Основной поток. Потоки рассеяния. Уравнение намагничивающих сил трансформатора. Уравнение токов.

При включении первичной обмотки трансформатора в сеть переменного тока по этой обмотке протекает ток, создающий магнитное поле. Большая часть магнитных линий замыкается по стальному магнитопроводу. Эта часть магнитных линий образует основной магнитный поток Ф, который пронизывает витки как первичной, так и вторичной обмоток. Основной магнитный поток изменяется по синусоидальному закону

Потоки рассеяния Ф₁ и Ф₂ первичной и вторичной обмоток обычно очень малы по сравнению с основным магнитным потоком, так как магнитные линии потоков рассеяния замыкаются через воздух (или другой изоляционный материал) и встречают на своем пути очень большое магнитное сопротивление, тогда как основной магнитный поток замыкается по стали магнитопровода и встречает, на своем пути относительно малое магнитное сопротивление.

Потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток примерно одинаковы и сдвинуты по фазе на угол, близкой к 180°.

Уравнение токов: где I_x – ток холостого хода трансформатора.

Пренебрегая током холостого хода I_x, можно считать, что токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны числу витков этих обмоток:

Опыты холостого хода и короткого замыкания. КПД трансформатора.

Опыт холостого хода используют для определения коэффициента трансформации. При этом обмотку низшего напряжения подключают к устройству (потенциал — регулятор), позволяющему в широких пределах изменять напряжение, подводимое к трансформатору, а обмотку высшего напряжения размыкают.

Из опыта холостого хода трансформатора определяют также зависимости тока холостого хода I_x, потребляемой мощности Р_х и коэффициента мощности cosφ от значения подводимого напряжения U₁, при разомкнутой вторичной обмотке, то есть при I₂ = 0. При снятии характеристик холостого хода подводимое напряжение изменяют в пределах от 0,6 до 1,2 U_H таким образом, чтобы получить 6...7 показаний.

Опыт короткого замыкания проводят по схеме. К обмотке низшего напряжения подводят напряжение, при котором в обмотке высшего напряжения, замкнутой накоротко, протекает номинальный ток. Это напряжение называют напряжением короткого замыкания е_k% его значение приводят в паспорте трансформатора в процентах номинального.

Напряжение короткого замыкания — важная характеристика трансформатора. По этой величине делают вывод о возможности параллельной работы трансформаторов, по ней и ее составляющим определяют изменения вторичного напряжения трансформатора при изменении нагрузки. Используя эту величину, находят токи короткого замыкания в условиях эксплуатации.

Трехфазные трансформаторы

Магнитопроводы трехфазных трансформаторов

Трехфазный трансформатор может быть составлен из трех одинаковых однофазных; в этом случае он называется групповым. Первичные обмотки трех однофазных трансформаторов соединяют между собой по одной из трехфазных схем, так же как и вторичные обмотки.

Групповые трехфазные трансформаторы применяют при очень больших мощностях (3x630 ква и выше). Это объясняется тем, что каждый однофазный трансформатор группы меньше по габаритам и массе, чем один трехфазный трансформатор на полную мощность группы. Кроме того, при групповом трансформаторе в качестве резерва достаточно иметь один однофазный трансформатор (треть мощности группы), в то время как при одном трехфазном трансформаторе в резерве приходится устанавливать другой трансформатор на полную мощность. Поэтому групповой трансформатор имеет известные преимущества при больших мощностях, где условия транспорта и надежность при эксплуатации имеют особенно важное значение. Однако групповой трансформатор несколько дороже трехфазного трансформатора на ту же мощность, занимает больше места и имеет меньший к. п. д.

Трехфазные трансформаторы со связанной магнитной системой выполняются главным образом стержневыми (рис. 2).

Получение такого магнитопровода можно представить себе следующим образом. Три одинаковых однофазных трансформатора выполнены так, что их первичные и вторичные обмотки размещены на одном стержне сердечника магнитопровода, а другой стержень каждого трансформатора не имеет обмотки. Если эти три трансформатора расположить так, чтобы стержни, не имеющие обмоток, находились рядом, то три стержня можно объединить в один — нулевой.

Следовательно, в фазе, обмотка которой помещена на среднем стержне, протекает меньший намагничивающий ток, чем в фазах, обмотки которых помещены на крайних стержнях.

Не всегда один трансформатор может справиться с нагрузкой от потребителей, поэтому обычно они работают параллельными группами. Но не каждый трансформатор может работать в параллельной группе с другими трансформаторами. Для параллельной работы трансформаторов необходимо чтобы они удовлетворяли следующим условиям.

Равенство коэффициентов трансформации К=ВН/НН. где ВН — высшее напряжение, НН — низшее напряжение. При несоблюдении этого условия между вторичными обмотками трансформаторов будет циркулировать уравнительный ток. приводящий к перегреву трансформатора.

Равенство напряжений короткого замыкания Uк %. В противном случае трансформаторы не будут загружаться пропорционально своим мощностям. Одинаковые группы соединений. При различных группах соединений параллельно работающих трансформаторов между векторами их вторичных напряжений будет сдвиг фаз, вызывающий уравнительные токи между обмотками трансформаторов.

