19.Поясніть пристрій і принцип дії однофазного трансформатора.

19. Трансформаторами в электротехнике называют такие электротехнические устройства, в которых электрическая энергия переменного тока от одной неподвижной катушки из проводника передается другой неподвижной же катушке из проводника, не связанной с первой электрически.Звеном, передающим энергию от одной катушки другой, является магнитный поток, сцепляющийся с обеими катушками и непрерывно меняющийся по величине и по направлению.Принцип действия трансформатора  Действие трансформатора заключается в следующем. При прохождении тока в первичной катушке / ею создается магнитное поле, силовые линии которого пронизывают не только создавшую их катушку, но частично и вторичную катушку //. Таким образом катушка // является магнитно связанной с катушкою / при посредстве магнитных силовых линий.Степень магнитной связи катушек / и //, при коаксиальном расположении их, зависит от расстояния между ними: чем дальше катушки друг от друга, тем меньше магнитная связь между ними, ибо тем меньше силовых линий катушки / сцепляется с катушкою //.Так как через катушку / проходит, как мы предполагаем, переменный ток, т. е. ток, меняющийся во времени по какому-то закону, например по закону синуса, то и магнитное поле, им создаваемое, также будет меняться во времени по тому же закону.Например, когда ток в катушке / проходит через наибольшее значение, то и магнитный поток, им создаваемый, также проходит через наибольшее значение; когда ток в катушке / проходит через нуль, меняя свое направление, то и магнитный поток проходит через нуль, также меняя свое направление.В результате изменения тока в катушке / обе катушки / и // пронизываются магнитным потоком, непрерывно меняющим свою величину и свое направление. Согласно основному закону электромагнитной индукции при всяком изменении пронизывающего катушку магнитного потока в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила. В нашем случае в катушке / индуктируется электродвижущая сила самоиндукции, а в катушке // индуктируется электродвижущая сила взаимоиндукции.Если концы катушки // соединить с цепью приемников электрической энергии то в этой цепи появится ток; следовательно приемники получат электрическую энергию. В то же время к катушке / от генератора направится энергия, почти равная энергии, отдаваемой в цепь катушкой //. Таким образом электрическая энергия от одной катушки будет передаваться в цепь второй катушки, совершенно не связанной с первой катушкой гальванически (металлически). Средством передачи энергии в этом случае является только переменный магнитный поток.

20.Охарактеризуйте особливості ланцюгів змінного струму.

20. Большинство потребителей электрической энергии работает на переменном токе. В настоящее время почти вся электрическая энергия вырабатывается в виде энергии переменного тока. Это объясняется преимуществом производства и распределения этой энергии. Переменный ток получают на электростанциях, преобразуя с помощью генераторов механическую энергию в электрическую. Основное преимущество переменного тока по сравнению с постоянным заключается в возможности с помощью трансформаторов повышать или понижать напряжение, с минимальными потерями передавать электрическую энергию на большие расстояния, в трехфазных источниках питания получать сразу два напряжения: линейное и фазное. Кроме того, генераторы и двигатели переменного тока более просты по устройству, надежней в работе и проще в эксплуатации по сравнению с машинами постоянного тока.В электрических цепях переменного тока наиболее часто используют синусоидальную форму, характеризующуюся тем, что все токи и напряжения являются синусоидальными функциями времени. В генераторах переменного тока получают ЭДС, изменяющуюся во времени по закону синуса, и тем самым обеспечивают наиболее выгодный эксплуатационный режим работы электрических установок. Кроме того, синусоидальная форма тока и напряжения позволяет производить точный расчет электрических цепей с использованием метода комплексных чисел и приближенный расчет на основе метода векторных диаграмм. При этом для расчета используются законы Ома и Кирхгофа, но записанные в векторной или комплексной форме.

21. Поясніть причину виникнення вихрових струмів.

