопроводов используются, как правило, стали марок 1521, 1572 и 3413, 3421.

Первые – горячекатаные изотропные, с содержанием кремния до 4,8%; вторые – холоднокатаные анизотропные, с содержанием кремния до 3,8%, позволяющие повысить индукцию до 1,7– 1,8 Тл.

Часть магнитопровода 1, вокруг которой расположены обмотки и , называется сердечником или (стержнем), а часть 2, соединяющая сердечники – ярмом (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схемы броневого (а) и стержневого (б) однофазных трансформаторов: где 1 – стержень; 2 – ярмо

По конструкции магнитопроводы трансформаторов разделяются на броневые и стержневые.

Броневой магнитопровод (рисунок 1а) закрывает (бронирует) обмотки и ярмами. Сердечник 1 такого трансформатора имеет сечение большее, чем ярмо 2, так как магнитный поток в ярме почти в два раза меньше, чем в сердечнике.

Броневыми, как правило, делают однофазные трансформаторы малой мощности.

Однофазные трансформаторы большой мощности выполняют стержневыми (рисунок 1б). На каждом сердечнике 1 располагают по половине первичной и вторичной обмоток.

Трехфазные трансформаторы делают стержневыми. На каждом из стержней укладывается первичная и вторичная обмотки одной какой-либо фазы. При этом катушки обмоток высокого напряжения ВН (рисунок 2) для безопасности располагаются ближе к сердечнику, а низшего НН – снаружи.

Рисунок 2 – Расположение обмоток трехфазного трансформатора

Для трансформатора с рабочей температурой не более чаще применяются провода марок ПЭВ и ПЭТВ, а с рабочей температурой и выше - используются провода с кремний –органической изоляцией, например, ПСОТ или ПЭТКСОТ. Авиационные силовые трансформаторы делаются в большинстве случаев с естественным охлаждением (сухие).

По способу соединения стержней с ярмами магнитопроводы делятся на стыковые, шихтованные и навитые. В стыковых конструкциях (рисунок 3) части магнитопровода собираются отдельно и крепятся друг с другом стяжными шпильками. В месте стыков ставятся изоляционные прокладки, которые устраняют замыкания листов стали стержней и ярем, что увеличивает магнитное сопротивление и ток холостого хода. Поэтому стыковые магнитопроводы применяются редко, хотя их сборка менее трудоемка.

Рисунок 3 – Магнитопровод трансформатора стыковой

В шихтованных магнитопроводах стержни и ярма не являются отдельными элементами. Пластины магнитопровода в этом случае выполняются Ш-образными или П-образными и при сборке переплетаются (шихтуются) в смежных слоях. Шихтованный магнитопровод нашел широкое применение в однофазных и трехфазных авиационных трансформаторах малой и средней мощности. Они трудоемки в сборке, но имеют меньшие потери и ток холостого хода.

Пластины для стыковок шихтованных магнитопроводов изготавливаются из стали марок 1521, 1572.

В последнее время, особенно в силовых авиационных трансформаторах большой мощности, используются навитые магнитопроводы. Такая конструкция позволяет использовать преимущества холоднокатаных анизотропных сталей, у которых наибольшая магнитная проводимость совпадает с направлением прокатки. Навитые магнитопроводы изготавливаются из ленты, в них нет стыковых соединений, магнитный поток переходит из одного слоя в другой, и магнитное сопротивление определяется натягом ленты при намотке.

После навивки ленточные сердечники разрезаются алмазным кругом на две половины так, чтобы на них можно было одеть каркасы с обмотками, а затем стягивают стяжной лентой.