3..Основні режими роботи трансформатора:

а) Режим холостого ходу - це режим , за якого на первинну обмотку подається номінальна напруга, а вторинна обмотка розімкнута. В режимі холостого ходу струм у вторинній обмотці I₂ = 0. а струм первинної обмотки , який позначається I_1,0 , дуже малий і не перевищує кількох відсотків від номінального первинного струму. Таким чином, в режимі холостого ходу

Коефіцієнт трансформації буде дорівнювати:

Втрати потужності в трансформаторі дорівнює

∆P = P_м + P_ст

де P_м – втрати потужності в міді (у первинній та вторинній обмотках)

P_ст – втрати потужності в сталі (у магнітопроводі)

P_м = I₁² R₁ + I₂² R_{2 ,} в режимі холостого ходу P_м 0, а значить ∆P = P_ст

Таким чином, в режимі холостого ходу визначається коефіцієнт трансформацій та втрати потужності в магнітопроводі.

б) Режим короткого замикання - це аварійний режим роботи трансформатора, у якому на первинну обмотку подається номінальна напруга. а опір навантаження дорівнює нулю. В аварійному режимі короткого замикання встановлюються великі струми короткого замикання , які призводять до виходу з ладу обмоток трансформатора, а тому обов’язкова у кола обох обмоток встановлюють запобіжники. Треба відрізняти режим короткого замикання від досліду короткого замикання. Дослід короткого замикання проводиться при зниженій напрузі. Дослідом короткого замикання визначають втрати потужності у міді. Таким чином, якщо провести досліди короткого замикання та холостого ходу, можна визначити втрати потужності у трансформаторі та його коефіцієнт корисної дії.

в) Робота трансформатора під навантаженням – це режим, коли на первинну обмотку подається номінальна напруга, а до вторинній обмотці увімкнено навантаження. У вторинному колі протікає струм I₂ . Цій струм здійснює свій магнітний потік Ф_{2 ,} який за законом Ленца протидіє основному магнітному потоку Ф_m і прагне його зменшити тобто розмагнітити.

Оскільки E₁ ≈ U₁ , а за рівнянням трансформаторної ЕРС

,

~ U₁

У зв’язку з тим, що U₁ не залежить від режиму роботи трансформатора, то основний магнітний потік трансформатора також не залежить від режиму роботи і є сталою величиною. А так як Ф₂ прагне його зменшити, то зростає струм в первинній обмотці і своїм магнітним потоком Ф₁ підмагнічує основний магнітний потік. Таким чином, при будь-якій зміні струму у вторинній обмотці, пропорційно змінюється струм і у первинній обмотці.

У режимі навантаження напруга на вторинній обмотці трансформатора U₂ незначною мірою залежить від струму навантаження I₂ . Ця залежність U₂ =f (I₂) називається зовнішньою

Рис. 4.2

а). зовнішні характеристики

б) енергетичні характеристики.

Леккція 6

Тема. Електричні вимірювання.

План

1. Основні поняття, класифікація електровимірювальних приладів.

2. Абсалютна та вілносна похибка.

3. Електровимірювальні механізми

1. Електровимірювальні прилади – це такі технічні засоби , які виробляють сигнали технічної інформації у формі , що доступна для безпосереднього сприйняття спостерігачем.

Електровимірювальні прилади поділяються на дві основні групи:

1) прилади безпосереднього оцінювання, які дають вимірювальну інформацію за допомогою відлікового пристрою, наприклад амперметр, вольтметр.

2) прилади порівняння, які призначені для порівняння вимірювальної величини з мірою, наприклад вимірювальний міст.

Найбільш розповсюдження отримали прилади безпосереднього оцінювання як більш прості, дешеві та потребуючі меншого часу для вимірювання. Прилади порівнювання призначені для більш точних вимірювань

Електровимірювальні прилади класифікуються:

а) за родом струму

- постійного струму,

- змінного струму ( однофазна система),

- трифазного струму.

б) за родом вимірювальної величини: амперметр (A), вольтметр (V), ватметр (W), омметр (Ώ), лічильник енергії (kWh), фазометр (φ), частотомір (Hz).

в) за класом точності, випускають прилади таких класів точності: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1.0; 1.5; 2.5; 4.0.

г) за принципом дії розрізняють такі системи електровимірювальних приладів:

- магнітоелектрична,

- електромагнітна,

- електродинамічна,

- індукційна тощо.

2. При вимірюванні виникають похибки.

Абсолютна похибка - це різниця між виміряним та дійсним значенням величини

∆X =X₁ –X

де X₁ – показання приладу (виміряна величина)

X - дійсна величина

Абсолютна похибка ,що береться з оберненим знаком називається поправкою, тобто

∆Р = - ∆X ,

а дійсне значення вимірюваної величини

X = X₁+ ∆Р

Звичайна точність вимірювання характеризується відносною похибкою.

