9. Трехобмоточные трансформаторы.

В трехобмоточном трансформаторе на каждую трансформируемую фазу приходится 3 обмотки. За номинальную мощность такого трансформатора принимают номинальную мощность наиболее нагружаемой его обмотки. Токи, напряжения и сопротивления других обмоток приводят к числу витков этой, наиболее мощной обмотки. Принцип работы- такой же как и у двухобмоточного. Уравнение токов трехобмоточного трансформатора(пренебрегая током холостого хода): I1?-(I2’+I3’).

Экономическая целесообразность применения 3-х обмоточного тр-ра в том, что первичный ток равен не арифметической, а геометрической сумме приведенных вторичных токов Еще одно достоинство трехобмоточного тр-ра в том что он фактически заменяет 2 двухобмоточных. Обмотки трансформатора располагают на стержне обычно концентрически(б), при этом целесообразно двустороннее расположение вторичных обмоток относительно первичной, тогда первичной является обмотка 2 , а вторичными- обмотки 1 и 3. В этом случае взаимное влияние вторичных обмоток заметно ослабевает.

Трехфазный трансформатор был получен путем объединения трех однофазных, поэтому рабочие процессы в нем протекают так же, как в трех однофазных, и для фазы трехфазного трансформатора справедливы дифференциальные и комплексные уравнения, векторная диаграмма и схема замещения однофазного трансформатора. В трехфазном трансформаторе рабочие процессы в большинстве случаев исследуют для одной фазы и считают, что в других фазах они протекают аналогично лишь со сдвигом во времени.

Для трансформации напряжений в трехфазных системах используются как трансформаторы с общей магнитной системой, так и трехфазная

Рис. 9. Трехфазный трансформатор, полученный путем

совмещения трех однофазных трансформаторов

группа однофазных трансформаторов. При использовании трансформаторов предельной мощности легче на большую мощность выполнить три однофазных трансформатора. При изготовлении трансформаторов массовых серий выполняются трехфазные трансформаторы с общим магнитопроводом, так как при этом достигается экономия в материалах и уменьшается трудоемкость при изготовлении.

10. Автотрансформаторы, схемы включения обмоток, энергетическая эффективность.

В электромагнитных преобразователях энергии — трансформаторах — передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнигопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками (рис. 66).

Схема автотрансформатора (рис. 66) может быть представлена иначе (рис. 67). Эта схема дает возможность лучше представить преимущества автотрансформатора перед трансформатором при коэффициентах трансформации, близких к единице. В трансформаторах токи в первичной и вторичной обмотках направлены встречно, поэтому в автотрансформаторах за счет совмещения обмоток при небольших коэффициентах трансформации U_вых/U_вхобеспечивается экономия меди. ЕслиU_вых/U_вх= 1, то вся мощность передается за счет электрической связи между первичной и вторичной сторонами. При больших коэффициентах трансформации снижение массы автотрансформатора по сравнению с трансформатором несущественно и применять автотрансформаторы нецелесообразно.

Везде, где необходимо преобразовывать близкие напряжения (110 и 220,220 и 330,330 и 500, 500 и 750 кВ), используются только автотрансформаторыАвтотрансформатор из-за меньшего расхода активных материалов в заданных габаритах удается выполнить на большую мощность, чем трансформатор

Автотрансформаторы применяются также в низковольтных сетях в качестве лабораторных регуляторов напряжения небольшой мощности (ЛАТР).В конструктивном отношении автотрансформаторы, практически, не отличаются от трансформаторов

При проектировании автотрансформаторов следует различать проходную и расчетную мощности. Проходная мощность (т.е. та мощность, которую может передать автотрансформатор) по обозначениям рис.67 равняется

. (113)

Расчетная мощность автотрансформатора — это мощность, которая передается магнитным полем: . (114)Расчетная мощность определяет габариты автотрансформатора и зависит от коэффициента трансформации:

, (115)

где — отношение чисел витков вторичной и первичной обмоток.Из (115) следует, что автотрансформатор при небольших коэффициентах трансформации требует меньше активных материалов. Поэтому при одинаковой проходной мощности применение автотрансформаторов выгоднее — они имеют меньшую стоимость и несколько лучшие энергетические показатели.

