Править]Базовые принципы действия трансформатора

Электромеханический преобразователь

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Электромеханические преобразователи — это класс устройств, созданных для преобразования электрической энергии в механическую и наоборот. Также возможно преобразование электрической энергии в электрическую же энергию другого рода. Основными видом электромеханического преобразователя является электродвигатель(электрогенератор).

Содержание [убрать] · 1 Основные электромеханические преобразователи o 1.1 Электрические машины § 1.1.1 Трансформатор § 1.1.2 Синхронная машина § 1.1.3 Асинхронная машина § 1.1.4 Машина постоянного тока § 1.1.5 Умформер · 2 Примечания

Править]Основные электромеханические преобразователи

Править]Электрические машины

Основная статья: Электрическая машина

Электрические машины, за редким исключением, совершают однонаправленное непрерывное преобразование энергии. Особым видом электрической машины является трансформатор, не имеющий движущихся частей, участвующих непосредственно в преобразовании энергии, но принципиально схожий с генераторами и двигателями. Все электрические машины являются обратимыми (могут быть как генераторами, так и двигателями).^[1]

По назначению разделяют:

§ генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую

§ двигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую

§ преобразователи, преобразующие параметры (род тока, напряжение, частота, число фаз переменного тока) электрической энергии

По действию разделяют:

§ индуктивные (представлены ниже)

§ емкостные (изменение электрического поля)^[2]

Править]Трансформатор

Основная статья: Трансформатор

Трансформатором называется статическая электрическая машина, способная преобразовывать электрическую энергию из одного вида в другой, изменяя её основные параметры — напряжение (трансформатор напряжения), мощность (трансформатор мощности), силу тока (трансформатор тока) или частоту (трансформатор частоты).

Основным параметром любого трансформатора является коэффициент трансформации — величина, равная отношению значений изменяемого параметра (напряжения, тока, мощности или частоты).

Править]Синхронная машина

Основная статья: Синхронная машина

Синхронная машина — это такая электрическая машина переменного тока, в которой частота вращения ротора равна частоте изменения (вращения) электромагнитного полястатора.

Править]Асинхронная машина

Основная статья: Асинхронная машина

Асинхронной машиной, в противовес синхронной, называют такую электрическую машину, в которой частота вращения ротора меньше частоты изменения (вращения) электромагнитного поля статора. Эта разница называется скольжением.

Править]Машина постоянного тока

Основная статья: Машина постоянного тока

Машина постоянного тока — электрическая машина, преобразующая энергию в два этапа: электрическую энергию постоянного тока в электрическую энергию переменного тока при помощи преобразователя частоты (механического выпрямителя — коллектора); электрическую энергию переменного тока в механическую энергию на валу двигателя.

Править]Умформер

Основная статья: Умформер

Умформер (моторгенератор) — устройство, объединяющее, как правило, оба вида машин переменного тока (синхронную и асинхронную), либо переменного и постоянного тока. Преобразует один вид электрической энергии в электрическую энергию другого рода. Является электромеханическим преобразователем электрического тока.

Электрическая машина

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 16 декабря 2011; проверки требуют 2 правки.

Электрическая машина — это электромеханический преобразователь энергии^[1], основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Лоренца, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.

Содержание [убрать] · 1 Общие положения · 2 Классификация · 3 Назначения · 4 Примечания · 5 Ссылки

Править]Общие положения

Возможность создания электрической машины как электромеханического преобразователя базируется на электромагнитном взаимодействии, которое осуществляется посредством электрического тока и магнитного поля. Электрическая машина, в которой электромагнитное взаимодействие осуществляется при помощи магнитного поля называется индуктивной, а в которой при помощи электрического — ёмкостной. Ёмкостные машины практически не используются, так как при конечной проводимости воздушной среды (при наличии влаги) заряды будут исчезать из активной зоны электрической машины в землю (то есть огромные потери энергии).

Править]Классификация

Если электрическая энергия преобразуется в механическую работу и тепло, тогда электрическая машина являетсяэлектрическим двигателем; когда механическая работа преобразуется в электрическую энергию и тепло, тогда электрическая машина является электрическим генератором; когда электрическая энергия одного вида преобразуется в электрическую энергию другого вида, тогда электрическая машина является электромеханическим преобразователем и когда механическая и электрическая энергии преобразуются в тепло, тогда электрическая машина является электромагнитным тормозом. Для большинства машин выполняется принцип обратимости, когда одна и та же машина может выступать как в роли двигателя, так и в роли генератора или электромагнитного тормоза.

