- •Второе издание, переработанное и дополненное
- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •1.1. Основные понятия
- •1.2. Классификация электрических цепей
- •1.3. Параметры элементов электрических цепей постоянного тока. Схемы замещения
- •1.4. Применение законов Ома и Кирхгофа для описания электрического состояния цепей постоянного тока
- •2.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
- •2.2. Метод контурных токов
- •2.3. Метод суперпозиции (наложения)
- •3.1. Основные понятия
- •3.3. Элементы электрических цепей переменного тока
- •3.4. Законы Кирхгофа
- •3.6. Резонанс напряжений
- •3.8. Резонанс токов
- •4.1. Способы соединения фаз генератора трехфазной системы
- •4.2.2. Соединение треугольником
- •4.4. Мощности трехфазных цепей
- •5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ
- •5.1. Основные понятия. Виды и методы измерений
- •5.2. Погрешности измерения и классы точности
- •5.3.2. Электромагнитные приборы
- •5.3.3. Электродинамические приборы
- •5.3.4. Индукционные приборы
- •5.4. Мостовые и компенсационные методы измерений
- •5.4.1. Мостовые методы измерения
- •5.4.2. Понятие о мостах переменного тока
- •5.4.3. Компенсационные методы измерения
- •5.5. Понятие о цифровых и электронных измерительных приборах
- •5.6. Понятие об измерении неэлектрических величин электрическими методами
- •6.1. Общие сведения о полупроводниковых приборах
- •6.2. Полупроводниковые диоды
- •6.3. Полупроводниковые триоды (транзисторы)
- •6.4. Полупроводниковые тиристоры
- •7. СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И УСИЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, ПОСТРОЕННЫЕ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ
- •7.1. Выпрямительные устройства
- •7.1.1. Однофазный однополупериодный выпрямитель
- •7.1.2. Однофазный двухполупериодный выпрямитель
- •7.1.3. Трехфазные выпрямители
- •7.1.4. Понятие о сглаживающих фильтрах
- •7.2. Усилительный каскад на биполярных транзисторах
- •8.1. Логические элементы
- •8.2. Микропроцессоры
- •9. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
- •9.1. Электромагнетизм и магнитные цепи
- •9.1.1. Основные величины, характеризующие магнитное поле
- •9.1.2. Свойства ферромагнитных материалов
- •9.1.3. Способы воздействия магнитного поля
- •9.2. Магнитные цепи
- •9.2.1. Классификация магнитных цепей
- •10.2 . Уравнения электрического равновесия трансформатора. Приведенный трансформатор
- •10.3. Режимы работы трансформатора
- •10.3.1. Опыт холостого хода трансформатора
- •10.3.2. Опыт короткого замыкания трансформатора
- •10.3.3. Режим работы трансформатора под нагрузкой
- •10.3.4. Внешняя характеристика трансформатора
- •10. 3. 5. Коэффициент полезного действия трансформатора
- •11. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
- •11.1. Принцип получения вращающегося магнитного поля в статоре АД
- •11.2. Устройство трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором
- •11.4. Принцип действия асинхронных двигателей
- •Mпуск
- •Mmax
- •11.5. Характеристики асинхронного двигателя
- •11.5.1. Механические характеристики
- •11.5.2. Рабочие характеристики АД
- •11.7. Регулирование частоты вращения АД
- •12. СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
- •12.1. Назначение и область применения синхронных машин
- •12.2. Устройство, принцип действия и пуск синхронных двигателей
- •12.3. U-образная характеристика синхронного двигателя. Синхронный компенсатор
- •13.2. Устройство и принцип действия двигателей постоянного тока
- •13.3. Типы двигателей постоянного тока
- •13.4. Пуск и реверсирование двигателей постоянного тока
- •13.5. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
- •14. ЭЛЕКТРОПРИВОД
- •14.1. Понятие об электроприводе. Назначение и область применения
- •14.2. Механические характеристики и нагрузочные диаграммы
- •14.3. Основные режимы работы электропривода. Выбор электродвигателей
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- •Федеральное агентство по образованию
- •Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
- •Кафедра электротехники и электроники
- •Часть 2
- •Санкт-Петербург
- •ЗАДАЧА 1
- •ЗАДАЧА 2
- •ЗАДАЧА 3
- •ЗАДАЧА 4
- •Задача 5
- •ЗАДАЧА 7
- •Задача 8
- •Часть 2
I1 |
I1 |
I 2 |
w2 |
, |
|
||||
0 |
|
|
w1 |
|
|
|
|
где w2 – обратная величина коэффициента трансформации К. w1
Обозначим
I 2 |
w2 |
I 2 |
, |
w |
|||
|
1 |
|
|
где I 2 – приведенное значение тока во вторичной обмотке. Учитывая вышесказанное, уравнение токов имеет вид
I1 I10 I2 .
На основании последнего уравнения и двух уравнений равновесия приведенного трансформатора можно построить векторную диаграмму нагруженного трансформатора.