Недостатком автотрансформатора является необходимость выполнения изоляции обеих обмоток на большее напряжение, так как обмотки имеют электрическую связь.Автотрансформаторы не могут применяться в качестве силовых в сетях 6 кВ при понижении напряжения до 0,38 кВ, так как напряжение 380 В подводится к оборудованию, на котором работают люди. При авариях из-за наличия электрической связи между обмотками в автотрансформаторе высшее напряжение может оказаться приложенным к обмотке низшего.

Большой ток короткого замыкания - недостаток автотрансформатора Применение автотрансформаторов улучшает КПД энергосистем, обеспечивает снижение стоимости передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.

11. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя.

Асинхронная машина– это машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными угловыми скоростями.

1. Пакет статора выполняется из листов электротехнической стали d=0.5-0.35мм.

2. Пазы с многофазной обмоткой статора (m=3) для промышленности, для двигателей специальных устройств(m=2), есть двигатели с большим числом фаз (для создания ВМП обмотка выполняется укороченной, распределенной, но без скоса пазов).

3. Корпус - для установки и крепления машины к рабочему механизму (в основном на лапах с фланцевым креплением).

4. Вал, - на который крепится ротор

5. Пакет ротора (выполняется из электротехнической стали, сталь шихтуется).

6. Обмотка ротора (Между статором и ротором воздушный зазор как можно меньший, для улучшения магнитной связи.)

Принцип действия:U1»i1»Ф1» е12»i2»Ф2»F2»М. Подается напряжениеU1» по обмотке статора протекает токi1» создает магнитный поток Ф1» сцепляясь с катушкой ротора, наводит ЭДС е12» по обмотке ротора протекает токi2» » создает магнитный поток Ф2» на проводник с током действует силаF2» образуется момент М.

1. Закон электромагнитной индукции: Е=-dФ/dt

2. Закон Ампера Fa=B*I*L*sinα

Создание ВМП.В статоре, катушки сдвинуты в пространстве на 120° и запитаны системой токов Ia=Ia*sin(wt),Ib=Ib*sin(wt+120),Ic=Ic*sin(wt-120).Условие создания ВМП:

1. должно быть не менее двух токов (причем токи должны быть сдвинуты во времени между собой)

2. оси катушек должны быть сдвинуты между собой в пространстве

n₁ - частота вращения магнитного поля f – частота напряжения сети, p – число пар полюсов в машине. При промышленной частоте f = 50 Гц частота вращения магнитного поля определяется как n₁ = 3000/р.

S-cскольжение – это относительная разность частот вращения или угловых скоростей магнитного поля и ротора,n_{2 –} частота вращения ротора,и- угловые скорости вращения магнитного поля и ротора.Допущения: магнитное поле, создаваемое обмоткой статора - чисто синусоидальное.Емкостным эффектом пренебрегаем, то ток - индуктивный, т.е. момент в АД создается только активной составляющей тока.

12. Схемы замещения асинхронного двигателя.

Уравнениям напряжения и токов соответствует схема замещения АД.

Рис. 1. Рис.2.

r₁– отражает электрические потери в первичной обмотке ω₁,r₂– отражает электрические потери во вторичной обмотке ω₂

r_м– отражает потери в стали , х₁– отражает потери рассеяния магнитного поля ω₁, х₂– отражает потери рассеяния магнитного поля ω₂