В большинстве электрических машин выделяют ротор — вращающуюся часть, и статор — неподвижную часть, а также воздушный зазор, их разделяющий.

По принципу действия выделяют нижеследующие виды машин:

1. Асинхронная машина — электрическая машина переменного тока, в которой частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля в воздушном зазоре на частоту скольжения.

2. Синхронная машина — электрическая машина переменного тока, в которой частоты вращение ротора и магнитного поля в зазоре равны.

3. Машина двойного питания (и как вариант - асинхронизированная синхронная машина) — электрическая машина переменного тока, в которой ротор и статор в общем случае имеют разные частоты питающего тока. В результате ротор вращается с частотой, равной сумме (разности) питающих частот.

4. Машина постоянного тока — электрическая машина, питаемая постоянным током и имеющая коллектор.

5. В определении (выше по тексту) ЭМ имеет ДВИЖУЩИЙСЯ проводник с эл. током. Трансформатор — электрический аппарат ^[2] переменного тока (электрический преобразователь), преобразующий электрический ток напряжения одного номинала в электрический ток напряжения другого номинала. Существуют статические и поворотные трансформаторы .

6. Инвертор на базе электрической машины (см. также Умформер) — как правило, пара электрических машин, соединённых валами, выполняющих преобразование рода тока (постоянный в переменный или наоборот), частоты тока, числа фаз, напряжений.

7. Вентильный двигатель — электрическая машина постоянного тока, в которой механический коллектор заменён полупроводниковым коммутатором (ПК), возбуждение осуществляется от постоянных магнитов, размещенных на роторе; а статорная обмотка, как в синхронной машине. ПК по сигналам логического устройства поочерёдно, в определённой последовательности, попарно подключает фазы электродвигателя к источнику постоянного тока, создавая вращающееся поле статора, которое, взаимодействуя с полем постоянного магнита ротора, создаёт вращающий момент электродвигателю.

8. сельсин -электрическая машина для дистанционной передачи информации об угле поворота.

Править]Назначения

§ Преобразование энергии — основное назначение электрических машин в качестве двигателя или генератора.

§ Преобразование переменного тока в постоянный (см. умформер).

§ Преобразование величины напряжения.

§ Усиление мощности электрических сигналов. В этом случае электрическая машина называется электромашинным усилителем.

§ Повышение коэффициента мощности электрических установок. В этом случае электрическая машина называется синхронным компенсатором. ^[3]

§ Дистанционная передача информации (сельсин)

Трансформатор

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. Трансформатор (значения).

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — электрический аппарат, имеющий две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока без изменения частоты систем(системы) переменного тока (ГОСТ Р52002-2003).

Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения - электроэнергетике, электронике и радиотехнике.

Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

История

Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.^[1]

Столетов Александр Григорьевич (профессор МУ)сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (1880-е).^[1]

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.^[1]

В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.

Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока^[2].

В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку особой конструкции. Она явилась прообразом трансформатора.^[1]

30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.

Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон^[2]. В 1885 г. венгерские инженеры фирмы «Ганц и К°» Отто Блати, Карой Циперновский и Микша Дери изобрели трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который сыграл важную роль в дальнейшем развитии конструкций трансформаторов.

Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.^[3]

С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложилтрёхфазную систему переменного тока с тремя проводами (трехфазная система переменного тока с шестью проводами изобретена Николой Тесла, патент США № 381968 от 01.05.1888, заявка на изобретение № 252132 от 12.10.1887), построил первый трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой типа "беличья клетка" и трехфазной обмоткой на роторе (трехфазный асинхронный двигатель изобретен Николой Тесла, патент США № 381968 от 01.05.1888, заявка на изобретение № 252132 от 12.10.1887), первый трёхфазный трансформатор с тремя стержнями магнитопровода, расположенными в одной плоскости. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 кВт при напряжении 95 В.

1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).^[4]

В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.^[5]

Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.^[5]

править]Базовые принципы действия трансформатора

Схематическое устройство трансформатора. 1 — первичная обмотка, 2 — вторичная

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:

1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)

2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

На одну из обмоток, называемую первичной обмоткой, подаётся напряжение от внешнего источника. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока, при синусоидальном токе сдвинутой на 90° в обратную сторону по отношению к магнитному потоку.

В некоторых трансформаторах, работающих на высоких или сверхвысоких частотах, магнитопровод может отсутствовать.

Виды трансформаторов

Трансформатор

Мачтовая трансформаторная подстанция с трёхфазным понижающим трансформатором