γ_x = %

Абсолютна та відносна похибки характеризують точність вимірювання і не характеризують вимірювальний прилад. Для характеристики електровимірювального приладу вводять поняття зведеної похибки, це є відношення абсолютної похибки до номінальної величини приладу

γ_зв = % , якщо ∆X = , то

відносна похибка приладу

γ_x = γ_зв %

Зведена похибка приладу визначає клас точності вимірювального приладу. Наприклад, якщо клас точності приладу дорівнює 0,5 , то найбільша зведена похибка складає γ_зв =±0,5%

Приклад 1.

Виміряне значення струму I₁ =26 A, дійсне значення I =25 A. Визначити абсолютну та відносну похибки.

Дано

I₁ =26 A Абсолютна похибка

∆I = I₁ – I , ∆I = 26 – 25 = 1 А

I = 25 A Відносна похибка

------------

∆I -? γ _I -?

γ _I =

Приклад 2.

Амперметром класу точності 1,5 з межовим значенням 10 А виміряно струм 3 А. Визначити абсолютну та відносну похибки.

Відносна похибка

γ _I = γ_зв

Абсолютна похибка

∆I = ∆I =

3.Електровимірювальні механізми:

а) У приладах магнітоелектричної системи, обертальний момент створюється внаслідок взаємодії сталого магніту з провідником зі струмом. Рухомою частиною може бути або рамка зі струмом. або сталий магніт, розташований на осі.

Рис.5.1

Прилади з руховим магнітом є прилади низьких класів точності, прилади з рухомою рамкою мають високу точність.

Кут повороту рамки (стрілки приладу) пропорційний струму у рамці:

α= c I

де с – постійна величина називаеться чутливістю приладу і характеризує клас точності.

Магнітоелектричні прилади застосовуються тільки в колах постійного струму. Прилади даної системи мають високий клас точності (до 0,1) і порівняно малі внутрішні втрати енергії.

Недоліком приладів цієї системи можна вважати непридатність до роботи в колах змінного струму, чутливість до перевантажень і залежність від температури середовища.

б) Електровимірювальний прилад електромагнітної системи має нерухому котушку А і розташовану на осі феромагнітну пластинку Б. Якщо в котушці протікає струм, що вимірюється, то створене котушкою магнітне поле втягує феромагнітну пластинку всередину, що приводе до відхилення стрілки, яка знаходиться на осі.

Рис.5.2

Кут відхилення стрілки пропорційний квадрату сили струму:

α= c I ²

Прилади електромагнітної системи можуть безпосередньо вимірювати значні струми (до 300А) та напруги (до 600 В). Вимірювальний механізм амперметру на великий струм має котушку у вигляді одного витка мідної шини. Електромагнітний вольтметр на велику напругу має котушку з великою кількістю витків дроту малого перерізу з додатковими резисторами, які компенсують температурні похибки.

Основними перевагами приладів електромагнітної системи можна вважати:

- простоту, надійність, дешевизну,

- спроможність використовувати в колах постійного і змінного струму,

- високу перевантажувальну здатність.

До недоліків приладів треба віднести:

- невисоку точність та чутливість,

- велике власне споживання електроенергії,

- нерівномірність шкали,

- чутливість до впливу зовнішніх магнітних полів.

в) Прилади електродинамічної системи мають вимірювальний механізм, що складається з двох котушок – нерухомої і рухомої, яка знаходиться всередині нерухомої котушці. За наявності струмів у котушках між ними виникають електродинамічне зусилля, під дію якого рухома котушка повертається, стрілка відхиляється на кут пропорційний

Рис.5.3

Уколах постійного струму

α= c I ₁ I ₂

Уколах змінного струму

α= c I ₁ I ₂ cosφ

Електродинамічні прилади можна застосовувати як амперметри, вольтметри та ватметри у колах постійного і змінного струму.

До переваг треба віднести:

- дуже високу точність,

- рівномірну шкалу,

- можливість використання у колах постійного і змінного струмів.

Основними недоліками вважають:

- залежність показання від впливу зовнішніх магнітних полів,

- чутливість до перевантаження,

- значну споживану потужність,

- незначний обертальний момент.

г) Приладом індукційної системи є лічильники електричної енергії.

Рис.5.4

Індукційний лічильник складається з двох електромагнітів та алюмінієвого диску, який знаходиться на осі. Обмотка одного електромагніту (з великою кількістю витків) увімкнена паралельно навантаженню. Обмотка другого має малу кількість витків і вмикається послідовне щодо навантаження, тобто один магнітний потік пропорційний напрузі, а другий - струму навантаження. Ці потоки перетинають алюмінієвий диск і утворюють у ньому вихрові струми. Від взаємодії вихрових струмів з магнітними потоками виникає обертальній момент пропорційний потужності, якій приводе диск до обертання.

