|
Оглавление. Однофазные и трехфазные электрические цепи. Магнитные цепи Действующие значения синусоидального тока, эдс и напряжения Средние значения синусоидального тока, эдс и напряжения 3
R
к
- номинальные электрические потери при номинальном токе.
Магнитные потери в трансформаторе:
Δ
P
м
=
I
0 2
R
0
=(
U
1
Z
0
)
2
R
0
=(
R
0
Z
0 2
)
U
1 м 2
, где м 2
- магнитный коэффициент, зависящий от железа и частоты тока
Z
0
=
√
R
0 2
+
x
0 2
- полное сопротивление цепи намагничивания.
Магнитные потери мощности можно записать через их номинальное значение:
Δ
P
м
=
K
м
U
1 2
=
γ мн, где γ н- коэффициент относительного напряжения трансформатора Δ P
мн
=
K
м
U
1 2
- номинальные магнитные потери при номинальном напряжении.
Таким образом, суммарные потери мощности в трансформаторе:
Δ
P=β
2
Δ
P
эн
+
γ
2
Δ
P
мн
КПД трансформатора определяется как отношение мощности, передаваемой приемнику
P
2
к мощности, потребляемой из сети P
1
:
η=
P
2
P
1
=
P
2
P
2
+
Δ
P
=
γ н cosφ
2
γ н cosφ
2
+
β
2
Δ
P
эн
+
γ
2
Δ
P
мн
, где- активная мощность, потребляемая трансформатором из сети
P
2
=
U
2
I
2
cosφ
2
=
γ β
U
2н
I
2н cosφ
2
=
γ н cosφ
2
- активная мощность, передаваемая трансформатором в нагрузку γ н β =
I
2
I
2н
;cosφ
2
=
R
н
Z
н
; S
2н
=
U
2н
I
2н
- номинальная мощность трансформатора.
На рисунке показаны зависимости КПД и потерь мощности трансформатора от коэффициента загрузки трансформатора потоку, из которых видно, что зависимость
η=
f (β ) имеет маловыраженный экстремальный характер. КПД достигает максимального значений, когда переменные электрические потери равны постоянным магнитным потерям при оптимальном значении β
опт
=
0,5÷0,6 . Высокий КПД силовых трансформаторов достигается при работе с β
опт
=
0,5÷0,7 и составляет
97 - 99%.
4. Опыт холостого хода трансформатора и его назначение.
В опыте холостого хода трансформатора первичная обмотка присоединяется к сети, а вторичная — разомкнута. Во вторичной обмотке ток не протекает, иона не оказывает влияния на режим работы первичной обмотки.
На рисунке приведена принципиальная схема опыта холостого хода (ключ S
1 разомкнут) и упрощенная схема замещения.
Определим параметры трансформатора n , Δ мн, в этом режиме.
