Четырехпроводн. 3хфазная сист.

Если нагрузка несимметрична и соединяется по схеме Y то токи в фазах не равны, à падение напряжений в фазах не одинаково à перекос фазных напряжений, т.е. . потребители м/т выходить из строя, для предотвр. исп. 0-й провод. По I з-ну Кирхгофа: I_O=I_A+I_B+I_C; назначение– выравнивание фазного напряжения.

Н-р, при отсутствии нагрузки в фазе А и равных нагрузках в фазах В и С в при отсутствии 0 провода нагрузки в этих фазах окажутся включенными последовательно на линейное напря­жение, которое равномерно распределяется между ними. à сопр-я нагрузки в фазах В и С окажутся под напряжением, равным половине линей­ного напряжения, т. е.

Uв=Uc=U_A/2=√3/2*UфUA = 1,5 Uф.

Векторная диаграмма для 4-х проводной 3-х фазной системы.

φA=arctgXA/RA

16.ТРАНСФОРМАТОР э/м аппарат, преобр-щий переменный ток одного напряжения в ток др. напр той же частоты состоит из замкнутого ферромагн-го сердечника, собранного из листовой эл/тех стали, с 2мя независ. обмотками, из медного изолир-го провода. Силовые-мощностью >10кВ*А в линиях эл. передач для ум-я потерь энергии: S=UI. Под действием переменного напряжения в первичной обмотке возникает перемен. ток,создающий магнитодв-ую силу i1n1 и в сердечнике возб-ся перем. м. поток Ф=Фмsinωt. Он индуктирует ЭДС самоинд. в первич. Обмотке (ε1=-n1*dФ/dt=-n1*Фmωcosωt=E1msin(ωt-п/2), где E1M=n1*Фm*ω-амплитуда первичной ЭДС) и ЭДС взаимной индукции(ε2=-n2*dФ/dt=-n2Фm*cosωt=E2m*sin(ωt-п/2) в обмотках. ЭДС самоиндукции уравновешивает часть входного напр, а ЭДС взаимной инд. создает напряжение на выходе трансф-ра. При подключении нагрузки во вторичной обмотке возникает ток и из первичной обмотки во вторичную передается эл. энергия, посредством магнитного потока.

Действующие зн-я ЭДС: E1=E1m/√2=n1*Фm*ω/√2=

=2п*fn1*Фm/√2=4.44fn1*Фm;E2=E2m/√2=

=n2*Фm*ω/√2=2п*fn2*Фm/√2=4.44fn1*Фm

Коэф трансформации: k=E2/E1=U2/U1=w2/w1=I1/I2

k>1 – повыш-ий; k<1 – пониж; k=1 – приведенный.

Режим работы трансформатора

1)Номинальный. - при номинальных зн-ях напряж и тока первичной обмотки трансф-ра.

2)рабочий. Напряж. первичной обмотки близко к номинальному, а ток меньше номинального зн-я.

3) х/х. режим ненагруженного тр-ра, цепь вторич. обмотки разомкнута(I2=0) или подключена к приемнику с большим сопр-ем нагрузки-вольтметр.

4) к.з-вторичная обмотка коротко замкнута(U2=0) или приемник с малым сопротивлением -амперметр

17.ОПЫТ ХОЛОСТОГО ХОДА

х/х это испытание тр-ра при разомкнутой цепи вторич. обмотки и номинальном первичном напряж. U1x=U1ном. Опр-ют коэф трансформации k=E2/E1=U2/U1=w2/w1=I1/I2 и мощность потерь в магнитопр: P_x=I²_x*R₁+Pcт≈Pcт; (из-за малости I²_x*R₁ м/о пренебречь) т.е это потери в стали при номинальном первичном напряжении. Они не зависят от нагрузки тр-ра и наз-ся постоянными.