М_об = k P

Протидіючий момент створюється сталим магнітом, в полі котрого обертається алюмінієвий диск. Цей момент називається гальмівний, Він пропорційний частоті обертання диску.

M_г = k₁ n

Диск буде обертатися рівномірно , якщо

М_{о б}= M_г

k P = k₁ n , помножимо праву та ліву частини рівняння на час

k Pt = k₁ nt ,

Pt = W- електрична енергія.

nt = N –кількість обертів диска.

Електрична енергія пропорційна кількості обертів диска.

W = c N

с–сталий коефіцієнт (стала лічильника показує кількість кіловат-годин електроенергії, що відповідає одному оберту диска).

Перевагами приладів індукційної системи можна вважати:

- порівняно великий обертальний момент,

- стійкість до значних перевантажень (по струму до 300%)

- незалежність до зовнішніх магнітних полів.

Лекція 7

Тема: Машини постійного струму.

План

1. Призначення машин постійного струму, їх будова.

2. Принцип роботи в режимі генератора, класифікація та характеристики генератора.

3. Електродвигуни постійного струму.

1. Машини постійного струму широко використовуються як генератори і як двигуни Генератори постійного струму використовуються для живлення електродвигунів, пристроїв для електролізу , для зарядження акумуляторів і тощо.

Електродвигуни постійного струму приводять до обертання механізми, які потребують великих пускових обертальних моментів и широкого регулювання частоти обертання, наприклад: електричний транспорт, шахтні від’ємники, прокатні стани.

Машина постійного струму складається з нерухомої частині – статора і рухомої – якоря (рис.7.1).

Рис. 6.1. Будова машини постійного струму:

Рис. 6,2 Якір машини постійного струму:

Рис. 6,3. Будова колектора:

Статор являє собою станіну , всередині котрої встановлені полюси. Осердя полюсів набирається з листів електротехнічної сталі. Обмотка полюсів називається обмоткою збудження. Вона вмикається у такий спосіб , що полюси чергуються по колу ( N-S-N-S тощо ).Статор створює основний магнітний потік. Осердя якоря набирається з кілець електротехнічної сталі. У пази осердя вкладається обмотка якоря, яка виконується в вигляді секцій. Окремі секції обмотки якоря з’єднується з пластинами колектора. З рис.7.2, на якому наведено переріз колектора, видно, що кожна його пластина ізольована. За допомогою щіток на пластини колектора подається напруга, якщо машина працює двигуном. Якщо машина працює генератором, із щіток знімається постійна напруга. Частина обмотки, що міститься між двома пластинами колектора називається секцією. Число секцій та число колекторних пластин однакове. Обмотки якоря бувають двох типів:

2. В режимі генератора відбувається перетворення механічної енергії в електричну. Якщо на обмотку збудження подати постійний струм, полюси збуджуються і здійснюють основний магнітний потік . Якір за допомогою первинного двигуна приводиться до обертання, його провідники перетинають магнітні лінії і у них наводиться ЕРС, яка пропорційна основному магнітному потоку та частоті обертання якоря.

E = c_E Ф n

де: c_E – стала машини , c_E =

p – кількість пар полюсів

N – число проводів обмотки

a - число пар паралельних віток.

Основне рівняння у режимі генератора

Е = U – I_Я R_я ,

тобто ЕРС у якорі більше за напругу на величину падіння напруги у якорі.

В залежності від вмикання обмотки збудження генератори класифікуються на дві групи:

1. Генератори з незалежним збудженням.

2. Генератори з самозбудженням.

Генератори з незалежним збудженням – це генератори, у яких обмотка збудження живиться від незалежного джерела живлення (таблиця 7.1).

. Генератори з самозбудженням – це генератори, у яких обмотка збудження живиться від обмотки якоря. Існують генератори з паралельним збудженням, з послідовним та змішаним.

Рис.6.5.

У ГПС з незалежним збудженням

У ГПС з паралельним збудженням

У ГПС з послідовним збудженням

= = =

Властивості та особливості роботи генераторів вивчають за їх характеристиками.:

1) Характеристика холостого ходу – це залежність ЕРС якоря від струму збудження, коли вимкнуте коло навантаження.

при I = 0, n = cost

2) Зовнішня характеристика - це залежність напруги на затискачах генератора від струму якоря, коли струм збудження залишається незмінним., тобто

, при

3. У двигунів електрична енергія перетворюється у механічну. Для цього на обмотку збудження і на обмотку якоря подається постійний струм .Провідники зі струмом виштовхується з магнітного поля і якір починає обертатися, його провідники перетинають магнітні лінії, тому у якорі виникає ЕРС, яка спрямована проти струму, а тому називається проти-ЕРС.

