Курс теоретических лекций Электрические машины и трансформаторы. Лекции для курсов Электрические машины и аппараты

• Название: Лекции для курсов Электрические машины и аппараты
• Дата: 24.04.2023
• Размер: 3.55 Mb.
• Имя файла: Курс теоретических лекций Электрические машины и трансформаторы.docx
• Тип: Лекции; #1085552
• страница: 15 из 19

Лекция 7

Однофазные асинхронные двигатели

1. 
   Общие сведения
   
2. 
   Пуск однофазных асинхронных двигателей
   
3. 
   Схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть
   

Общие сведения

В различных бытовых и промышленных приборах широкое распространение получили однофазные асинхронные двигатели малой мощности.

Однофазные асинхронные двигатели имеют на статоре рабочую обмотку, подключаемую к однофазной сети переменного тока, и вспомогательную (пусковую), которая чаще всего соединяется с однофазной сетью переменного тока кратковременно только в период пуска двигателя.

Роторная обмотки, как правило, выполняется короткозамкнутой в виде беличьей клетки. (В качестве однофаз¬ного асинхронного двигателя может быть использован трехфазный двигатель с отсоединенной одной из фаз ста¬тора.

Мощность, развиваемая таким электродвигателем при однофазном включении, составляет 50—60% номи¬нальной мощности двигателя при трехфазной схеме вклю-чения.)

Особенность однофазных асинхронных двигателей — отсутствие начального или пускового момента, т. е. при включении такого дви¬гателя в сеть ротор его остается неподвижным. Если же под дейст¬вием какой-либо внешней силы вывести ротор из состояния покоя, то двигатель будет развивать вращающий момент.

Пуск однофазных асинхронных двигателей

Отсутствие начального момента - существенный недостаток однофазных асинхронных двигателей. Поэтому эти двигатели всегда снабжают пусковым устройством.

Наиболее простое пусковое устройство — две обмотки, помещенные на статоре и сдвинутые друг относительно друга на половину полюсного деления (90 эл. град.).

Однофазный дви¬гатель пускают включением двух катушек в одну общую однофаз¬ную сеть.

Для получения угла сдвига фаз между токами в катушках, примерно равного ±π/2, одну из катушек (рабочую) включают в сеть непосредственно, а вторую катушку (пусковую) - через индуктивную катуш¬ку (рис.42.1.) или конденсатор (рис. 42.2.). Пусковая обмотка включа¬ется, только на период пуска. В момент, когда ротор приобретает определенную частоту вращения, пусковая обмотка отключается от сети и двигатель работает как однофазный. Отключается пусковая обмотка центробежным выключателем или специальным реле

Рис. 42.1. Схема включения пусковой обмотки однофазного двигателя через индуктивную катушку


Рис. 42.2. Схема включения пусковой обмотки однофазного двигателя через конденсатор

Схема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть

Рис. 42.3. Схема включения трехфазного двигателя {а) в однофазную сеть с пусковым активным (б), индуктивным (в) и емкостным (г) сопротивлениями

.

В качестве однофазного двигателя может быть использован любой трехфазный асинхронный двигатель (рис. 42.3,а), тогда его рабочая или главная обмотка, состоящая из двух последовательно соединенных фаз трехфазного двигателя, включается непосредст¬венно в однофазную сеть, третья фаза, являющаяся пусковой или вспомогательной обмоткой, включается в ту же сеть через пусковой элемент — сопротивление (рис. 42.3,б), индуктивность (рис. 42.3, в) или конденсатор (рис. 42.3,г).

Лекция 7

Трансформаторы

1. 
   Устройство
   
2. 
   Принцип действия
   
3. 
   Режимы работы трансформатора
   

Устройство трансфор­маторов

23.1. Общее устройство трансформатора.
Конструктивная схема трансформатора представлена на рис.23.1.



Рис.23.1. Конструктивная схема трансформатора.