21. Возникновение вихревых токов. Изменяющийся магнитный поток способен индуцировать э. д. с. не только в проводах или витках катушек, но и в массивных стальных сердечниках, кожухах и других металлических деталях электротехнических установок. Эти э. д. с. являются причиной появлений индуцированных токов, которые действуют в массивных металлических деталях, замыкаясь накоротко в их толще. Такие токи получили название вихревых. Например, при изменении магнитного потока, созданного катушкой 1 (рис. 56, а), в ее стальном сердечнике 2 индуцируются вихревые токи, замыкающиеся в плоскости, перпендикулярной силовым линиям магнитного поля. Вихревые токи возникают также в сердечниках 3 якорей и роторов электрических машин при вращении их в магнитном поле (рис. 56, б). Природа вихревых токов такая же, как и токов, индуцированных в обычных проводах или катушках. Благодаря очень малому сопротивлению массивных проводников вихревые токи даже при небольшой индуцированной э. д. с. достигают очень больших значений, вызывая чрезмерное нагревание этих проводников.

Способы уменьшения вредного действия вихревых токов. В электрических машинах и аппаратах вихревые токи обычно нежелательны, так как они вызывают нагрев металлических сердечников, создают потери энергии (так называемые потери от вихревых токов), снижают к. п. д. электрических машин и аппаратов и оказывают согласно правилу Ленца размагничивающее действие. Для уменьшения вредного действия вихревых токов применяют два основных способа.

1. Сердечники электрических машин и аппаратов выполняют из отдельных стальных листов 1 (рис. 57) толщиной 0,35—1,0 мм, изолированных один от другого слоем изоляции 2 (лаковой пленкой, окалиной, образующейся при отжиге листов, и пр.). Благодаря этому преграждается путь распространению вихревых токов и уменьшается поперечное сечение каждого отдельного проводника, через которое протекают эти токи, что приводит к уменьшению силы тока.

2. В состав электротехнической стали, из которой изготовляют сердечники электрических машин и аппаратов, вводят 1—5 % кремния, что обеспечивает повышение ее электрического сопротивления. Благодаря этому достигается снижение силы вихревых токов, протекающих по сердечникам электрических машин и аппаратов.Потери мощности от вихревых токов пропорциональны квадрату индукции В магнитного поля и квадрату частоты f его изменения. При увеличении индукции и частоты изменения магнитного поля, а также при увеличении частоты вращения роторов и якорей электрических машин эти потери резко возрастают.

Использование вихревых токов. В ряде случаев вихревые токи используют для полезных целей. Например, при помощи вихревых токов расплавляют металлы. Для этой цели тигель с металлом помешают в изменяющееся магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи, расплавляющие металл. Таким же образом вихревые токи нагревают металлические детали при сварке, наплавке и пайке, а также осуществляют поверхностный нагрев, необходимый для закалки металлических изделий (рис. 59). Ввиду того что в этих случаях требуется увеличить тепло, выделяемое вихревыми токами, т. е. получить большие вихревые токи, для индуцирования их используют магнитные поля изменяющиеся с большой скоростью. Такие поля могут быть созданы при помощи специальных индукторов, выполненных в виде одного или нескольких витков, по которым проходят переменные быстро изменяющиеся токи — так называемые токи высокой частоты.

22.Охарактеризуйте особливості з’єднання обмоток генератора і споживачів «трикутником».

При соединении треугольником соединяют конец первой фазовой обмотки U2 с началом второй фазовой обмотки V1, её конец соединяют с началом третьей обмотки W1, а конец третьей обмотки соединяют с началом первой обмотки U1.

Три обмотки генератора образуют теперь замкнутую цепь с очень маленьким сопротивлением. Но короткого замыкания там не получится, т.к. сумма ЭДС будет равна нулю.При соединении в треугольник линейные напряжения равны фазному напряжению Uл = Uф.

Особый случай несимметричной нагрузки получается при обрыве одного из проводов

23.Охарактеризуйте основні характеристики змінного струму: амплітудне, діюче значення змінної величини, частота, період, початкова фаза.

23 - Коэффициент пульсаций представляет собой отношение амплитудного значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора к среднему значению выпрямленного напряжения. Амплитудное значение напряжения определяют по осциллограмме, а среднее значение выпрямленного напряжения покажет мультиметр. Затем, параллельно нагрузке подключают конденсатор с заданной емкостью и повторяют измерения и расчет.