х_м– сопротивление взаимной индукции. На рис.1 изображена Т-образная схема замещения. Магнитная связь обмоток статора и ротора в АД заменена электрической связью цепей статора и ротора. Активное сопротивлениеR2’(1-S)/Sможно рассматривать как внешнее сопротивление, включенное в обмотку неподвижного ротора. В этом случае АД аналогичен трансформатору, работающему на активную нагрузку. СопротивлениеR2’(1-S)/S- единственный переменный параметр схемы. Значение этого сопротивления определяется скольжением, а, следовательно, нагрузкой на валу. Более удобна для практического применения Г-образная схема (рис.2), у которой намагничивающий контур(Zm=Rm+jXm) вынесен на входные зажимы. Чтобы не изменился намагничивающий ток, в контур последовательно включают сопротивления обмотки статораR1 и Х1. Полученная схема удобна тем, что состоит из двух параллельно соединенных контуров: намагничивающего с токомIoи рабочего с токомI2’. Расчет параметров рабочего контура схемы замещения требует уточнения, что достигается введением в расчетные формулы коэффициента С1, представляющего собой отношение напряжения сетиU1к ЭДС статора Е1 при идеальном холостом ходе (S=0).

13. Способы исполнения асинхронного двигателя: глубокопазные, двухклеточные, с фазным ротором. Основные типы отечественных двигателей.

1. Глубокопазные. Вытеснение тока в пазе происходит в результате действия ЭДС, индуктируемых пазовым Фσ (т.к.f2=f1) в нижней части Е неравномерно под влиянием вытеснения тока (поверхностный эффект)Rст становится при пуске большим, такжеXσст уменьшается, т.к. Фσ в нижней части стержня, вследствие уменьшения тока ослабляется Ψ2, уменьшается угол между Е и током стержня, что приводит к увеличению Мп. По мере разбега АДf2=Sн*f1≤1÷3 Гц (уменьшается) при этом Ест, Фσ становятся малыми, явление вытеснения практически исчезает и ток по стержню распределяется равномерно.R2 при этом уменьшается и АД работает с хорошим КПД.

2. ДвухклеточныеАД имеют на роторе две к.з. беличьи клетки, одна из которых представляет пусковую обмотку, а вторая - рабочая. При пуске, вследствие, большой частоты =частоте сети (за счет поверхностного эффекта) ток в основном протекает по пусковой обмотке (ближе к поверхности). Пусковая обмотка имеет меньшее индуктивное сопротивление по сравнению с рабочей, но большее активное. После разбега двигателя при номинальном скольжении индуктивные сопротивления стержней становятся много меньше активных, и ток ротора распределяется между обмотками обратно пропорционально их активному сопротивлению.

3. АД с фазным ротором. Обмотка ротора может быть выполнена 3-х фазной аналогично обмотке статора. Концы фаз такой обмотки ротора объединены обычно в звезду, а начало с помощью контактных колец и металлографитных щеток выводятся наружу. К контактным кольцам обычно присоединяют 3-х фазный пусковой реостат или регулировочный реостат. Фазная обмотка ротора с тем же числом полюсов, что и, как и статор.

Двуклеточный. С фазным ротором.

Серия 4А является массовой серией АД, рассчитанных на применение в различных областях промышленности.4А-основного использования,4АГ-с повышенным пусковым моментом,4АL-с повышенным скольжением (для двигателей с пульсирующей нагрузкой),

4АНК-двигатели с фазным ротором, 4R-специальные.Серия 4АМ-общегоназначения и является модернизацией серии 4А. Серия АИ-общего назначения (совместный проект),АО3, А3., А2., АО2, АВШ-АД вертикальный шахтный, ВАМ- вертикальный, подвесного исполнения.

14. Несимметричные режимы работы асинхронного двигателя.

Могут возникать в следующих случаях:

1. При искажении напряжения сети

2. При несимметрии сопротивлений в цепи статора и ротора

3. При несимметричной схеме соединения обмоток двигателя

1 Несимметрия приложенных напряжений.

Напряжение, токи и поле обратной последовательности создают вращающий момент обратной последовательности Мд=Мпр-Мобр, т.е. Мобр вращается в обратную сторону. Под влиянием токов обратной последовательности результирующий момент двигателя снижается, скольжения при том же моменте на валу увеличиваются, следовательно, увеличивается и ΔР и нагрев машины и уменьшается КПД.

