Учебнометодические указания для выполнения лабораторных работ для студентов по дисциплине Электрооборудование в апк
 Скачать 1.25 Mb.
|
Контрольные вопросы1. Принцип работы магнитного пускателя. 2. Чем контактор отличается от магнитного пускателя? 3. Назначение автоматического выключателя? 4. В чем отличие теплового расцепителя от электромагнитного? 5. Назначение дугогасительной камеры? 6. Принцип действия реверсивного магнитного пускателя. Лабораторная работа № 4 ИЗУЧЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА Цель работы: изучить конструкцию и принцип действия силовых и измерительных трансформаторов. Программа работы 1. Изучит конструкцию силового трансформатора. 2. Изучить конструкцию измерительных трансформаторов. 3. Изучить принцип действия и назначение трансформаторов. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. Силовые трансформаторы предназначены для преобразования электроэнергии с одного напряжения на другое. Наибольшее распространение получили трехфазные трансформаторы, так как потери в них на 12—15% ниже, а расход активных материалов и стоимость на 20—25% меньше, чем в группе трех однофазных трансформаторов такой же суммарной мощности.  Рисунок 4.1- Силовой трансформатор Трансформаторы различают: 1) по уровню мощности – малой мощности, с номинальной мощностью 5 кВА и ниже у трехфазных и 4 кВА и ниже у однофазных; силовые однофазные и трехфазные трансформаторы большей мощности; 2) по назначению – силовые трансформаторы систем энергоснабжения, предназначенные для преобразования электрической энергии с целью ее передачи и распределения с наилучшими технико-экономическими показателями; трансформаторы питания – трансформаторы малой мощности, предназначенные для преобразования напряжения электрических сетей в напряжение, необходимое для питания электронной аппаратуры, маломощного электрического оборудования и бытовых устройств, статических преобразователей энергии и т.д.; измерительные трансформаторы, расширяющие пределы измерения амперметров, вольтметров и ваттметров переменного тока; импульсные трансформаторы, предназначенные для формирования, передачи и преобразования импульсных сигналов; 3) по числу фаз – одно- и трехфазные; трансформаторы с числом фаз более трех встречаются только в некоторых специальных схемах; 4) по числу обмоток в фазе – двух- и многообмоточные. Трансформаторы выполняют либо с воздушным, либо с масляным охлаждением; каждый из способов может быть либо с естественным теплообменом, либо с принудительной вентиляцией. В автоматических системах наиболее распространены однофазные и трехфазные трансформаторы питания малой мощности с воздушным охлаждением.  1 — корпус бака, 2 — циркуляционные трубы, 3 — крышка, 4 — термометр, 5 — подъемное кольцо, 6 — переключатель регулирования напряжения, 7 — ввод обмоток НН, 8 — ввод обмоток ВН, 9 — пробка отверстия для заливки масла, 10 — маслоуказатель, 11 — пробка расширителя, 12 — расширитель, 13 — патрубок, соединяющий расширитель с баком, 14 — горизонтальная прессующая шпилька, 15 — вертикальная подъемная шпилька, 16 — магнитопровод, 17 — обмотка НН, 18 — обмотка ВН, 19 — маслоспускная пробка, 20 — ярмовая балка, 21 — вертикальная стяжная шпилька, 22 — катки. Рисунок 4.2 - Силовой трехфазный масляный трансформатор В зависимости от конфигурации магнитопровода различают трансформаторы стержневого, броневого и кольцевого типов. Магнитопровод навивают из узкой ленты на станках; при этом магнитопровод броневого типа собирают из двух магнитопроводов стержневого типа. Слои ленты изолируют друг от друга тонким слоем окисла, пленкой лака или бумагой с целью уменьшения вихревых токов, наводимых в магнитопроводе переменным магнитным потоком. Навитые магнитопроводы трансформаторов стержневого и броневого типов разрезают на две половины для создания возможности монтажа на них заранее намотанных обмоток. После монтажа обмоток половины вновь соединяют и плотно стягивают специальными обжимами. Использование ленты, нарезанной вдоль направления наибольшей магнитной проницаемости материала, позволяет создавать магнитопроводы на всех участках которых магнитный поток идет по пути наименьшего магнитного сопротивления материала. Участки магнитопровода, на которых расположены