Шихтовка железа стержневого трансформатора

I Трансформаторы……………………………………………..………………………...…6

1.1. Устройство трансформатора…………………………………………………….…..6

1.1.1. Шихтовка железа стержневого трансформатора………………………….…..6

1.2.Однофазные трансформаторы. Холостой ход однофазного трансформатора.…...7

1.2.1.Ток холостого хода……………….…………………………………………..….7

1.2.2.Потери при холостом ходе трансформатора………………………………..….8

1.2.3.Схема замещения трансформатора при холостом ходе………………….…....8

1.2.4.Определение параметров экспериментально zm, xm,rm…………………..…..9

1.3. Работа однофазного трансформатора под нагрузкой…………………………..…..9

1.3.1 Физические процессы в трансформаторе при нагрузке………………….……10

1.3.2. Векторная диаграмма трансформатора при нагрузке………………………...10

1.3.3.Схема замещения трансформатора при нагрузке………………………….…..11

1.4. Режим короткого замыкания однофазного трансформатора…………………..…..12

1.4.1. Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании………..…12

1.4.2. Потери при коротком замыкании………………………………………………13

1.4.3. Экспериментальное определение параметров короткого замыкания……….13

1.4.4. Треугольник короткого замыкания……………………………………………13

1.5. Совмещение режимов……………………….……………………………………….14

1.6. Трехфазные трансформаторы……………………….………………………….…...16

1.6.1. Группы соединения трансформаторов…………………………………….…..17

1.7. Холостой ход трехфазного трансформатора……………………………………….18

1.7.1. Групповой трансформатор……………………….………………………….…20

1.7.2. Трехстержневой трансформатор……………………….………………………20

1.8. Параллельная работа трансформаторов………………………………………….…20

1.8.1. Параллельная работа трансформаторов при неравенстве коэффициентов трансформации………………………………………………..…………………….…21