Uобр/Uном=2%----η уменьшается на 1%. Моменты прямой, обратный и результирующий АД в функции скольжения.

2Несимметрия сопротивлений во вторичной цепи (отсутствие контакта в роторе, или обрыв одного или нескольких стержней в к.з. обмотке ротора). Для АД с фазным ротором - применение несимметричных пусковых реостатов.I2обр»Ф2обр»Е1обр»I1обр»Мобр.

При 0.5<S<1,n2<0, а М2обр>0 ротор вращается против направления поля. При 0<S<0,5 ,n2=0, М2=0-провал происходит за счет размагничивающего действия токовI12 к полю ротораI21-отсутствует (режим идеального хх) Хσ2-велико дляI22. Кривая моментов М=f(S) АД имеет в областиS=0.5 провал. При значительной несимметрии сопротивлений вторичной цепи этот провал может оказаться настолько большим, что двигатель при пуске «застрянет» на скоростиn≈0.5n1 и не достигнет номинальной скорости вращения. Токи обмоток при этом велики и опасны для двигателя. Если одна из трех фаз имеет обрыв, то величина момента в областиS=0.5 будет даже отрицательной и двигатель не достигнет номинальной скорости вращения даже на ХХ. Эффект Гергеса-эффект одноосного включения. При увеличении сопротивлений активных цепей ротора (с помощью реостата) при обрыве одной из фаз ротора становится более благоприятной.

1. b)

1. При несимметрии в сопротивлениях в фазах обмотки ротора.

2. При разрыве одной цепи фазы обмотки ротора.

15. Однофазные асинхронные двигатели.

Статорная обмотка данного двигателя выполнена однофазной и имеет достаточно большой коэффициент распределения Кр=0.9. Ротор аналогичен ротору 3-х фазных двигателей с к.з. обмоткой. В однофазных АД образуются 2 элептических вращающихся магн. поля, которые вращаются в разные стороны. В момент пуска это приводит к тому, что результирующее М.П. будет не вращающимся, а пульсирующим. Вращающий момент такого двигателя также складывается из вращающих моментов прямой и обратной составляющей М.П. при неподвижном роторе прямое, и обратное поля демпфируются (гасятся) токами ротора в одинаковой степени. Поэтому пусковой момент однофазного АД =0. его ротор не может прийти во вращение без специального пускового устройства. Однако, если ротор приведен во вращение в ту или иную сторону, то соответствующее элептическое М.П. будет преобладать над другим и двигатель будет вращаться в ту сторону. При одинаковых размерах однофазный двигатель в 2 и более раза имеет меньшую мощность по сравнению с 3-Х фазным, а также низкий КПД иcosφ. Двигатели с пусковой обмоткой (применяются в стиральных машинах, холодильниках, центрифугах и т.д.). После разгона пусковое сопротивление отключается от сети. Применяется пуск с помощью активного сопротивления -фазосдвигающий элемент, чтобы обеспечить сдвиг фаз между токами пусковой и рабочей обмоток.

Асинхронный конденсаторный двигатель.

Утаких двигателей помимо пусковой емкости есть постоянно включенная добавочная емкость. (используется при повышенных требованиях к пусковому моменту) Двигатель фактически стал двухфазным. На обмотке статора расположена 2-х фазная обмотка с одинаковым числом витков. Одна из фаз питается через добавочную емкость. Сложность заключается в том, что подобранная добавочная емкость обеспечивала сдвиг фаз 90° только в одном режиме работы (чаще всего - номинальном). Сд=(Iв*cosφв)/(ω*U*tgφв).

Двигатель с экранированными полюсами. Применяют в настольных вентиляторах, магнитофонах. Двигатель имеет на статоре явно выраженные полюса с однофазной обмоткой и ротор с обмоткой в виде беличьей клетки. Часть наконечника каждого полюса охвачена (экранирована) КЗ витком. Для улучшения формы поля между наконечниками соседних полюсов устанавливают магнитные шунты (до 20-30 см).