На рисунке обозначены:

1- магнитопровод

2 – каркасы катушек

3 – первичная обмотка

4 – вторичная обмотка

5 – вводы первичной обмотки

6 – выводы вторичной обмотки
Магнитопровод трансформатора набирается из отдельных листов трансформаторной стали, изолированных друг от друга слоем окиси. Такая конструкция магнитопровода уменьшает потери электрической энергии на нагрев стали вихревыми токами.
Обмотки трансформатора выполняются медным изолированным проводом, намотанным на каркас.

Первичная обмотка понижающего трансформатора имеет большее количество витков , чем вторичная. Провод первичной обмотки более тонкий, чем у вторичной. Кроме изоляции провода каждый слой обмотки также изолируется от соседнего слоя. Самый верхний слой провода покрывается специальной эмалью и запекается. Это обеспечивает не только изоляцию обмотки, но и надежную ее защиту от внешних механических воздействий и влаги.

Полезную мощность, на которую рассчитан трансформатор по условиям нагревания, называют номинальной.Таким образом, номинальной мощностью трансформатора называется мощность его вторичной обмотки при полной (номинальной) нагрузке.

Эта мощ­ность выражается в единицах полной мощности, т. е. в вольт-ампе­рах (ВА) или киловольт-амперах (кВА). Все прочие величины, характеризующие работу трансформатора в условиях, на которые он рассчитан, также называют номинальными.

Каждый трансформатор снабжается щитком из материале, не подверженного атмосферным влияниям. Этот щиток прикреплен к баку трансформатора на видном месте и содержит его номиналь­ные данные, которые нанесены травлением, гравировкой, выбива­нием или другими способами, обеспечивающими видимость и дол­говечность знаков.

На щитке трансформатора указываются следую­щие данные:

1. Наименование организации, в систему которой входит завод-изготовитель.

2. Наименование и адрес или марка завода-изготовителя.

3. Год выпуска.

4. Заводской номер.

5. Обозначение типа.

6. Номер стандарта.

7.Номинальная мощность (кВА).

8. Напряжения номинальные и напряжения ответвлений обмо­ток (В или кВ).

9. Номинальные токи каждой обмотки (А).

10. Число фаз.

II. Частота тока (Гц).

12. Схема и группа соединения обмоток трансформатора.

13. Напряжение короткого замыкания (%).

14. Род установки (внутренняя или наружная).

15. Способ охлаждения.

16. Полная масса трансформатора (кг или т).

17. Масса масла (кг или т).

18. Масса активной части (кг или т).
Заводской номер трансформатора выбит на баке под щитком, на крышке около ввода ВН фазы А.

Условное обозначение трансформатора состоит из буквенном и цифровой частей. Буквы означают следующее:

Т — трехфазный трансформатор,

О—однофазный трансформатор,

М — естественное масляное охлаждение,

Д — масляное охлаждение с дутьем (искус­ственное воздушное и с естественной циркуляцией масла),

Ц—мас­ляное охлаждение с принудительной циркуляцией масла через во­дяной охладитель,

ДЦ—масляное с дутьем и принудительной цир­куляцией масла,

Г — грузоупорный трансформатор (указывается в конце),

Н (в конце после обозначения типа) —трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой,

Н (на втором мес­те) — заполнение негорючим жидким диэлектриком.

Первое число, стоящее после буквенного обозначения трансфор­матора, показывает номинальную мощность (кВ-А),

Второе чис­ло— номинальное напряжение обмотки ВН (кВ).
Например,

ТМ — 6300/35 означает трехфазный двухобмоточный трансфор­матор с естественным масляным охлаждением мощностью 6300 кВА и напряжением обмотки ВН 35 кВ.
ТЦТНГ — 63 000/220 означает трехфазный трехобмоточный трансформатор с принудительной циркуляцией масла, с регулированием напряже­ния под нагрузкой, грозоупорный, мощностью 63000 кВ-А и на­пряжением обмотки ВН 220 кВ.
Буква А в обозначении типа трансформатора означает авто­трансформатор.
23.2. Устройство магнитопроводов однофазных трансформаторов
Магнитопрсводы трансформаторов собирают из изолированных пластин или ленты высоколегированной стали. В зависимости от формы магнитопровода и расположения обмоток на нем одно­фазные трансформаторы подразделяют на стержневые, броневые и тороидальные (кольцеобразные).