1.8.2. Параллельная работа трансформаторов при неравенстве напряжений

короткого замыкания…..……….……………………….………………………….…22

1.8.3. Параллельная работа трансформаторов с различными группами

соединения……………………………………………………………………………..22

1.9. Переходные режимы трансформаторов……………………….……………………23

1.9.1. Переходный процесс при включении трансформатора в холостую……...…23

1.9.2. Переходный процесс при коротком замыкании трансформатора……….…..25

1.9.3. Переходные процессы, вызванные перенапряжением……………………..…26

II Асинхронные машины…………………………………………………………….….…29

2.1. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя…………………….…29

2.1.1. Принцип создания вращающего магнитного поля статорной обмоткой……29

2.1.2. Принцип действия асинхронного двигателя………………………………..…29

2.2. Общие вопросы машин переменного тока…………………………………….……30

2.2.1. Обмотки машин переменного тока……………………….……………………30

2.2.2. Электродвижущая сила (ЭДС) обмотки машин переменного тока…….……34

2.2.3. Намагничивающая сила обмоток машин переменного тока…………………37

2.3. Рабочий процесс асинхронного двигателя…………………………………….……42

2.3.1. Режимы работы асинхронной машины……………………………………..….42

2.3.2. Режим двигателя……………………….……………………………………..…43

2.3.3. Трехфазная асинхронная машина при вращающемся роторе……………..…43

2.3.4. Привидение параметров роторной обмотки к статорной………………….…45

2.3.5. Приведение асинхронного двигателя к эквивалентному трансформатору.…46

2.3.6. Схема замещения роторной цепи……………………….……………………...46

2.3.7. Векторная диаграмма асинхронного двигателя……………………………....46

2.3.8. Схемы замещения асинхронной машины……………………………….…...…47

2.4. Вращающий момент асинхронной машины…………………………………………49

2.4.1. Вращающий (электромагнитный) момент асинхронной машины……….….49

2.4.2. Максимальный (критический) момент. ………………………………….……52

2.4.3. Расчетная формула момента. ……………………………………………….….52

2.4.4. Влияние высших гармоник магнитного поля на работу асинхронной

машины……………………….……………………….………………………….…..…53

2.5. Круговая диаграмма асинхронной машины……….………………………….…..…55

2.6. Пуск трехфазных асинхронных двигателей…………………………………….…..57

2.6.1. Пуск под номинальным напряжением (прямой пуск) ……………………….58

2.6.2. Пуск при пониженном напряжении………………………………………...….58

2.6.3. Пуск двигателя с фазным ротором……………………………………………..59

2.7. Асинхронные двигатели с обмоткой ротора специального исполнения………….60

2.7.1. Короткозамкнутый асинхронный двигатель с глубоким пазом на роторе….60

2.7.2. Короткозамкнутый асинхронный двигатель с двойной клеткой на роторе…62

2.8. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей…………………...…64

2.8.1. Регулирование частоты вращения двигателя изменением частоты…………64

2.8.2. Регулирование частоты вращения двигателя путем изменения числа пар полюсов………………………………………………………………………………...65