В опыте холостого хода измеряются напряжения на входе и выходе трансформатора с помощью вольтметров PV
1
и PV
2
, ток в первичной обмотке с помощью амперметра PA
1
и активная мощность, потребляемая трансформатором из сети с помощью ваттметра Отношение показаний вольтметров равно коэффициенту трансформации трансформатора Поскольку ток холостого хода и активное сопротивление первичной обмотки малы, электрические потери в ней незначительны и намного меньше потерь в магнитопроводе трансформатора ( Δ P
эн
=
0 Показания ваттметра в этом опыте равны магнитным номинальным потерям
( β
хх
=
I
2
'
I
2н
=
0 ;γ
хх
=
U
1
U
1н
=
1 ):
P
Wхх
=
Δ
P=β
2
Δ
P
эн
+
γ
2
Δ
P
мн
=
Δ
P
мн
Параметры схемы замещения R
0
, x
0
, z
0
, а также значения тока I
1
= I
хх и его реактивную и активную составляющие р и а, определяются по опытным данным. Если пренебречь R
1
и x
1 т. к. R
1
<< R
0
и x
1
<< x
0
), то мощность, потребляемая из сети:
P
Wхх
=
Δ
P
мн
=
I
хх
2
R
0
Отсюда сопротивление ветви намагничивания R
0
=
P
Wхх
I
хх
2
определяется с помощью показаний ваттметра PW и амперметра PA
1
PV
1
I
хх
E
1
E
2
S
1
Z'
н
I
хх
E
1
=E
'
2
x
к
R
к
I'
2
=0
R
0
x
0
I
0
=I
хх
Z
0
Z
к
A
W
*
*
V
U
1
=U
хх
PW
PA
1
V PV
2
U
1
=U
хх
U'
2
Ток в намагничивающем контуре:
I
0
=
I
хх
=
U
1н
z
0
,
откуда z
0
=
U
1н
I
хх
определяется с помощью показаний амперметра PA
1
и вольтметра Другие параметры трансформатора — индуктивное сопротивление, коэффициент мощности холостого хода, реактивная и активная составляющие тока холостого хода определяются по формулам 2
−
R
0 2
;cosφ
0
=
R
0
z
0
; I
1р
=
I
хх
sinφ
0
; I
1а
=
I
хх
cosφ
0
Потери электрической энергии в магнитопроводе невелики и, следовательно, невелики ток I
1
= I
хх
, определяющий эти потери. По этой причине намагничивающий ток р трансформатора и ток холостого хода трансформатора, равный
x
0
=
√
z
0 2
−
R
0 2
;cosφ
0
=
R
0
z
0
; I
1р
=
I
хх
sinφ
0
; I
1а
=
I
хх
cosφ
0
, невелики. Ток холостого хода составляет всего 5-10% от номинального значения I
1н
Ток а значительно меньше р, поэтому часто допускают, что I
хх
= I
1р
В технической характеристике трансформатора указывают два параметра режима холостого хода i
1хх
%=
I
1хх
I
1н
∗
100 % и P
х
=
Δ
P
мн
5. Опыт короткого замыкания трансформатора и его назначение.
Вторичная обмотка замкнута накоротко. В опыте измеряют напряжение сети (вольтметр
PV
1
), токи первичной и вторичной обмоток (амперметры PA
1
и PA
2
), активная мощность,
PV
1
I
хх
E
1
E'
2
Z
н
=0
E
1
=E
'
2
x
к
R
к
R
0
x
0
I
0
=I
хх
Z
0
Z
к
A
W
*
*
V
U
1н
=U
кз
PW
PA
1
PA
2
U
кз
U'
2
=0
I
1
=I
1н
A
I'
2
=I'
2н
I
1н
=I'
2н
-38- потребляемая трансформатором из сети (ваттметр Значение полного сопротивления обмоток трансформатора z к составляет всего 5-15% сопротивления нагрузки, и если бы вторичная обмотка оказалась замкнутой накоротко при номинальном напряжении на первичной обмотке, тов обмотках трансформатора возник бы опасный для них ток, больший номинального примерно в 10-20 раз. Поэтому опыт короткого замыкания проводят следующим образом. После сборки схемы опыта с помощью регулятора напряжения устанавливают напряжение на первичной обмотке такого значения, при котором токи в обмотках равны их номинальным значениям. Напряжение при этом окажется не более 5-15% номинального. Это напряжение называют напряжением короткого замыкания. Затем записывают показания приборов. Мощность, измеряемая ваттметром PW равна мощности всех потерь энергии в трансформаторе. Однако из-за малого значения напряжения на первичной обмотке потери мощности в магнитопроводе (м, которые пропорциональны квадрату амплитуды индукции, или квадрату напряжения первичной обмотки, намного меньше, чем при номинальном напряжении в обмотках при номинальном токе. Поэтому ими