обмотки, называют стержнями, остальные участки – ярмом. Для обеспечения постоянной магнитной индукции по всему магнитопроводу у трансформаторов броневого типа ширина центрального стержня в два раза больше, чем боковых участков ярма. Обмотка трансформатора – это совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС витков. Обмотки трансформаторов стержневого и броневого типов представляют собой катушки, намотанные из изолированного провода, в большинстве случаев медного, на изолирующий каркас или гильзу. Отдельные слои проводов изолируют друг от друга тонкой межслойной изоляцией из специальной бумаги или ткани, пропитанной лаками; между обмотками прокладывают более толстую межобмоточную изоляцию. Обмотки трансформатора, к которым электрическая энергия подводится, называют первичными, обмотки, от которых электрическая энергия отводится, - вторичными. Если на стержне в пределах катушки первичные и вторичные обмотки располагаются концентрично одна поверх другой, их называют концентрическими. При этом у стержневого трансформатора в катушках расположено по половине витков каждой из обмоток. Возможно раздельное расположение первичных и вторичных обмоток на каждом из стержней, но магнитная связь обмоток в этом случае ухудшается. Если обмотки чередуются в осевом направлении стержня в виде отдельных катушек, имеющих форму дисков, их называют чередующимися. В кольцевых трансформаторах обмотки наматывают непосредственно на изолированный магнитопровод одна поверх другой по всей длине магнитопровода, при этом на внутренней стороне кольца слоев получается больше, чем на внешней. Повышение электрической прочности трансформаторов и их устойчивости к механическим и атмосферным воздействиям достигается путем пропитки обмоток изоляционными лаками или компаундами или заливкой трансформаторов в эпоксидную смолу. Стержневые трансформаторы имеют наилучшие условия охлаждения ввиду большой поверхности охлаждения обмоток. Броневые трансформаторы благодаря меньшему числу катушек имеют меньшие размеры и более просты в изготовлении. Кольцевые трансформаторы отличаются малыми потоками рассеяния и низким сопротивлением сердечника благодаря отсутствию воздушных зазоров на пути потока, но более сложны в изготовлении ввиду невозможности предварительной намотки обмоток вне магнитопровода. Магнитопроводы трансформаторов, собранные из штампованных листов, представлены на 3. Магнитопроводы стержневых трансформаторов собирают из листов П-образной формы (рис. 4.3, а), броневых - из Ш-образной формы (рис. 4.3, б), кольцевых - из колец (рис. 4.3, в).  Рисунок 4.3 - Виды магнитопроводов Принцип действия трансформатора. Принцип действия рассмотрим на примере однофазного двухобмоточного трансформатора (4), первичная обмотка которого с числом витков w1 включена в однофазную сеть переменного тока с напряжением u1, а вторичная обмотка с числом витков w2 замкнута на сопротивление нагрузки Zн. Под действием приложенного напряжения u1 по первичной обмотке протекает ток i1, создающий МДС первичной обмотки F1= i1w1, которая приводит к появлению переменного магнитного потока. Основная часть потока (поток взаимоиндукции Ф0) замыкается по магнитопроводу, сцепляется с обеими обмотками и наводит в них ЭДС e1 и e2. Небольшая часть потока Фσ1, называемая потоком рассеяния первичной обмотки, замыкается по воздуху непосредственно вокруг этой обмотки.  Рисунок 4.4 – Принцип действия трансформатора Во вторичной обмотке ЭДС e2 вызывает ток i2, на сопротивлении нагрузки Zн снимается выходное напряжение u2=i2Zн и выходная мощность P2=u2i2 Одновременно ток i2 создает МДС вторичной обмотки F2=i2w2, направление которой в контуре магнитопровода определяется по правилу Ленца. Значение потока взаимоиндукции Ф0 определяется результирующим действием МДС F1 и F2. В обеих обмотках ЭДС взаимоиндукции определяются в соответствии с законом электромагнитной индукции. При увеличении тока нагрузки i2 МДС F2 стремится уменьшить поток Ф0 и тем самым – ЭДС e1. Поскольку трансформаторы выполняют с минимальными потоками рассеяния и минимальным активным сопротивлением обмоток, основная часть приложенного напряжения u1 уравновешивается ЭДС e1, которая направлена в контуре обмотки встречно напряжению u1; при неизменной амплитуде напряжения