2.8.3. Регулирование частоты вращения двигателя сопротивлением в цепи

ротора (с фазным ротором) ……………………….……………………………….….67

2.8.4. Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения....67

2.9. Асинхронная машина в качестве генератора………………………………….……67

2.9.1. Векторная диаграмма асинхронного генератора…………………………...…68

2.9.2. Однофазный двигатель……………………….…………………………………68

III Машины постоянного тока ……………………….………………………………...….71

3.1. Устройство и принцип действия машин постоянного тока………………….….…71

3.2. Обмотки якоря машин постоянного тока……………………………………………72

3.2.1. Простая петлевая обмотка……………………….…………….…………..……73

3.2.2. Простая волновая обмотка……………………….……………………………..74

3.2.3. Сложно-петлевая обмотка……………………….……………………….……..75

3.2.4. Сложно-волновые обмотки……………………….…………………….…..…..76

3.2.5. Симметрия обмоток……………………….……………………………….……76

3.2.6. Смешанная (лягушечная) обмотка……………………………………………..78

3.3. ЭДС обмотки якоря………………………………………………………………..….78

3.4. Реакция якоря в машинах постоянного тока………………………………….…….79

3.5. Генераторы постоянного тока……………………….……………………………...81

3.5.1. Генератор независимого возбуждения…………………………………………82

3.5.2. Генератор параллельного возбуждения…………………………………….….83

3.5.3. Генератор последовательного возбуждения………………………………..…84

3.5.4. Генератор смешанного возбуждения……………………………………..……85

3.6. Двигатели постоянного тока……………………….………………………………..86

3.6.1. Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока……………………..86

3.6.2. Пуск двигателей постоянного тока…………………………………………….87

3.6.3. Реверсирование двигателя постоянного тока………………………………….88

3.6.4. Классификация двигателей постоянного тока………………………………...88

3.6.5. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока……………91

3.7. Коммутация двигателя……………………….………………………………………94

3.7.1 Закон изменения тока в коммутируемой секции………………………..….….96

3.7.2. Прямолинейная коммутация……………………….………………………..…97

3.7.3. Замедленная коммутация……………………….…………………………..….98

3.7.4. Ускоренная коммутация……………………….……………………………….99

3.7.5. Определение реактивной ЭДС-er……………………….………………..……100

3.7.6. Способы улучшения коммутации……………………….…………………..…101

3.7.7. Круговой огонь в машинах постоянного тока……………………………...…104

IV Синхронные машины ……………………………………………………….…….……106

4.1. Назначение, устройство и принцип действия………………………………………106

4.2. Работа генератора при холостом ходе………………………………………………107

4.3. Реакция якоря в синхронном явнополюсном генераторе………………….………107

4.3.1. Реакция якоря при активной нагрузке…………………………………………108

4.3.2. Реакция якоря при индуктивной нагрузке…………………………….……....108

4.3.3. Реакция якоря при емкостной нагрузке………………………………………..109

4.3.4. Реакция якоря при смешанной нагрузке………………………………………110

4.4. Магнитное рассеяние…………………………………………………………...……110

4.5. Рабочий процесс синхронной машины……………………………………….…...…111

4.5.1. Основная диаграмма ЭДС явнополюсного синхронного генератора………...111

4.5.2. Преобразованная диаграмма ЭДС явнополюсной синхронной машины….....112

4.6. Определение параметров синхронной машины со снятыми характеристиками….113

4.6.1. Определение индуктивного ненасыщенного сопротивления Xd……….…....113

4.6.2. Определение параметра Xd насыщенного……………………………………..114

4.6.3. Определение параметра Xq…………………………………………….………115

4.6.4. Определение параметров Xq и Xd методом скольжения……………….……115

4.6.5. Определение параметра Xs……………………………………………………..115

4.7. Понятие о сверхпереходных и переходных индуктивных сопротивлениях…..…116

4.8. Диаграммы намагничивающих сил………………………………………………….117

4.9. Параллельная работа синхронных генераторов…………………………….……...118

4.9.1. Параллельная работа генераторов при неравенстве напряжений……………118

4.9.2. Параллельная работа генераторов при неравенстве частот…………….……119

4.10. Синхроноскопы………………………………………………………………….…..119

4.10.1. Включение генератора параллельно сети на погасание ламп………….…..120

4.10.2. Включение генератора параллельно сети на бегущий свет………………..120

4.11. Электромагнитная мощность и момент синхронных машин………………..…..121

4.12. Режимы работы синхронной машины параллельно с сетью………………..…..122

4.13. Синхронные двигатели………………………………………………………….….125

4.13.1. Векторные диаграммы синхронного двигателя……………………………..126

4.13.2 Угловые характеристики синхронного двигателя……………………………126

4.13.3. Режим работы синхронного двигателя при постоянном моменте и переменном токе возбуждения…………………………………………………….…127

4.13.4. Пуск синхронного двигателя…………………………………………………129

Список литературы…………………………………………………………………………..132

Трансформатор – статистический электромагнитный аппарат преобразующий систему переменного тока одного напряжения в систему переменного тока другого напряжения. Трансформаторы служат для передачи и распределения электроэнергии потребителей. Трансформаторы бывают: повышающие, понижающие; однофазные, трех и многофазные; силовые, измерительные, испытательные и т. д.

Номинальные данные щитка: S_H, квт, U₁_H/U₂_H, I₁_H/I₂_H, l/l.

Активными элементами трансформатора являются:

Для магнитопровода используется электротехническая сталь:

Однофазные трансформаторы. Холостой ход однофазного трансформатора

При синусоидальном напряжении и потока, как холостого хода имеет несинусоидальную форму, за счет насыщения железа в области амплитуды потока.

Отличие: поток от индукции запаздывает,Ф- поток

Рассмотрим какие потоки и ЭДС в однофазном трансформаторе.

Характеристики трансформатора при нагрузке определяют его рабочие свойства. Эти характеристики непосредственно можно получить только для трансформаторов небольшой мощности. Для трансформаторов средней и большой мощности характеристики при нагрузке определяют косвенным путем, т.е. путем наложения данных опыта короткого замыкания на режиме холостого хода.

1) Путем наложения треугольника короткого замыкания на режим холостого хода получим режим нагрузки т.е. напряжение U^’₂и угол j₂ между потоками I.

2) Потери при нагрузке равны потерям мощности при холостом ходе и коротком замыкании.

3) Ток нагрузки трансформатора не равен току холостого хода и короткого замыкания.

4) Коэффициент полезного действия можно получить через данные полученные в опыте холостого хода и короткого замыкания.

Задаваясь b = 0,25; 0,5; 0.75; 1.0; 1.25 при cosj₂ = const построим зависимость h = f(b)

Максимумы h наступает тогда, когда потери в стали равны потерям в меди.