Асинхронные двигатели.

Асинхронный двигатель отличается простотой конструкции несложностью обслуживания. Как и любая машина переменного тока асинхронный двигатель состоит из двух основных частей; статора и ротора. Статором называется неподвижная часть машины, ротором — ее вращающаяся часть. Асинхронная машина обладает свойством обратимости, т. е. может быть использована как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Многофазная обмотка переменного тока создает вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого в минуту

Если ротор вращается со скоростью п2, равной скорости вращения магнитного поля (n2=n1), то такая скорость называется синхронной.

Если ротор вращается со скоростью, не равной скорости вращения магнитного поля { n2n1), то такая скорость называется асинхронной.

В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной скорости, т. е. при скорости вращения ротора, не равной скорости вращения магнитного поля.

Скорость ротора может очень мало отличаться от скорости юля, но при работе двигателя она будет всегда меньше (n2<n1).

Устройство асинхронных электродвигателей. Асинхронные электродвигатели состоят из двух частей: ротора 1 и статора 2. Внутренняя его часть называется ротор, эта часть вращается и несет на себе обмотку. Внешняя часть представляет собой корпус двигателя и называется статор, она неподвижна, внутри неё имеются специальные пазы (магнитопровод), куда пофазно уложены витки (секции) обмоток (статорная обмотка). Фазы статорных обмоток могут быть соединены «звездой» или «треугольником».

Собираются обе эти части из изолированных листов штампованной стали толщиной около 0,35-0,5 мм. Для высокомощных машин зазор между ротором и статором делается как можно меньше.

Виды асинхронных электродвигателей. В зависимости от конструкции ротора, асинхронные двигатели можно разделить на два вида: с короткозамкнутым и фазным ротором. Главное различие этих видов электродвигателей состоит только в устройстве ротора.

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели имеют ротор, внешне очень похожий на беличью клетку. Статорная их обмотка представляет собой стержни, выполненные из алюминия или меди, замкнутые с торцов ротора двумя кольцами.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором. Обмотки фазного ротора соединены, чаще всего, между собой «звездой»,концы обмоток соединяются с тремя медными кольцами, которые электрически изолированы не только от вала двигателя, но и друг от друга. Кольца насажены на сердечник ротора через изоляционные прокладки. На них накладываются специальные щётки, которые даже при вращении имеют электрический контакт с обмотками ротора двигателя. Для изменения скорости щетки соединяют с реостатом.

ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Все проводники одной фазы обмотки статора двухполюсного асинхронного двигателя размещены в двух диаметрально противоположных пазах и в обмотке действует постоянный ток.

Для любой линии магнитной индукции по закону полного тока можно написать:

, где H₀, Н_ст- напряженности магнитного поля, соот­ветственно, в воздушном зазоре (I₀) и в участ­ках сердечников ротора и статора (I_ст); - МДС одной фазы обмотки.

В и Н в различных участках сердечника статора и ротора неодинаковые, например в зубцах между пазами статора, а также ротора они имеют наиболь­шее значение, поскольку сечение магнитопровода в зубцах наименьшее.

Так как , а , то и поэтому для упрощения анализа картины магнит­ного поля асинхронного двигателя можно полагать, что , откуда а магнитная индукция в воздушном зазоре В₀ = тН₀.

Поскольку воздушный зазор одинаков по всей длине, то напряженность и магнитная индукция вдоль всего зазора будут иметь, соответственно, одинаковые значения. Наилучшие показатели дви­гатель имеет, когда магнитная индукция в воздуш­ном зазоре распределяется по синусоидальному закону.

магнитное поле, созданное синусоидальным током одной фазы, распределяется вдоль воздушного за­зора примерно синусоидально, неподвижно в прост­ранстве и изменяется во времени.

Обмотка статора асинхронного двигателя соеди­няется звездой или треугольником и подключается к сети трехфазного тока. Поскольку каждая фаза обмотки имеет одинаковое число витков и они сим­метрично расположены по окружности ста гора, их сопротивление и амплитуда тока будут одинаковы­ми, но токи в фазах обмотки будут сдвинуты во вре­мени относительно друг друга на 120°. Токи каждой фазы обмотки создадут магнитные поля, которые будут сдвинуты во времени на тот же угол. В ре­зультате сложения магнитных полей всех фаз обра­зуется общее магнитное поле двигателя. Магнитная индукция результирующего магнитного поля оказы­вается распределенной вдоль воздушного зазора также по синусоиде, ее амплитуда не изменяется во времени и в 1,5 раза больше амплитуды магнитной индукции одной фазы. Результирующее магнитнов поле вращается с постоянной частотой.

Двигатели выполняются не только с двумя, но и с четырьмя, шестью, восемью и более, полюсами; в общем случае они имеют р пар полюсов. Обмотка каждой фазы статора таких двигателей состоит из нескольких частей, которые соединяются между со­бой параллельно или последовательно.