Частота переменного тока показывает количество его полных колебаний, происходящих за одну секунду. При часто - те 1 Гц происходит одно полное колебание тока за одну секунду. Стандартной частотой промышленного пе - д ременного тока в СССР и Европе является частота 50 Гц, в США и Японии - 60 Гц. Токи повышенной частоты (102 - 103 Гц) применяются в металлургии и металлообработке.

Частота переменного тока определяется угловой частотой вращения синхронных генераторов и является одним из основных показателей качества электроэнергии. Отклонение частоты в нормальных режимах от номинального значения / ном 50 Гц не должно превышать А / 0 1 Гц.

24.Поясніть улаштування і способи з’єднання трифазних трансформаторів.

Их два – звездой (обозначается Y) и треугольником (∆).Однако для работы самого трехфазного трансформатора целесообразнее все же включать обмотки «треугольником».

Одними из основных характеристик трехфазного трансформатора являются фазный и линейный коэффициенты трансформации. Первый из них, фазный, равен отношению высокого и низкого напряжений холостого хода:

nф = Uфвнх / Uфннх, второй, линейный, зависит от фазного коэффициента и способа соединения «высокой» и «низкой» обмоток трансфороматора:

nл = Uлвнх / Uлннх..Обмотки трехфазных трансформаторов соединяют звездой (Y) или треугольником (D). Обычно первичные обмотки соединяют в звезду, а вторичные - в треугольник или и те и другие обмотки соединяют в звезду.

В основе деления трансформаторов по группам соединения находиться угол a сдвига фаз между линейными напряжениями первичным и вторичным. Величина угла a зависит от способа соединения, направления намотки и обозначения зажимов обмоток.

Обе обмотки, намотанные в одном направлении, располагаются на одном стержне-сердечнике. Допустим, что начала обмоток на верхних клеммах, а концы – на нижних. В этом случае совпадут по фазе ЭДС E1 и E2; следовательно, совпадут и фазы напряжений сети U1 и нагрузки U2 (рис. 2б). если же изменить подключение вторичной обмотки на обратное, ЭДС нагрузки E2 изменит свою фазу на 180о. Соответственно, на 180о изменится и фаза напряжения U2. -

в однофазном трансформаторе возможны соответствующие углам сдвига 0о и 180о группы соединений.

25.Поясните улаштування і принцип дії приладів: електромагнітної, магнітоелектричної, індукційної, логометричної систем.

Все электромагнитные приборы в зависимости от конструктивного исполнения и характера движения их подвижной части могут быть разделены на резонансные и нерезонансные. Каждая из этих групп приборов в свою очередь делится на две подгруппы: поляризованные и неполяризованные. Принцип действия всех электромагнитных преобразователей основан на взаимодействии магнитного поля тока, протекающего в катушке, с ферромагнитным сердечником. Электромагнитные ИП могут быть выполнены так, что в результате взаимодействия магнитного поля катушки с током и ферромагнитного сердечника последний будет намагничиваться одноименно с другим неподвижным сердечником и отталкиваться от него, или же таким образом, что в результате воздействия магнитного поля катушки с током на ферромагнитный сердечник он будет втягиваться в магнитное поле катушки.

Принцип действия приборов магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с магнитным полем катушки, которое возникает при прохождении по обмотке катушки электрического тока.

Между полюсными наконечниками 2 постоянного магнита / неподвижно закреплен стальной сердечник 3 цилиндрической формы, с помощью которого создается однородное радиально направленное магнитное поле. В воздушном зазоре между полюсными наконечниками и цилиндрическим сердечником свободно перемещается на оси катушка ( рамка) 4, которая охватывает стальной сердечник. Катушка соединяется через противодействующие пружины 5 и 6 с источником измеряемого постоянного тока. Для измерения переменного тока магнитоэлектрические приборы не годятся. Кроме того, эти приборы очень чувствительны к перегрузкам. Поэтому их применяют в основном как контрольные и лабораторные приборы

Принцип действия индукционных измерительных механизмов основан на взаимодействии магнитных потоков электромагнитов и вихревых токов, индуктированных магнитными потоками в подвижной части, выполненной в виде алюминиевого диска.