Опыт к/з – испыт. при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки (U2=0) и номинальном первичном токе I1K=I1ном. Опыт служит для опр-я мощности потерь в проводах, внутр. падения напряжения. Напряж. к.з: Uк=Uк/U1ном*100% Т.к. Uк<<U1ном, то пропорциональный напряжению м.поток Ф имеет небольшую величину, и вызываемые им потери в сердечнике незначительны. Мощность при к/з расходуется только на нагрев обмоток, т.е. равна потерям в меди при номинальном режиме:

Активное сопротивление к. з. Rk=Pпотерь/I21k

Индуктив:. Xk= √(Z2k - R2k)= √((U1k / I1ном)2 - R2k)

Полное: Zk= √(R2k + X2k)

Напряжение к. з: uk = (Zk*I1ном /U 1ном)*100%

Коэф. трансформации: n21 ≈ I1k/ I2k (повышающий)

n12 ≈ I2k/ I1k (понижающий тр-р)

18. ВНЕШНЯЯ Х-КА И КПД ТР-РА

Внешняя х-ка определяет зависимость значений вторичного напряжения U2 от тока нагрузки I2. Коэф. загрузки тр-ра: β= I₂/I_2ном;

I_2ном=I_1ном /n₂₁ - номинальный ток нагрузки при номин. первичном токе I_1ном.

КПД -отношение активной мощности P2 на выходе тр-ра к актив. мощ. P1 на входе, η= (P2 / P1) 100%. P1=Рпр1-Рс-Рпр2, Рпр-мощность потерь на нагрев проводов, Рс - на гистереис и вихревые токи в магнитопроводе. Потери в проводах обмоток – переменные, а в магнитопроводе – пост. потери.

b – коэф. загрузки тр-ра; ΔP-мощность потерь; P_K.НОМ – мощ.потерь в проводах обмоток при номинальных токах; сosφ-коэф.мощности.

КПД мах при b=√(Рс/Рк.ном),

Трехфазные тр-ры. У 3х однофазных тр-ров первичные и вторичные обмотки размещены на 1 стержне сердечника, а др. стержени не имеют обмотки, их м/о объединить в один 0. Т.к Σ магнитных потоков Фа + Фb + Фс=0, то в 0 стержне м. потока нетàдостаточно 3 стержня в 1 плоскости.

На каждом стержне - обмотки высшего и низшего напряжения. Стержни соединяются ярмом. Длина магнитных лилий потока среднего стержня < чем крайних стержней. Поэтому в фазе, обмотка которой помещена на среднем стержне, протекает меньший намагничивающий ток. В стандартных схемах, обмотки высшего напряжения соединены звездой, т.к тогда фазное напряжение в √3 раз < линейного à упрощается изоляция обмоток. Обмотки низшего напряжения соединяются треугольником, т.к тогда тр-р менее чувствителен к не симметрии нагрузки фаз.

19. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Статор - полый цилиндр из пластин эл.технической стали. На внутр. поверхности - пазы где уклад-ся с 3 фазные обмотки началами С₁, С₂, С₃. Концы обмоток выносятся на плату.Соединяются обмотки:

Y D

РΔ=3РY. Число оборотов магнитного поля статора: n1=60f/P; f=50Гц-магнитная частота, Р-число пар полюсов. Ротор- цилиндрический магнитопровод на внешней пов-ти - пазы в которые укладываются коротко замкнутые или 3фазные обмотки соединенные по схеме звезда.

1-обмотки ротора

2-контактные кольца

3-пусковые реостаты

Принцип действия АД

При подведении 3хфазного переменного тока к обмоткам статора получается вращ-ся магн. поле. Оно и наводит в стержнях обмотки ротора ЭДС. Т.к обмотка ротора замкнута, то в стержнях возникают токи. Взаимодействие этих токов с полем статора создает на проводниках обмотки ротора э/м силы Fпр, ( направление по правилу «левой руки»). Силы Fпр стремятся повернуть ротор в направлении вращения магн. поля статора. Совокупность сил Fпр проводников, создает на роторе э/м момент М, приводящий его во вращение.

Относительная величина отставания n2 от n1 наз-ся скольжением: S=(n2-n1)/n1, n2 – число оборотов ротора. Для АД 0<S<1, на практике- S=0,01-0,07

Режимы работы АД. При пуске А.Д. S=1, n=0 - частота вращения ротора. В режиме идеального х/хода n=n0, S=0. Номинальный режим: Sн=(2÷5)%. В режиме реального х/хода: Sхх=(0,2÷0,7)%.