можно пренебречь. Электрические номинальные потери в трансформаторе ( β кз= I2 'I2н '= 1 ;γ н ): PWкз= Δ P=β 2 Δ Pэн+ γ 2 Δ Pмн= Δ Pэн и определяются по показанию ваттметра параметры схемы замещения z к, x к, к определяются следующим образом. Так как номинальный ток I1н = Uкзzк, то zк= UкзI1н и определяется с помощью показания вольтметра PV 1 и амперметра Мощность, потребляемая из сети: PWкз= Δ Pэн= I1н 2 Rк, откуда Rк= PWкзI1н 2 и определяется с помощью ваттметра PW и амперметра Индуктивное сопротивление короткого замыкания xк= √ zк2 − Rк2 В технических данных трансформатора указываются два параметра u1к %= U1к U1н ∗ 100 ; Pкн= Δ PэнКПД трансформатора можно представить через паспортные данные при γ = 1: η= P2 P2 + Δ P= 1− β 2 Pкн+ Pхβ Sнcos φ 2 + β 2 Pкн+ Pх6. Внешняя характеристика трансформатора и ее влияние на режим работы потребителя электроэнергии.В рабочем режиме первичная обмотка трансформатора присоединена к сети, а к вторичной присоединены электроприемники с результирующим сопротивлением Z н Зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора оттока нагрузки U2 = f или U
2
=
f (β ) при U
1
= const и cosφ
2
= const называется внешней характеристикой Значение напряжения на вторичной обмотке определяется не падением напряжения, а потерей напряжения в обмотках. Потеря напряжения есть арифметическая разность между первичными приведенным вторичным напряжениями: Δ U2 '= U1 − U2 'В режиме холостого хода трансформатора (I 2 = 0) приведенное напряжение на вторичной обмотке U2 '= Uхх'= U1 , а поскольку напряжение U 1 не зависит от нагрузки, то ΔU 2 есть изменение напряжения U 2 ' по сравнению сего значением при холостом ходе U хх ' : Δ U2 '= Uхх'− U2 ', откуда U2 '= Uхх'− Δ U2 'Т.к. U2 '= nU2 = U1 , то Uхх= U2 = U1 n, а Δ Приведенная величина ΔU 2 ' для вторичной обмотки из схемы замещения: Δ U2 '= I1 Rкcosφ 2 + jI1 xкsinφ 2 ≃ Uкаcosφ 2 + Uкрsinφ 2 , где I1 = β I1н ;cosφ 2 = RнZн;sin φ 2 = xнZн;Uка, кр- падение напряжения на активном к и реактивном x к сопротивлениях.
U
2
'
=
U
2
−
Δ
U
2
=
U
1
n
−
β
n
(
I
1н
R
к
cosφ
2
+
jI
1н
x
к
sinφ
2
)≃
U
1
n
−
β
n
(
U
ка
cosφ
2
+
U
кр
sinφ
2
) .
График внешней характеристики для активно-емкостной, активной и активно- индуктивной нагрузок -40- 7. Устройство трехфазного асинхронного электродвигателя
-41-
-42-
Асинхронный двигатель состоит из корпуса с встроенным статором и ротора. Статор представляет собой полый цилиндр — сердечник, состоящий из стальных пластин, изолированных друг от друга. Они образуют неподвижную часть магнитопровода АД с пазами. Обмотка статора состоит из трехфазных обмоток, сдвинутых относительно друг друга на угол 120 градусов, укладываемых в пазы сердечника статора. Обмотки статора выполнены из изолированных медных проводов. Три фазы обмотки статора могут соединяться треугольником или звездой и присоединяются к трехфазной сети переменного тока. Ротор АД также набирают из стальных штампованных листов в форме диска. По конструктивному исполнению обмотки ротора АД подразделяют на двигатели с короткозамкнутым ротором (беличье колесо) и двигатели с фазным ротором. Короткозамкнутая обмотка образуется медными или латунными неизолированными стержнями, помещаемыми в пазы ротора Поперечное сечение этих стержней имеет форму паза. По торцам стержни соединяют медными короткозамыкающими кольцами. Обмотку фазного ротора выполняют из изолированных прводников. В пазы ротора, аналогичные по форме пазам статора, укладывают три фазные обмотки, сдвинутые относительно друг друга в пространстве на угол 120 градусов. Таким образом, обмотка фазного ротора получается такой же, как и обмотка статора. Фазные обмотки ротора соединяют звездой, при этом их начала соединяют с контактными кольцами (1), насаженными навали изолированными как отвала, таки друг от друга. Контактные кольца вращаются вместе с валом. По ним скользят неподвижные щетки (3), которые могут быть замкнуты накоротко или присоединены к реостатам Д, соединенным звездой -44- 8. Принцип действия и реверс (изменение направления вращения) трехфазного асинхронного двигателя.