Основне рівняння у режимі роботи двигуна

При пуску двигуна частота обертання дорівнює нулю, тобто n = 0 , а тому

Е= 0. Пусковий струм

>>

Звичайно пусковий струм у 20 ...30 разів більший за номінальний.

Для обмеження пускового струму застосовується пусковий реостат (додатковий опір у колі якоря).

.

вибирають таким, що

= (2-3)

Великою перевагою двигунів постійного струму є можливість регулювання частоти обертання якоря в широких межах кількома досить простими способами:

Із цього виразу випливає, що є три способи регулювання частоти обертання якоря:

- зміною напруги;

- зміною опору кола якоря;

- зміною магнітного потоку.

Електричні схеми двигунів постійного струму.

Із паралельним збудженням Із послідовним збудженням.

Лекція 8

Тема: Електричні машини змінного струму.

План

1. Трифізний асинхронний двигун, його будова.

2. Принцип дії трифазного асинхронногодвигуна.

3. Ковзання.залежність параметрів АД від ковзання

4. Обертальний момент асинхронного двигуна.

5. Однофазний АД його будова.

1.Трифазні асинхронні машини були розроблені у 1888 р. М.О. Доліво – Добровольським.

Асинхронні машини принципове можуть бути генераторами або двигунами. Характеристики асинхронних двигунів дуже добрі, і вони широко застосовуються в техніці. Асинхронні генератори практично не використовуються, тому що мають дуже низькі експлуатаційні якості

Асинхронні двигуни за своєю простотою, надійністю та ефективністю дістали широке розповсюдження. Понад 85% усіх електродвигунів – це асинхронні двигуни.

Асинхронна машина складається із статора і ротора. Статор – це станина із чавуну, всередині якої знаходиться шихтоване осердя, у пазах осердя розташована трифазна обмотка. У найпростішому випадку вона складається із трьох котушок, що зсунути одна до одної на 120⁰ .

Ротор буває двох типів:

- короткозамкнений;

- фазний.

Короткозамкнений ротор має шихтований циліндр із пазами. У пази укладаються мідні стержні, що замкнені електрична з обох боків мідними кільцями. Ці кільця та стержні М.О. Доліво – Добровольський назвав „ білячим колесом”( рис.10.1)

Рис.. 7.1. Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором

Зібраний сердечник статора укріплюють в чавунному корпусі 3 двигуни. Частину двигуна, що обертається, – ротор 4 – збирають також з окремих листів стали. У пази ротора закладають мідні стержні, які з двох боків припаюють до мідних кілець 5.

Рис.7.2. . Короткозамкнений ротор

а - ротор з короткозамкненою обмоткою, б - "біляче колесо"

в - короткозамкнений ротор, залитий алюмінієм;

1 - сердечник ротора, 2 - замикаючі кільця, 3 - мідні стержні

4 - вентиляційні лопатки

Таким чином, всі стержні виявляються замкнутими з двох боків накоротко. Якщо уявити собі окремо обмотку такого ротора, то вона на вигляд нагадуватиме «біляче колесо». В даний час у всіх двигунів потужністю до 100 кВт «біляче колесо» робиться з алюмінію шляхом заливки його під тиском в пази ротора. Вал 6 обертається в підшипниках, закріплених в підшипникових щитах 7 і 8. Щити за допомогою болтів кріпляться до корпусу двигуна. На один кінець валу ротора насаджується шків для передачі обертання робочим машинам або верстатам.

Пристрій статора асинхронного двигуна з фазним ротором і його обмотка не відрізняються від пристрою статора двигуна з короткозамкнутим ротором. Відмінність між цими двигунами полягає в пристрої ротора.

Рис.7.3. . Розріз асинхронного двигуна з фазним ротором

1 - вал двигуна, 2 - ротор, 3 - обмотка ротора, 4 - статор, 5 - обмотка статора, 6 - корпус, 7 - підшипникові кришки, 8 - вентилятор, 9 - контактні кільця

Фазний ротор має три фазні обмотки, сполучені між собою зіркою (рідше трикутником). Кінці фазних обмоток ротора приєднують до трьом мідним кільцям, укріпленим на валу ротора і ізольованим як між собою, так і від сталевого сердечника ротора, унаслідок чого цей двигун отримав також назву двигуна з контактними кільцями

Три кільця жорстко насаджено на вал ротора (через ізоляційні прокладки). На кільця накладаються щітки, які розміщені в щіткотримачах, укріплених на одній з підшипникових кришок.

Щітки, що ковзають по поверхні кілець ротора, весь час мають з ними хороший електричний контакт і сполучені, таким чином, з обмотками ротора. Щітки сполучені з трифазним реостатом