u1 ток i1 увеличивается. Таким образом, приращение выходной мощности покрывается за счет приращения потребляемой мощности P1=u1i1. Увеличение тока i1 приводит к увеличению МДС F1, и поток Ф0 восстанавливается до прежнего значения. Небольшое уменьшение потока может быть вызвано падением части приложенного напряжения на сопротивлении обмотки. Это изменение тем больше, чем меньше мощность трансформатора, однако при изменении тока нагрузки от нуля (холостой ход) до номинального значения оно не превышает нескольких процентов. Магнитодвижущая сила F1 вызывает также появление потока рассеяния вторичной обмотки Фσ2, наводящего ЭДС самоиндукции во вторичной обмотке. Трехфазные трансформаторы мощностью в единицы и десятки кВ·А обычно выполняют с единой магнитной системой фаз; в этом случае конструкция магнитной системы напоминает конструкцию магнитной системы однофазного броневого трансформатора с той лишь разницей, что здесь поперечное сечение всех трех стержней одинаковое. Большими буквами A, B, C обозначаются выводы обмотки высокого напряжения, малыми a, b, c - выводы низкого напряжения. Основные схемы соединения обмоток фаз - звезда и треугольник. При схеме звезд (Y) (рис. 4.5, б) концы обмоток x, y, z соединяются в общую нулевую точку, начала a, b и c подсоединяют к внешней цепи; при схеме треугольник (Δ) (рис. 4.5, в) поочередно соединяют начала и концы обмоток фаз. ГОСТом рекомендуются следующие схемы соединения обмоток: Y/Y0, Y/Δ и Y0/Δ ; для трансформаторов малой мощности допускаются также схемы Δ/Δ , Δ/Y и Δ/Y0.Схема Y0 означает соединение звездой с выведенной нулевой точкой. У трехфазных трансформаторов наряду с рекомендуемой схемой соединения обмоток указывается номер группы (от 0 до 12) трансформатора, соответствующий данной схеме. Группа характеризует сдвиг по фазе между первичным и вторичным линейными напряжениями трансформатора. Для параллельной работы должны подключаться трансформаторы, имеющие одинаковое выходное напряжение и принадлежащие к одной группе, чтобы не возникали уравнительные токи из-за разницы фаз выходных напряжений.  Рисунок 4.5 – Схемы соединения обмоток трансформатора Трехфазные трансформаторы широко используются в качестве трансформаторов статических преобразователей, применяемых для питания электроприводов. Импульсные трансформаторы. Импульсные трансформаторы применяют в радиоэлектронике и вычислительной технике для преобразования кратковременных сигналов с крутыми фронтами, в основном прямоугольных импульсов длительностью до долей микросекунды. Основное требование, предъявляемое к импульсным трансформаторам, заключается в минимальном искажении формы импульсов и снижении длительности фронтов импульсов. Искажение объясняется нелинейностью кривой намагничивания материала магнитопровода, наличием потоков рассеяния обмотки и увеличивающимся, по мере возрастания частоты импульсов, влиянием вихревых токов в магнитопроводе и паразитных межвитковых и межобмоточных емкостей. В частности, электромагнитная постоянная времени трансформатора, определяющая длительность фронтов импульса, тем больше, чем больше индуктивность рассеяния, паразитная емкость обмоток и вихревые токи. Уменьшение рассеяния в импульсных трансформаторах достигается использованием кольцевых магнитопроводов, уменьшение вихревых токов - использованием магнитопроводов из феррита или тонкой пермаллоевой ленты, уменьшение емкости - специальной схемой укладки проводов и металлическими экранами. Линейность намагничивания обеспечивается выбором соответствующего материала магнитопровода и малыми значениями индукции. Измерительные трансформаторы напряжения – трансформаторы, преобразующие высокие напряжения пропорционально и точно в соответствии с фазами в величины, пригодные для измерения. Трансформаторы напряжения имеют единственный магнитопровод и могут быть выполнены с одной или несколькими вторичными обмотками. Заземляемые трансформаторы напряжения по желанию помимо измерительной или защитной обмотки могут быть выполнены с дополнительной обмоткой для регистрации замыкания на землю. Измерительные трансформаторы тока - трансформаторы, предназначенные для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.   