S<0-режим генератора, S>1-режим э/м тормоза

20.РАБОЧИЕ х-ки и способы пуска АД

Это зависимости частоты вращения n, вращающего момента Мвр, коэф. мощности cosφ1 и КПД η двигателя от полезной мех. мощности P2 на валу.

http://techno.x51.ru/index.php?mod=text&uitxt=906

http://electricalschool.info/spravochnik/maschiny/495-rabochie-kharakteristiki-asinkhronnogo.html

http://www.motor-remont.ru/books/1/08_94.html

ПУСК:для АД с короткозамк. ротором 3 схемы:

1) Реакторный пуск. Рубильник последовательно соединяет реактивную катушку (ее сопротивление ограничивает величину пускового тока) и статор двигателя, когда скорость ротора приблизится к номинальной, замыкается рубильник, он закорачивает катушку и статор переключается на полное напряжение сети.

2) при автотрансформаторном пуске: по мере разгона двигателя автотрансформатор переводится в положение работа в котором на статор подается полное напряжение сети

3)с переключением с Y на Δ. Дает 3хкратное уменьшение тока. РΔ=3РY

Реостатный пуск. при большой нагрузке на валу. Используют АД с фазным ротором. Для увеличения пускового момента, в схему ротора включают 3хфазный реостат. После пуска происходит уменьшение пускового тока двигателя. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится и после окончания пуска обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко.

21.СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ.

Токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся м. поле, которое сцепляется с полем индуктора, и происходит преобразование энергии. Обычно якорь - на статоре, индуктор — на роторе. Поле якоря оказывает воздействие на поле индуктора - поле реакции якоря. Индуктор состоит из полюсов — электромагнитов постоянного тока или постоянных магнитов . Индукторы бывают явнополюсные или неявнополюсные. В явнопол. полюса ярко выражены и конструкция схожа с полюсами машины постоянного тока. В неявнополюсных обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, как в асинхронных машинах с фазным ротором.

en=Em*sinωt; eв=Em*sin(ωt-120⁰); ec=Em*sin(ωt-240⁰)

Принцип действия - на взаимодействии вращающегося м. поля якоря и м. поля полюсов индуктора. Для его работы в синхронном режиме, двигатель н/о разогнать почти до частоты вращения м. поля. М.поле якоря сцепляется с м.полями полюсов индуктора. Для разгона исп-ся асинхронный режим - обмотки индуктора замыкаются ч/з реостат или накоротко, для этого на роторе делается короткозамкнутая обмотка. В двигателях с постоянными магнитами применяется внешний разгонный двигатель.

Частота вращения ротора n [об/мин] остаётся неизменной, связанной с частотой сети f [Гц]: n=60f/p, где p — число пар полюсов ротора.

СД применяются в приводах большой мощности (десятки мегаватт). На тепловых станциях, металлург. заводах, шахтах, холодильниках приводят в движение механизмы работающие с постоянной скоростью. М/т работать с различной реактивной мощностью. Но стоимость приводов с СД выше, чем с асинхронными. На крупных станциях - спец. СМ, работающие в режиме х/хода и отдающие в сеть т/о реактивную мощность, которая необходима для асинхронных двигателей. Их наз-ют синхронными компенсаторами.

22. Х-КИ СД И ЭЛ. СХЕМЫ ВКЛЮЧ-Я

1) Для определения макс. момента СД-М_МАКС, до которого сохраняется синхронная работа применяется угловая харак-ка. Напряжение U=const и частота f=const. àзначения э/м-го момента Мэм и мощности P, при токе возбуждения Iв=const зависят т/о от угла θ (θ - сдвиг фаз между векторами напряжения Ù и ЭДС Ė0). Зависимости Мэм(θ) и P(θ) наз-ся угловыми характеристиками. Они позволяют анализировать процессы в синхронном двигателе при изменении нагрузки. М=М_максsinθ. М максимален при θ=π/2. При θ> π/2, М уменьш-ся и CД выпадает из синхронизма.

