- •Зм 2. Електричні кола змінного струму 54
- •Зм 3. Трифазні електричні системи 98
- •Зм 4. Перехідні процеси в електричних колах 121
- •Зм 5. Магнітні кола 136
- •Зм 6. Трансформатори 153
- •Зм 7. Електричні машини 177
- •Додаток 236
- •Список рекомендованої літератури 239 Передмова
- •Електротехніка Вступ
- •Зм 1. Електричні кола постійного струму
- •1.1. Елементи і режими роботи електричних кіл.
- •1.1.1. Закон Ома для ділянки кола.
- •1 .1.2. Напруга на клемах джерела.
- •1.1.3. Енергетичні співвідношення. Закон Джоуля–Ленца.
- •1.1.4. Режими роботи електричних кіл.
- •1.1.5. Точки характерних режимів на зовнішній характеристиці джерела.
- •1.1.6. Способи з’єднання споживачів
- •1.1.7. З’єднання гальванічних елементів живлення.
- •1.1.7.1. Послідовне з’єднання гальванічних елементів.
- •1 .1.7.2. Паралельне з’єднання гальванічних елементів.
- •1.1.7.3. Змішане з’єднання гальванічних елементів.
- •1.2. Розрахунок електричних кіл постійного струму.
- •1.2.1. Розрахунок простих кіл електричного струму.
- •1.2.2. Перетворення трикутника опорів в еквівалентну зірку.
- •1.2.3. Закони Кірхгофа.
- •1.2.4. Розрахунок складних кіл постійного струму.
- •1.2.4.1. Безпосереднє використання законів Кірхгофа для розрахунку складних кіл.
- •1.2.4.2. Метод контурних струмів.
- •1.2.4.3. Метод вузлових напруг.
- •1.2.4.4. Метод еквівалентного генератора.
- •1.2.4.5. Метод суперпозиції.
- •1.3. Нелінійні опори в колах постійного струму.
- •1.3.1. Коло з двома послідовними нелінійними опорами.
- •1.3.2. Коло з двома паралельними нелінійними опорами.
- •1.3.3. Змішане з’єднання нелінійних опорів.
- •1.3.4. Приклад розрахунку схеми стабілізації струму.
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 2. Електричні кола змінного струму
- •2.1. Основні поняття.
- •2.2. Синусоїдальні змінні струми.
- •2.2.1. Діюче (ефективне, середньоквадратичне) значення.
- •2.2.2. Середнє значення змінного струму.
- •2.2.3. Потужність синусоїдального змінного струму.
- •2.2.4. Зображення синусоїдальних величин векторами, що обертаються.
- •2.2.4.1. Вектори, що обертаються.
- •2.2.4.2. Додавання синусоїдальних величин.
- •2.2.4.3. Векторні діаграми.
- •2.3. Елементи кіл змінного струму
- •2 .3.1. Активний опір на змінному струмі.
- •2.3.2. Індуктивність на змінному струмі.
- •2.3.3. Конденсатор на змінному струмі.
- •2.3.4. Послідовне з’єднання елементів r, l, c на синусоїдальному змінному струмі.
- •2 .3.5. Паралельне з’єднання елементів r, l, c на синусоїдальному змінному струмі.
- •2.3.6. Еквівалентний перехід від послідовної схеми до паралельної.
- •2.3.7. Змішане з’єднання елементів r, l, c на синусоїдальному змінному струмі.
- •2.4. Символічний метод розрахунку кіл синусоїдального струму.
- •2.4.1. Комплексні числа. Форми представлення та основні операції.
- •2.4.2. Уявлення параметрів електричного змінного струму через комплексні числа
- •2.4.3. Активна, реактивна і повна потужність.
- •2.4.4. Розрахунок складних кіл змінного струму.
- •2.4.5. Значення cos .
- •2.4.6. Фазоперетворювач.
- •2.5. Резонансні явища в електричних колах змінного струму.
- •2.5.1. Резонанс в послідовному колі.
- •2 .5.2. Резонанс при паралельному з’єднанні елементів.
- •2.5.3. Резонанс при змішаному з’єднанні елементів
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 3. Трифазні електричні системи Вступ
- •3 .1. Устрій генератора трифазного струму
- •3.2. З’єднання джерела і навантажень
- •3.2.1. Незв’язана система трифазних струмів
- •3.2.2. З’єднання «зіркою» в трифазних колах.
- •3 .2.2.1. Чотирипровідна система.
- •3 .2.2.2. Трипровідна система.
- •3.2.2.3. Потужність трифазного кола при з’єднанні «зіркою».
- •3.2.3. Розрахунок трифазного кола при з’єднанні зіркою.
- •3.2.3.1. Трипровідна система з симетричним навантаженням.
- •3.2.3.2. Чотирипровідна система при несиметричному навантаженні.
- •3.2.4. Методика розрахунку з використанням комплексних чисел.
- •З’єднання «трикутником» в трифазних колах.
- •3.2.5.1. З’єднання обмоток генератора за схемою «трикутник».
- •3.2.5.2. З’єднання споживачів за схемою «трикутник».