Изменением напряжения трансформатора называется (выраженная в % от номинального вторичного напряжения) арифметическая разность между номинальным вторичным напряжением при холостом ходе U_ГН и напряжением U₂ при номинальном токе.

1) при выводе используется предыдущая векторная диаграмма

тогда

, т.е. для определения DU достаточно определить вторичное напряжение

Выразим DГ через составляющие напряжения короткого замыкания.

эта величина очень мала и ей можно пренебречь

Это выражение для b = 1, при различных значениях b

, из формулы видно, что DU зависит как от величины, так и от характера нагрузки. Кроме того, видим, что для определения DU используется данные, полученные из опыта короткого замыкания.

Используя это выражение, можно получить ряд характеристик при нагрузке:

Видим, что, используя опыты холостого хода и короткого замыкания можно получить все характеристики трансформатора при нагрузке.

Трехфазный трансформатор представляет собой соединение трех однофазных трансформаторов. Поэтому вся теория, рассмотренная для однофазного трансформатора относится и к трехфазному применительно к одной фазе. Но в трехфазных трансформаторах есть свои особенности, которые мы рассмотрим ниже.

По конструкции трехфазные трансформаторы бывают в двух основных видах.

1. трансформаторы с независимой магнитной системой (групповые), где каждая фаза трансформируется своим трансформатором.

Трансформаторы трехстержневые, где существует магнитная связь между фазами

1) резерв достаточен на 1/3 установленной мощности;

2) транспортный габарит меньше чем у трехстержневого трансформатора.

Групповой трансформатор используется на большие мощности на тепловых станциях.

Трехстержневые трансформаторы используется в распределительных сетях на предприятиях.

Эта особенность относится к трехстержневому трансформатору (рис.2). Поток в среднем стержне при холостом ходе проходит путь меньше, чем в крайних стержнях, а это приводит к тому, что токи в крайних стержнях на 40-50% больше, чем в среднем при симметричном потоке. Т.е. при холостом ходе токи представляют несимметричную систему. Модули не равны и угол не равен 120°.

При нагрузке система токов по фазам принимает симметричную систему.

Связана со способом соединения обмоток. Гостом предусмотрены следующие способы соединения обмоток: l, D, Z. Обозначение фаз.

При изготовлении трансформаторов, гостом предусматриваются следующие способы соединения:

1) l/l₀ для мелких распределительных трансформаторов (на предприятиях);

2) l/D для трансформаторов средней и большой мощности;

3) l₀/D для трансформаторов большой мощности при повышенном напряжении.

Соединение в зигзаг делается на стороне низкого напряжения.

Соединение делается так, чтобы ЭДС этих полуобмоток вычиталось, для этого необходимо конец одной части фазы соединить с концом второй части другого стержня.

Такой способ применяется там, где существует резкая не симметрия (точные трансформаторы, трансформаторы для выпрямительных устройств). При таком способе соединения выравнивается магнитная не симметрия по стержням.

В групповом трансформаторе поток третьей гармоники замыкается по тому же пути, что и основной поток, т.е. по малому магнитному сопротивлению. Поэтому величина потока Ф₃ достигает 15¸20% от основного потока. Поток Ф₃ наводит в фазах ЭДС е₁₃, е₂₃ с тройной частотой f₃ = f₁₃, поэтому фазная ЭДС е₂₃ достигает 40¸60% от ЭДС первой гармоники Е₂₃ = 4,443×f₁W₂Ф₃. ЭДС третьей гармоники накладывается на фазную ЭДС первой гармоники Е₁. Искажая ее и увеличивая на 40-60%. Такое повышение фазной ЭДС не желательно, так как возможен пробой изоляции и перегорание потребителей рассчитанных на фазную ЭДС. Поэтому групповой трансформатор по схеме l/l не применяется.

В трехстержневом трансформаторе третья гармоника потока не может замыкаться по магнитопроводу, т.к. во всех фазах направлены в одну сторону (совпадают по фазе).