Стержневой магнитопровод (рис. 23.2)имеет два стержня, охватываемых обмотками.



Рис.23.2. Стержневой магнитопровод

На рисунке:

1 – ярмо

2 – стержни

3 – катушки обмоток

Часть магнитопровода, замыкающую магнитную цепь, называют ярмом.

На каждом стержне магнитопровода помещают катушку, состоя­щую из половинок первичной и вторичной обмоток. Такое располо­жение обмоток на магнитопроводе обеспечивает лучшую магнит­ную связь между ними, чем при размещении на различных стержнях, как это условно изображают на схемах. Половины каждой обмотки, помещенные на правом и левом стержнях магни­топровода, соединяются между собой последовательно так, чтобы их н. с. совпадали по направлению.

В трансформаторе броневого типа (рис. 23.3.)первичная и вторичная обмотки помещены на среднем стержне магнитопро­вода. Таким образом, в этом трансформаторе обмотки частично охватываются (бронируются) ярмом. Магнитный поток, пронизы­вающий стержень магнитопровода, разветвляется на две части. Поэтому ярмо имеет поперечное сечение, вдвое меньшее сечения

стержня. Броневой магнитопровод обладает рядом конструктивных достоинств — один комплект обмоток вместо двух при стержневоммагнитопроводе, высокий коэффициент заполнения окна магнито­провода обмоточным проводом, частичная защита обмотки ярмом от механических повреждений.



Рис.23.3. Трансформатор броневого типа

На рисунке:

1 – магнитопровод.

2 – вторичная обмотка

3 – первичная обмотка

Ленточные разрезные сердечники из холоднокатаной стали могут быть также стержневыми (рис. 23.4, а) и броневыми (рис-23.4 б,).

При сборке трансформатора с ленточным сердечником магнитопровод разрезают для того, чтобы поместить обмотки на сердечнике, и затем верхнюю и нижнюю половины магнитопро­вода соединяют вместе.



Рис.23.4. Трансформаторы с ленточными сердечниками:

а) стержневого типа; б) броневого типа
Трансформаторы больших и средних мощностей выполняют стержневыми, так как в броневых трансформаторах обмотки ВН сложно изолировать от магнитопровода. Трансформаторы малой мощности чаще выполняют броневыми.
23.3. Сборка магнитопроводов
Магнитопроводы трансформаторов собирают встык (рис. 23.5)или внахлест (рис. 23.6.)из П-образных стальных пластин.

Пла­стины также могут иметь форму Г-образную, Ш-образную, прямо­угольную и др.


Рис.23.5. Сборка магнитопровода встык
При сборке встык сердечник состоит из двух час­тей, собранных из стальных пластин. После размещения обмоток на магнитопроводе обе части его скрепляют.


Рис.23.6. Сборка магнитопровода внахлест
При сборке внахлест пластины чередуются так, чтобы улежащих друг на друге листах разрезы были с разных сторон сердечника. При этом один слой стальных листов (например, нечетный) укладывается так, как пока­зано на рисунке сплошной линией, а другой слой (четный)—пре­рывистой.

После сборки магнитопровода его стягивают болтами или шпиль­ками. Стяжные планки, болты и другое изолируют от тела магнито­проводаэлектрокартоном или бумагой для того, чтобы предотвра­тить возможность образования короткозамкнутых витков вокруг магнитопровода или его части. Образование короткозамкнутых вит­ков приводит к аварии.
23.4. Устройство обмоток трансформаторов
Обмотки трансформаторов изготавливают из меди или алюми­ния. Для трансформаторов небольшой мощности, т. е. при неболь­ших токах до 25 А для воздушных и до 45 А для масляных трансформаторов), обмотки выполняют из изолированного провода круглого поперечного сечения.