2) Электроприемники потребляют реактивную мощность àснижение напряжения в сети. Способ компенсации реактивной мощности – использ-е СД, который генерирует реактивную мощность в сеть. Для этого СД работает с опережающим коэф-ом cos φ. Возможность работы СД в качестве компенсатора реактивной мощности иллюстрируют U-образные х-ки СД. Они показывают зависимости тока статора I₁ и его cos φ от тока возбуждения I_В при U=const и Р=const. Х-ки I₁(I_В) показывают, что при увеличении от 0 тока возбуждения ток статора вначале уменьшается. При некотором токе возбуждения она становится =0, а cos φ=1. При дальнейшем ув-ии тока возбуждения вновь ув-ся реактивная составляющая тока статора, но уже с опережающей фазой. Если на валу нет тормозного момента, то ток фазы статора считают реактивным:

İ(Iв) = İp(Iв) = (-Ė0 + Ù)/jX = ( Ù + jωψ0 (Iв))/jX

Способы пуска СД

1) асинхронный пуск на полное напряжение сети;

2) пуск на пониженное напряжение через реактор или автотрансформатор.

Асинхронный пуск - статор присоединяется к сети. Двигатель разгоняется как асинхронный до скорости вращения, близкой к синхронной. В процессе асинхронного пуска обмотка возбуждения замыкается на разрядное сопротивление, чтобы избежать пробоя обмотки возбуждения при пуске, так как при малой скорости ротора в ней могут возникнуть большие перенапряжения. При скорости вращения, близкой к синхронной, срабатывает контактор КМ, обмотка возбуждения отключается от разрядного сопротивления и подключается к якорю возбудителя. Пуск заканчивается.

3) вспомогательным пусковым двигателем.

ротор СД с возбужденными полюсами развернуть вспомогательным двигателем до скорости вращения поля статора, то магнитные полюсы статора, взаимодействуя с полюсами ротора, заставят ротор вращаться далее самостоятельно в такт с полем статора, т. е. синхронно.

Число пар полюсов АД д/б < числа пар полюсов СД.
Включая рубильник 3, пускают вспомогательный АД 2,он разворачивает ротор СД 1 до скорости поля статора. Затем, включая рубильник 4 постоянного тока, возбуждают полюсы ротора. СД н/о синхронизировать на параллельную работу. Для этого реостатом 5 устанавливают такое возбуждение, чтобы напряжение обмотки статора было = напряжению сети.

23.ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТ. ТОКА

На неподвижной станине—главные полюсы для возбуждения магн.потока и доп-ые-для улучшения коммутации в машине(коммутация при переключении пластин коллектора, касающихся щеток). Главный полюс состоит из сердечника и обмотки возбуждения. На конце сердечника - полюсный на­конечник для распределения магн. потока. Станина- ярмо ма­шины, замыкает магнитную цепь магн. по­тока главных полюсов. Доп. полюсы- на станине м/у главными. На сердеч­никах доп. полюсов есть обмотки, они соединяются последователь­но с обмоткой якоря. Якорь - враща­ющаяся часть. Состоит из сердечника с обмоткой в его пазах, и коллектора, на общем валу. Коллектор- по­лый цилиндр, изолированных друг от друга и вала клинообразных медных пластин. Проводамиони соединяются с витками обмотки в пазах якоря. С помощью коллектора и щеток вращающаяся обмотка якоря соединяется с внешней электрической цепью. Щеткодержатели надеваются на траверсу, и электрически изолируются от нее.

Под действием приложенного к валу якоря вращающего момента М_вр от первичного двигателя, якорь вращается с постоянной частотой враще­ния п, т.е. постоянными угловой ω_вр и окружной v скоростями. Тогда в витках параллельных ветвей его обмотки будут индуци­роваться ЭДС е_я, направления - по правилу пр. руки. Если под­ключить к выводам щеток пассивный двухполюс­ник П с сопр-ем нагрузки R_H,то в цепях приемника и якоря возникнет ток I_Я. Взаимодействие тока в обмотке якоря с магн. полем глав­ных полюсов по правилу левой руки создает тормозной момент, противоположный вращающему моменту. При постоянной частоте вращения якоря п: М_вр = М_тор.

Электрическое состояние цепи якоря: Е_я- I_ЯR_Я=U. Ур-е баланса мощностей цепи якоря Е_яI_Я=I²_ЯR_Я+UI_Я, где Е_яI_Я = Р_е - мощность ЭДС Е_я якоря генератора, I²_ЯR_Я -мощность потерь в проводах обмотки; UI_Я=I²_ЯR_H — мощность приемника.