Поэтому третья гармоника потока замыкается по маслу (воздуху), используя на своем пути стальные конструкции (бак, крепежные детали и т.д.). Так как магнитное сопротивление потокам третьей гармоники относительно велико, то эта гармоника потока в трехфазном трансформаторе относительно не велика и наводимая этим потоком ЭДС так же не велика, поэтому искажение фазной ЭДС практически нет. Однако потоки третьей гармоники замыкаясь по баку и крепежным конструкциям наводят в них с тройной частотой вихревые токи, т.е. увеличивает потери в стали так при индукции в стержне В = 1,6 Тл, потери увеличиваются на 50% от основных.

При холостом ходе нет нагрузки на валу, ротор под действием вращающего магнитного поля статора разгонится до скорости близкой к синхронной, а ток статора равен току холостого хода. Мощность, потребляемая из сети пойдет на покрытие потерь, т.е.

Разница между тр-м и двигателем будет только конструктивная. В двигателе имеется воздушный зазор. Поэтому ток холостого хода двигателя равен 20 - 30° от номинального.

При этом режиме ротор механически заторможен, а обмотка ротора закорочена. К статору подводится пониженное напряжение, при котором ток имеет значение близкое к номинальному. Мощность короткого замыкания пойдет на покрытие потерь в стали и обмотках. При номинальном напряжении пусковой ток

Используя данные режима холостого хода и короткого замыкания можно построить круговую диаграмму, а по ней определить рабочие характеристики работы двигателя при нагрузке.

В Г-образной схеме рабочая ветвь и цепь намагничивания независимы, а сопротивления активные и индуктивные можно просуммировать.

Ток I₁, не должен изменяться, тогда исходя из Т-образной схемы

поэтому параметры статорной обмотки должны умножить на коэффициент С₁, а параметры роторной обмотки на

(см. Г-образную схему). Покажем связь между током в роторе

(Т-образной схемы замещения) с током

(Г-образной схемы замещения).

если подставить выражение тока

и преобразуем это выражение, тогда получим

т.е. С₁ представляет собою отношение напряжения приложенного к двигателю

к напряжению на намагничивающем контуре при токе идеального холостого хода (S = 0).

Реально в машинах r₁ и r_m << r_m и X_m. Если пренебречь сопротивлением r₁ и r_m, тогда коэффициент С₁ примет вещественную величину

Г-образная схема замещения широко используется для построения круговой диаграммы асинхронной машины, а также вывода формулы электромагнитного момента.

Расчетная формула момента показывает, что момент асинхронного двигателя пропорционален потоку и активной составляющей тока ротора.

для вывода расчетной формулы используем нижнюю часть векторной диаграммы асинхронного двигателя

тогда

, т.е. момент зависит от потока и активной составляющей тока ротора.

Не все высшие гармонические магнитного поля, созданные статором и ротором сцепляются с обеими обмотками и образуют асинхронные вращающие моменты. Это особенно характерно для зубцовых высших гармоник. При определенных скоростях вращения ротора отдельные гармонические зубцового поля статора могут двигаться синхронно с соответствующими гармоническими зубцового поля статора. Под действием магнитных сил в этом случае возникают механические воздействия между статором и ротором и создаются синхронные моменты для какого-то одного значения скольжения. При этом пространственный период основной зубцовой гармоники статора и ротора должен быть одинаков. То есть

Зубцовые и другие магнитные поля статора ротора, образующие синхронные моменты, проявляющиеся не только при взаимном синхронном их вращении, но и при любых других скоростях вращения. В этом случае они образуют периодически меняющиеся вращающиеся моменты, которые в течение одного полупериода направлены в сторону вращения ротора, а в течении другого полупериода в обратном направлении. Такие периодически меняющиеся моменты могут создавать вибрации ротора и статора, которые становятся особенно заметными при наличии резонансных явлений. При неблагоприятных соотношениях зубцов статора и ротора могут возникнуть не только тангенциальные, но так же и радиальные магнитные силы притяжения, действующие на статор и ротор и перемещающиеся вдоль окружности воздушного зазора при вращении ротора, эти силы вызывают вибрацию машины.