а) б) а – трансформатор напряжения; б – трансформатор тока Рисунок 4.6 – Измерительные трансформаторы Сердечники и обмотки полностью залиты эпоксидной смолой. Это обеспечивает герметическую защиту от проникновения влажности и от корозии. Во время эксплуатации не требуется никакого ухода за трансформаторами. Контрольные вопросы 1. Назовите основные конструктивные элементы силового трансформатора? 2. Для чего предназначены измерительные трансформаторы тока и напряжения? 3. Какие схемы соединения обмоток вы знаете? 4. Назовите основные виды магнитопроводов? Лабораторная работа № 5 ПОДКЛЮЧЕНИЕ ТРЁХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ К ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ Цель работы: Изучить электрические схемы подключения АД с к.з. ротором к однофазной сети. Программа работы 1. Ознакомиться с оборудованием рабочего места, изучить технический паспорт асинхронного электродвигателя М (4А71А6У3). 2. Собрать электрическую схему (рис. 5.1), подключить электродвигатель М к трёхфазной сети и снять показания приборов. 3. Собрать электрическую схему (рис. 5.2), подключить электродвигатель М к однофазной сети и снять показания приборов. 4. Рассчитать по опытным данным какую мощность в % развивает электродвигатель М при подключении к однофазной сети по схеме (рис. 5.2) по отношению к схеме (рис.5.1) при подключении его к 3-х фазной сети. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ В сельском хозяйстве часто возникает необходимость применить трёхфазные асинхронные электродвигатели в таких условиях, где нет трёхфазной, но есть однофазная сеть. В этом случае электродвигатели можно включать в однофазную сеть, применив специальные схемы соединения обмоток. У 3-х фазного АД при подключении его к однофазной сети должны быть (как у однофазного АД) рабочая и пусковая обмотки. Электродвигатель с одной рабочей обмоткой нельзя запустить без приложения посторонней силы, так как обмотка, включенная на однофазное напряжение, создаёт пульсирующее магнитное поле. Направление вращения ротора зависит от первоначального направления движения. Чтобы электродвигатель мог запускаться в определённом направлении нужно на время пуска подключить дополнительную пусковую обмотку. В цепь пусковой обмотки включается фазосдвигающее устройство: активное, индуктивное или ёмкостное сопротивление. Сдвиг по фазе на 90о между токами рабочей и пусковой обмоток приводит к тому, что максимум магнитного поля в рабочей и пусковой обмотках наступает неодновременно и магнитное поле стремится повернуть ротор, тем самым создавая пусковой момент. Для трёхфазных асинхронных электродвигателей, работающих от однофазной сети, предложено много различных схем. Наилучшие эксплуатационные показатели имеют трёхфазные электродвигатели, которые включаются в однофазную сеть при помощи конденсаторов. Типы конденсаторов, которые рекомендуются для применения: МБГЧ – металлобумажный, герметизированный, частотный; КБГ-МН – конденсатор бумажный, герметизированный, в металлическом корпусе, нормальный; БГТ - бумажный, герметизированный, термостойкий; ЭП - электролитический пусковой. Пусковые конденсаторы после запуска электродвигателя отключают и разряжают. Частота вращения трёхфазного электродвигателя при включении его в однофазную сеть с применением конденсаторов по сравнению с частотой вращения электродвигателя при работе от трёхфазной сети изменится незначительно. Пусковое усилие электродвигателя и развиваемая им мощность зависят от ёмкости конденсаторов. Ёмкость конденсаторов подбирают с учётом схемы его включения. Так, при соединении статора в «звезду» ёмкость рабочего конденсатора составит: Ср = 2800  , мкФ; (5.1)а при соединении обмотки в «треугольник»: Ср = 4800 , мкФ; (5.2)Номинальным током Iн и напряжением Uн здесь условно называются фазные значения этих величин, указанные в паспорте электродвигателя. Выбор конденсаторов по номинальному напряжению производят по условию: Uк = ( 1,5 2,0 ) Uс ; (5.3) где Uк и Uс – напряжение на конденсаторе и в сети, В. Если электродвигатель запускается в холостую, то в качестве пусковой ёмкости Сп можно использовать Ср. Если же запуск электродвигателя осуществляется под нагрузкой, то ёмкость конденсаторов, включаемых в момент пуска, должна быть увеличена в два-три раза по сравнению с рабочей ёмкостью. |