10.3.4. Внешняя характеристика трансформатора
Внешняя (вольт-амперная) характеристика трансформатора – это зависимость напряжения U2 на выходе трансформатора от тока вторичной обмотки I2 при постоянном напряжении на входе (U1 = const) и постоянном коэффициенте мощности нагрузки (cos нагр = const).
У реального трансформатора при обычной активно-индуктив- ной нагрузке напряжение U2 уменьшается с ростом тока I2 за счет имеющихся ЭДС рассеяния и падений напряжения на активных сопротивлениях первичной и вторичной обмоток. Однако для различного характера нагрузки (> 0; < 0; = 0) падение напряжения на вторичной обмотке может быть различным.
Внешняя характеристика трансформатора представлена на рис. 80, а. На рис. 80, б представлена внешняя характеристика трансформатора для различного характера нагрузки: 1 – для активной нагрузки ( = 0); 2 – для активно-индуктивной нагрузки ( 2 > 0); 3 – для активно-емкостной нагрузки ( 2 < 0).
129
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
U2 |
|
|
U2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
U 2 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
U 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
I2ном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 80
Для обычных трансформаторов коэффициент загрузки К3 берется от 0 до 1,3, т. е. перегружать трансформатор более, чем на 30 не допускается.
|
|
|
Кз |
|
I2 |
= (Кнг). |
|||
|
|
|
|
I2ном |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Потери напряжения в трансформаторе |
U2 зависят как от ве- |
||||||||
личины нагрузки (I2) и ее характера ( 2), так и от сопротивлений об- |
|||||||||
моток трансформатора Rк |
и xк. |
|
|
|
|
|
|||
|
U 2 |
|
кз I2ном Rк cos |
2 |
xкsin 2 |
||||
Потери напряжения удобнее определять в относительных еди- |
|||||||||
ницах |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
U2 |
100 % |
кз Uк.а cos |
2 |
Uк.р sin 2 , |
||||
U1н |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
где Uк.а и Uк.р активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания трансформатора.
10. 3. 5. Коэффициент полезного действия трансформатора
Коэффициент полезного действия трансформатора – это отношение мощности, потребляемой приемником, к мощности, подводимой к трансформатору от источника электроэнергии.
130
|
|
P2 |
|
|
P2 |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
P |
P |
P |
|
|
1 |
2 |
м |
ст |
|||
где P1 = U1I1 |
cos 1 – подводимая к трансформатору мощность; |
||||||
P2 = U2 I2 cos |
2 – отдаваемая трансформатором мощность. |
Обычно потери мощности в трансформаторе P1 – P2 = P составляют 1–5 % от номинальной мощности. Эти потери разделяются на два вида:
–потери в стали сердечника;
–потери в меди обмоток, затраченные на нагрев.
Потери в стали сердечника постоянны для данного типа трансформатора и не зависят от нагрузки. Они зависят от материала (частоты перемагничивания), формы и конструкции сердечника (величины вихревых токов). Для уменьшения потерь в стали сердечник делается шихтованным. У большинства трансформаторов Pст менее 1 % от номинальной мощности. Эти потери определяются в опыте холостого хода, и в паспорте трансформатора указывают их номинальное значение.
Потери в меди обмоток растут с увеличением тока нагрузки, они пропорциональны квадрату тока в обмотках, определяются в опыте короткого замыкания и также указываются в паспорте трансформатора.
Если учесть коэффициент загрузки трансформатора кз, то коэффициент полезного действия выражается следующей формулой
|
|
|
|
кз Sнcos |
2 |
|
|
. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
к |
з |
S |
н |
cos |
2 |
P |
к |
P |
||
|
|
|
мн |
|
з |
стн |
В отличие от других приемников трансформаторы нормиру-
ются не по активной, а по полной мощности (Sн = U1н I1н), так как размеры трансформатора при данной частоте определяются в основном номинальным напряжением и номинальным током.
Номинальный ток определяет сечение проводов обмоток, а от номинального напряжения зависит величина магнитного потока в сердечнике, следовательно, и размеры магнитопровода.
131
Кривая КПД трансформатора представлена на рис. 81, а, б.
а |
% |
б |
% |
|
|
Pм = Pст
max н
|
|
|
|
|
|
|
|
кз |
|
|
|
|
P2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
0,2 |
1 |
||
0,7Pн |
|
Pн |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 81
Падение КПД трансформатора при нагрузке, большей, чем 0,7–0,8P2ном объясняется значительным увеличением потерь в меди обмоток, а максимум КПД трансформатора получается при равенстве потерь в меди обмоток и в стали сердечника трансформатора.
Из зависимости = f (кз) (рис. 81, б) видно, что КПД трансформатора мало меняется при 0,2 < кз < 1. У трансформаторов большой мощности КПД достигает 98–99 %.
При проектировании трансформатора приходится учитывать, что трансформатор значительную часть времени может быть не полностью загружен. Поэтому трансформаторы обычно рассчитывают так, чтобы максимум КПД соответствовал нагрузке 0,7P2ном.
132