На подвижную часть счетчика (алюминиевый диск) действует тормозной момент, пропорциональный частоте вращения диска. Этот момент создается в результате действия тока, наводимого во вращающемся между полюсами постоянного магнита диске,

Действие логометрических приборов основано на изменении в зависимости от величины измеряемого параметра сопротивления резистора, находящегося в датчике. Соответственно изменяется сила тока в обмотках указателя, взаимодействующих с подвижным постоянным магнитом, с которым соединена стрелка прибора

.Основным достоинством логометрических приборов является независимость их показаний от напряжения питания

трелочные ферродинамические герцметры основаны на принципе использования логометрического прибора в качестве измерителя. Угол отклонения подвижной системы логометра зависит от отношения токов в подвижных катушках.

26.Поясніть принцип дії і улаштування колекторного двигуна

Если подвести к щеткам машины напряжение U от источника постоянного тока, то по обмотке якоря потечет ток I. В результате взаимодействия этого тока с магнитным полем на пазовых сторонах витка появятся электромагнитные силы Fэм, которые создадут на якоре электромагнитный момент М, под действием которого якорь начнет вращаться.

Коллектор и щетки в двигателе изменяют направление тока в витке обмотки якоря при переходе его пазовых сторон из зоны полюса одной полярности в зону полюса другой полярности. Это необходимо, чтобы направление электромагнитных сил не менялось.

Для обеспечения устойчивого вращения якоря необходимо увеличить количество витков в обмотке якоря и равномерно распределить их по поверхности сердечника и соответственно увеличить количество коллекторных пластин..

27.Поясніть правило «буравчика» для провідника і для котушки з електричним струмом.

Чтобы узнать направление магнитных линий для прямого проводника с током, расположите его так, чтобы электрический ток шел в направлении от вас (например, в лист бумаги). Попробуйте вспомнить, как двигается бур или закручиваемый отверткой винт: по часовой стрелке и вперед. Изобразите это движение рукой, чтобы понять направление линий. Таким образом, линии магнитного поля направлены по часовой стрелке. Отметьте их схематично на чертеже. Этот метод называется правилом буравчика.

Если проводник расположен не в том направлении, мысленно встаньте таким образом или поверните конструкцию так, чтобы ток от вас удалялся. Затем вспомните движение бура или винта и поставьте направление магнитных линий по часовой стрелке.

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

Допустим, проводник с током расположен перпендикулярно плоскости листа:

Согласно правилу буравчика, линии магнитного поля будут направлены по часовой стрелке.

Тогда, согласно правилу буравчика, линии магнитного поля будут направлены против часовой стрелки.

- служит для определения направления магнитных линий (линий магнитной индукции) внутри соленоида.

Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

28. Охарактеризуйте спеціальні трансформатори: автотрансформатори, вимірники, зварювальні

СВАРОЧНЫЙ

Сварочный трансформатор преобразует электрическую энергию напряжением 220 или 380 В в электрическую энергию напряжением холостого хода 60 В, необходимую для дуговой сварки металла. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Измерительный трансформатор применяют в установках переменного тока для изоляции цепей измерительных приборов и реле от сети высокого напряжения и для расширения пределов измерения измерительных приборов. Непосредственное включение измерительных приборов в цепь высокого напряжения сделало бы приборы опасными для прикосновения. Конструкция приборов в этом случае была бы сильно усложнена, так как изоляция токоведущих частей должна была бы быть рассчитана на высокое напряжение, а их сечение – на большие токи.Измерительные трансформаторы делятся на трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Их применение дает возможность пользоваться одними и теми же приборами со тандартными пределами измерения для измерения самых различных напряжений и токов.Измерительный трансформатор тока преобразует измеряемый большой ток в малый, а измерительный трансформатор напряжения – измеряемое высокое напряжение в низкое.