При больших мощностях и токах обмотки изготавливают из проводников прямоугольного поперечного сечения.

По способу размещения на магнитопроводе обмотки трансфор­маторов могут быть концентрическими и дисковыми чередующими­ся.

Концентрические обмотки выполняют в виде цилиндров, разме­щаемых на магнитопроводе концентрически. Внутри (ближе к сер­дечнику) обычно размещают обмотку НН, требующую меньшей изоляции относительно магнитопровода, снаружи — обмотку ВН (рис. 23.7)



Рис.23.7. Размещение концентрических обмоток трансформатора.
В дисковых чередующихся обмотках катушки НИ и ВН, изготов­ленные в виде отдельных дисков, размещены на магнитопроводе в чередующемся порядке (рис. 23.8.)Вся обмотка подразделяется на симметричные группы, состоящие из одной или нескольких катушек ВН и расположенных по обе стороны от них двух или нескольких катушек НН.


Рис.23.8. Размещение дисковых чередующихся обмоток трансформатора
Чередующиеся обмотки на практике приме­няют только для специальных трансформаторов. При высоких на­пряжениях эти обмотки не применяют из-за сложности изоляции и большого количества промежутков между катушками НН и ВН.
Конструктивно концентрические обмотки выполняют цилиндри­ческими, катушечными, непрерывными, винтовыми и др.
а) Цилиндрические обмотки.
Однослойные и двухслойные цилиндрические обмотки наматывают из провода прямоугольного поперечного сечения в один или несколько параллельных проводов. В трехслойных (и при большем числе слоев) обмотках между •слоями оставляют вертикальный канал. Слой обмотки составляют витки, наматываемые вплотную друг к другу. Начало и конец двух-•слойнсн обмотки выводят из верхней ее части и располагают у верх­него ярма. Такие обмотки используются в качестве обмоток НН трансформаторов мощностью до 630 кВ-А.

Многослойные цилиндрические обмотки наматывают из прово­дов круглого сечения, размещаемых вдоль всего стержня в несколь­ко слоев, между которыми прокладывают изоляцию из кабельной •бумаги. Обычно такую обмотку выполняют из двух катушек, меж­ду которыми оставляют вертикальный охлаждающий канал. Много­слойные цилиндрические обмотки применяют в качестве обмоток ВН для трансформаторов мощностью до 630 кВ-А при напряже­ниях до 35 кВ. Цилиндрические обмотки просты в производстве, но их механическая прочность по отношению к осевым силам неве­лика (при намотке провода плашмя), так как сравнительно малы радиальные размеры обмоток.
б) Катушечная многослойная обмотка.
Она отлича­ется от многослойной цилиндрической тем, что разделена по высоте на отдельные катушки и поэтому сложнее в производстве. Между слоями катушки прокладывают кабельную или телефонную бумагу, а между отдельными катушками — шайбы из электрокартона. Меж­ду отдельными катушками (обычно через две) делают охлаждаю­щие каналы. Катушечные многослойные обмотки применяют в ка­честве обмоток ВН трансформаторов мощностью до 100 кВ-А и на­пряжением до 35 кВ.
в) Непрерывная обмотка.
Ее наматывают по спирали из провода прямоугольного поперечного сечения. Она состоит из нескольких десятков дисковых катушек, соединенных между. При изготовлении обмотки провод в каждой катушке укладывают плашмя по спирали и наматывают на изоляци­онный цилиндр или стальной шаблон. Между изоляционными ци­линдром и катушками обмотки, а также между отдельными катуш­ками имеются охлаждающие каналы. Каждая катушка состоит из нескольких витков, а каждый виток—из одного или нескольких параллельных проводов. При нескольких параллельных проводах намотку их производят с перекладкой (транспозицией). Непрерыв­ные обмотки, несмотря на сложность их изготовления, в настоящее время широко используют в трансформаторостроении благодаря их высокой механической прочности. Такие обмотки применяют в качестве обмоток высшего и низшего напряжения трансформато­ров мощностью более 1000 кВ-Л.