- •3.2.5.3. Фазні і лінійні струми при з’єднанні «трикутником».
- •3.2.5.4. Потужність трифазного кола при з’єднанні навантажень «трикутником».
- •3.2.6. Комбінації з’єднань джерела і споживачів у трифазних системах.
- •3.2.6.1. З’єднання «зірка – зірка»
- •3.2.6.2. З’єднання «зірка – трикутник»
- •3.2.6.3. З’єднання «трикутник – трикутник»
- •3.2.6.4. З’єднання «трикутник – зірка»
- •3.3. Заземлення в мережах трифазного струму.
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 4. Перехідні процеси в електричних колах Вступ
- •4.1. Закони комутації
- •4.2. Загальні принципи аналізу перехідних процесів
- •4.3. Комутація напруги в rC-колі.
- •4.4. Комутація напруги в rL-колі.
- •4.5. Операторний метод розрахунку перехідних процесів.
- •4 .6. Застосування операторного методу для розрахунку та аналізу rLc-кіл.
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 5. Магнітні кола
- •5.1. Магнетизм, магніти, магнітні полюси.
- •5.2. Магнітні кола.
- •5.3. Закон повного струму.
- •5.4. Закон Ома для магнітного кола.
- •5.5. Властивості феромагнітних матеріалів.
- •5.6. Розрахунок нерозгалуженого магнітного кола.
- •5.7. Розрахунок розгалужених магнітних кіл.
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 6. Трансформатори Вступ
- •6.1. Устрій однофазного трансформатора напруги.
- •6.2. Режими роботи трансформатора
- •6.2.1. Холостий хід трансформатора
- •6.2.2. Навантажений режим трансформатора.
- •6.2.3. Рівняння намагнічуючих сил трансформатора.
- •6.2.4. Схеми заміщення.
- •6 .2.5. Векторна діаграма навантаженого трансформатора.
- •6.2.6. Приклад використання схеми заміщення для спрощення розрахунків
- •6.2.7. Зміна вторинної напруги трансформатора
- •6.3. Основні практичні розрахункові співвідношення для однофазного трансформатора малої потужності.
- •6.4. Трифазні трансформатори
- •6.4.1. Групи з’єднання обмоток трифазного трансформатора.
- •6.4.2. Номінальні параметри трансформатора
- •6.4.3. Дослід короткого замикання
- •6.4.4. Дослід холостого ходу
- •6.4.5. Коефіцієнт корисної дії (к.К.Д.) трансформатора
- •6.5. Автотрансформатори
- •Питання для самоперевірки.
- •Зм 7. Електричні машини
- •7.1. Асинхронні електричні машини.
- •7 .1.1. Принцип дії асинхронної машини
- •7.1.2. Збудження обертового магнітного поля.
- •7.1.3. Устрій асинхронної машини.
- •7.1.4. Робочі процеси в асинхронній машині.
- •7.1.5. Баланс активних потужностей асинхронного двигуна.
- •7.1.6. Режими роботи асинхронних машин.
- •7.1.7. Регулювання частоти обертання валу асинхронного двигуна.
- •7.1.8. Асинхронний лінійний двигун (лад).
- •7.1.9. Однофазний асинхронний двигун.
- •7.2. Синхронні електричні машини.
- •7.2.1. Принцип дії синхронних машин.
- •7.2.2. Устрій і принцип дії синхронних генераторів.
- •7.2.2.1. Основні частини синхронної машини.
- •7.2.2.2. Отримання синусоїдальної ерс.
- •7.2.2.3. Багатополюсні генератори.
- •7.2.3. Робочий процес синхронного генератора
- •7.2.3.1. Холостий хід.
- •7.2.3.2. Навантажений режим.
- •7.2.4. Векторна діаграма навантаженого синхронного генератора
- •7.2.5. Зовнішня і регулювальна характеристики.
- •7.2.6. Паралельна робота синхронного генератора із мережею.
- •7.2.6.1. Підключення синхронного генератора до мережі.
- •7.2.6.2. Робота синхронного генератора після включення в мережу.
- •7.2.6.3. Регулювання активної потужності синхронного генератора.
- •7.2.6.4. Обертовий момент на валу генератора.
- •7.2.7. Синхронні двигуни
- •7.2.8. Принцип роботи синхронного двигуна.
- •7.3. Машини постійного струму.
- •7.3.1. Устрій машини постійного струму
- •7.3.2. Магнітна система.
- •7.3.3. Принцип дії генератора постійного струму.
- •7.3.4. Робочий процес в генераторі постійного струму.
- •7.3.5. Реакція якоря.
- •7.3.6. Комутація.
- •7.3.7. Зовнішня характеристика.
- •7.3.8. Виникнення електромагнітного обертового моменту.
- •7.3.9. Двигуни постійного струму.
- •Питання для самоперевірки.
- •Додаток
- •Префікси для кратних одиниць
- •Список рекомендованої літератури
6.1. Устрій однофазного трансформатора напруги.
Схематичне зображення устрою трансформатора показано на рис. 6.1.
На сталевому замкнутому магнітопроводі, складеному з окремих ізольованих листів електротехнічної сталі1, розміщені дві обмотки з ізольованої мідної проволоки.
Обмотка, що з’єднана з джерелом живлення, має назву первинної. Обмотки, що живлять навантаження, називають вторинними. Всі величини, що відносяться до первинної обмотки, прийнято позначати індексом (1). Наприклад, кількість витків w1, напруга на клемах обмотки U1, струм в колі I1 і так далі. Ті ж величини, що відносяться до вторинної обмотки мають нижній індекс (2) – w2, U2, I2. Верхній індекс позначає, у разі кількох вторинних кіл, номер кола.
При побудові умовних графічних позначень трансформаторів на електричних схемах встановлено три способи побудови: спрощений однолінійний, спрощений багатолінійний (форма 1) і розгорнутий (форма 2). У спрощених позначеннях обмотки трансформаторів зображують у вигляді кіл, а у розгорнутих зображеннях – у вигляді ланцюжків півкіл.
Приклади умовних позначень деяких трансформаторів:
Найменування виробу |
Форма 1 (спрощена) |
Форма 2 (розгорнута) |
|
однолінійна |
багатолінійна |
||
Трансформатор однофазний з магнітопроводом |
|
|
|
Трансформатор однофазний з магнітопроводом триобмотковий з відведенням від середньої точки однієї обмотки |
|
|
|
Трансформатор трифазний з магнітопроводом двообмотковий із з’єднанням обмоток зірка–зірка з виведеною нейтральною точкою |
|
або |
|
Трансформатор трифазний з магнітопроводом триобмотковий із з’єднанням обмоток зірка–трикутник–зірка з виведеною нейтральною точкою |
|
|
|
Мета вивчення трансформаторів – отримати залежності між величинами напруг і струмів в первинній і вторинній обмотках трансформатора, встановити енергетичні співвідношення.
Н а рис. 6.1 показано устрій однофазного трансформатора. Представимо цей устрій у вигляді електричної схеми у відповідності до прийнятих умовних графічних позначень (рис. 6.2). Це – схема (графічне зображення) навантаженого трансформатора. На ній показані лише чотири параметри (U1, U2, I1, I2), які пов’язані із магнітними потоками Ф1σ, Ф0, Ф2σ та іншими величинами, що характеризують магнітопровід і навантаження. Одразу розібратися у складному комплексі взаємодій між величинами досить складно. Тому вивчення роботи навантаженого трансформатора доцільно здійснювати поетапно:
1 етап. Первинна обмотка трансформатора розглядається як котушка без магнітопроводу (сердечника).
2 етап. Первинна обмотка трансформатора розглядається як котушка із магнітопроводом.
3 етап. Первинна і вторинна обмотки розглядаються як дві котушки на спільному магнітопроводі.
4 етап. Навантажений трансформатор.
Етап 1. Отже, первинна обмотка, тобто котушка індуктивності, характеризується певними активним (r1) і індуктивним (x1) опорами. Еквівалентна схема первинної обмотки і відповідна векторна діаграма представлені на рис. 6.3.
Рис. 6.3.
Звертаємо увагу на те, що в котушці без сердечника весь магнітний потік Фσ є потоком розсіяння, тобто потоком, який замикаються через повітря при цьому перетинаючи витки котушки, створює в ній ЕРС самоіндукції Е1σ, і, як видно із векторної діаграми завжди співпадає за фазою зі струмом котушки (нагадуємо, що , тобто магнітний потік Ф пропорційний струму І, і між ними відсутній зсув фаз).
Етап 2. При розміщенні котушки на сердечнику магнітний потік розділяється на потік, що замикається через магнітопровід Ф0 і потік розсіяння Ф1σ. Потік Ф0 створює в магнітопроводі (сердечнику) втрати на вихрові струми та втрати на перемагнічування магнітопроводу.
Крім того, потік Ф0 у витках первинної обмотки індукує електрорушійну силу (–Е1).
Еквівалентна паралельна схема заміщення котушки із сердечником та відповідна векторна діаграма показані на рис. 6.4.
Як видно, в еквівалентній схемі котушки із сердечником з’явились нові компоненти – r10 і x10, які називаються відповідно опір втрат в сталі і індуктивність намагнічування. Для останньої схеми можна записати очевидні співвідношення (за законами Кірхгофа):
Рис. 6.4.
Із векторної діаграми котушки із сердечником видно, що між векторами магнітних потоків Ф0 і Ф1σ з’явився кут δ, який називається кутом втрат у сталі трансформатора. Він зумовлений активною складовою струму – .
Етап 3 – котушка з сердечником і із вторинною обмоткою.
Рис. 6.5.
Якщо на магнітопроводі розмістити ще і вторинну обмотку, то ніякої зміни в системі не відбудеться. З’явиться лише додаткова ЕРС вторинної обмотки Е2. Еквівалентна схема для цього випадку і відповідна векторна діаграма показані на рис. 6.5.
Котушка із сердечником і вторинною обмоткою по суті є трансформатором, що працює на холостому ходу.