На рисунке представлена электромагнитная схема АД с короткозамкнутой обмоткой ротора в разрезе, включающая статор (1), в пазах которого расположены три фазные обмотки статора (2), представленные одним витком. Начала фазных обмоток A, B, C, а концы соответственно X, Y, Z. В цилиндрическом роторе (3) двигателя расположены стержни (4) короткозамкнутых обмоток, замкнутых по торцам ротора пластинами. При подаче на фазные обмотки статора трехфазного напряжения в витках обмотки статора протекают токи статора i A , i B , i C , создающие вращающееся магнитное поле с частотой вращения n 1 . Это поле пересекает стержни короткозамкнутой обмотки ротора ив них индуцируются ЭДС, направление которых определяется по правилу правой руки. ЭДС в стержнях ротора создают токи ротора i 2 и магнитное поле ротора, которое вращается с частотой магнитного поля статора. Результирующее магнитное поле АД равно сумме магнитных полей статор и ротора. На проводники стоком, расположенные в результирующем магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Суммарное усиление рез, приложенное ко всем проводникам ротора, образует вращающий электромагнитный момент M асинхронного двигателя. Вращающий электромагнитный момент М, преодолевая момент сопротивления Мс навалу, принуждает вращаться ротор с частотой n 2 . Ротор вращается с ускорением, если момент М больше момента сопротивления Мс, или с постоянной частотой, если моменты равны. Частота вращения ротора n 2 всегда меньше частоты вращения магнитного поля машины n 1 , т. к. только в этом случае возникает вращающий электромагнитный момент. Если частота вращения ротора будет равна частоте вращения МП статора, то ЭМ момент равен нулю стержни ротора не пересекают МП двигателя, и ток равен нулю. Разница частот вращения МП статора и ротора в относительных единицах называется скольжением двигателя Скольжение измеряется в относительных единицах или процентах по отношению кВ рабочем режиме близком к номинальному скольжение двигателя составляет Частота вращения ротора n2 = n1 ( 1− s) Таким образом, характерной особенностью асинхронной машины является наличие скольжения — неравенства частот вращения магнитного поля двигателя и ротора. Поэтому машину называют асинхронной. При работе асинхронной машины в двигательном режиме частота вращения ротора меньше частоты вращения МП ив этом режиме обмотка статора питается от сети, а вал ротора передает механический момент на исполнительный орган механизма. Электрическая энергия преобразуется в механическую. Если ротор АД заторможен (s = 1) – это режим короткого замыкания. В случае, если частота вращения ротора совпадает с частотой вращения МП, то вращающий момент двигателя не возникает. Это режим идеального холостого хода. Чтобы изменить направление вращения ротора (реверсировать двигатель, нужно изменить направление вращения МП. Для реверса двигателя нужно изменить порядок чередования фаз подведенного напряжения, те. Переключить две фазы
-46-
9. Схема замещения и механическая характеристика трехфазного асинхронного двигателя.
В схеме асинхронная машина с электромагнитной связью статорной и роторной цепей заменена эквивалентной приведенной схемой замещения. При этом параметры обмотки ротора R
2
и x
2
приводятся к обмотке статора при условии равенства E
1
= E
2
'
. E
2
'
, R
2
'
, x
2
'
– приведенные параметры ротора.
Активное сопротивление |
|
|
Скачать 7.93 Mb.