Косвенный метод (по данным опыта холостого хода и короткого замыкания). Используя данные опыта холостого хода и короткого замыкания можно построить упрощенную круговую диаграмму, а из нее получить данные для построения рабочих характеристик.

Геометрическим местом тока

является окружность.

а по ним строится вектор тока хх – I₀, задавшись масштабом тока m_I (A/см)

Для построения точки А, где S = 1 приводим ток I_к, мощность Р_к и Cosj_к к номинальному напряжению I_п ® U_н. Из рис. 2

Откладываем отрезок

получаем точку А. Соединив точку А с О получим хорду окружности. Опуская перпендикуляр из середины хорды до линии

получим центр окружности

Получим точку В. Соединив точку О с В и продлив до окружности получим точку F где S = ±¥. Мощность

, т.е.

Как получить данные из круговой диаграммы для построения рабочих характеристик?

Для каждого значения тока I₁определяем (1-6) и сводим в таблицу 1. По данным таблицы строятся рабочие характеристики

и сводим в таблицу 1. По данным таблицы строятся рабочие характеристики. Скольжение определяется по рис.5.

Однофазный асинхронный двигатель по своим рабочим характеристикам уступает 3^х фазному. Но он имеет то преимущество, что питается от однофазной сети. У однофазного двигателя в пазах статора укладываются две обмотки сдвинутые в пространстве на 90° эл. градусов. Но вторая (пусковая обмотка) используется только на период пуска, после чего она отключается. Ротор обычно короткозамкнутый. Однофазная обмотка создает пульсирующий магнитный поток, который можно разложить на прямой поток и обратный. При пуске (n = 0) моменты от прямого и обратного потока равны и противоположны. По этому пусковой момент М_п = 0. Если сдвинуть ротор по направлению прямого поля, то ротор разгонится до скорости близкой к скорости поля Ф_пр.

Его скорость n = n₁(1 - S) по отношению к прямому полю. Скорость вращения обратного поля относительно ротора определится:

т.е. обратное поле по отношению к ротору вращается почти с двойной скоростью. Отсюда индуктивное сопротивление ротора от обратного поля

будет большим, а активная составляющая тока в роторе будет малой и момент от обратного поля будет малым. А момент от прямого поля будет большим, т.к. скольжение при пуске уменьшается, уменьшается Х_2пр, а следовательно активная составляющая от прямого поля будет возрастать и момент так же возрастет, что подтверждается на кривых момента от прямого и обратного поля.

Из рис.2 видно, что при S = 1 пусковой момент равен нулю (М_п = 0).

Для создания пускового момента используется пусковая обмотка. Обмотка возбуждения и пусковая обмотка создают вращающееся магнитное поле, которое наводит в обмотке ротора ЭДС и ток, и создается асинхронный момент.

При пуске включается пусковая обмотка и создается асинхронный момент, после разгона ротора пусковая обмотка отключается ключом К.

Условия создания кругового поля двумя обмотками:

1. Обмотки в пространстве должны быть сдвинуты на 90°.

2. Токи и потоки в обмотках должны быть сдвинуты во времени на 90°.

3. Намагничивающие силы обмоток должны быть равны F_А = F_В

При невыполнении одного из них поле будет эллиптическим.

На рис.5 представлена зависимость момента от скольжения с учетом пусковой обмотки.

Представим диаграммы токов обмоток при различных фазосдвигающих элементах.

Использование 3^х фазного двигателя в однофазном режиме.

Для того, чтобы выполнить обмотку в развернутом виде необходимо рассчитать четыре шага; (рис. 7)

Шаг по коллектору – расстояние между осями коллекторных пластин концов секции.

Шаг по коллектору измеряется числом коллекторных делений. В простой петлевой обмотке шаг по коллектору

. В практике используется правоходовая (знак

2. Второй шаг – первый частичный шаг – это расстояние между начальной и конечной активными сторонами секции –

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: