48) Коэффициентом полезного действия трансформатора называется отношение активной мощности, передаваемой нагрузке, к активной мощности, подводимой к трансформатору.

КПД трансформатора имеет высокое значение. У силовых трансформаторов небольшой мощности он составляет примерно 0,95, а у трансформаторов мощностью в несколько десятков тысяч киловольт-ампер доходит до 0,995.

Определение КПД по формуле с использованием непосредственно измеренных мощностей P1 и P2 даёт большую погрешность. Удобнее эту формулу представить в другом виде:

где – сумма потерь в трансформаторе.

В трансформаторе имеются два вида потерь: магнитные потери, вызванные прохождением магнитного потока по магнитопроводу, и электрические потери, возникающие при протекании тока по обмоткам.

49) Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения. Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. Применение автотрансформаторов экономически оправдано вместо обычных трансформаторов для соединения эффективно заземленных сетей с напряжением 110 кВ и выше при коэффициентах трансформации не более 3-4.Существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Для передачи энергии не применяют однофазный переменный ток. Для этих целей получил широкое распространение трехфазный ток. Поэтому большинство трансформаторов являются трехфазными.

Можно трансформировать трехфазный ток, пользуясь тремя однофазными трансформаторами, первичные и вторичные обмотки которых соединены в трехфазную систему — в звезду или треугольник. Именно так и работают мощные однофазные трансформаторы, устанавливаемые на крупных электростанциях. Они подключены к соответствующим фазам генераторов своими первичными обмотками; вторичные их обмотки, соединенные в звезду, подключены к соответствующим фазам дальней линии передачи.

Можно иметь трехфазный трансформатор и в одной единице. Магнитопровод такого трансформатора состоит из трех стержней, замыкаемых сверху и снизу ярмами (рисунок 1). На каждый из стержней насаживают по одной первичной и вторичной обмотке. Первичные обмотки соединяют в звезду или треугольник, так же соединяют и вторичные обмотки. Стержень с обмотками представляет собой однофазный трансформатор. Поэтому все, что было сказано рапсе об однофазном трансформаторе, целиком относится и к отдельной фазе трехфазного.

В каждом стержне трехфазного трансформатора возникает магнитный поток, созданный током первичной обмотки. Но каждая первичная обмотка принадлежит одной из фаз трехфазной системы. Поэтому протекающие по обмоткам токи, так же как и приложенные напряжения, являются трехфазными, следовательно, магнитные потоки тоже трехфазные.

До сих пор мы считали, что магнитный поток обязательно замыкается, т. е. пройдя по стержню, проходит обратный путь к началу того же стержня. Однако в трехфазном трансформаторе такого обратного пути нет и в нем (при одинаковой нагрузке фаз) нет необходимости, как нет нужды и в нейтральном соединении в звезду.

Каждый из потоков циркулирует только по своему стержню, а все вместе они сходятся в серединах верхнего и нижнего ярм — точках D и Е. В этих точках потоки складываются, но так как они сдвинуты по фазе друг относительно друга на угол 120°, то складываются геометрически. Как известно, геометрическая сумма таких величин равна нулю. Значит, каждый из магнитных потоков проходит только по своему стержню, не имеет обратного пути, а сумма всех трех потоков равна нулю. Потоки крайних фаз А и С проходят не только по стержню, но и по половине верхнего и нижнего ярм. Поток средней фазы В проходит только по своему стержню. Поэтому и токи холостого хода крайних фаз всегда больше, чем ток холостого хода средней фазы. 50. Трехфазный асинхронный двигатель Устройство и принцип. Конструктивно двигатель имеет неподвижную часть – статор, который состоит из сердечника набранного из листов электротехнической стали внутри, которого располагается трехфазная обмотка. Вращающаяся часть - ротор, который так же состоит из сердечника набранного из листов электротехнической стали и обмотки, которая может быть выполнена короткозамкнутой или фазной. При пропускании 3-х фазного переменного тока по обмоткам статора возникает вращающиеся магнитное поле (обмотки расположены по окружности). Это магнитное поле, оно наводит токи в обмотках ротора взаимодействует с ними и тянет за собой ротор, т.к. магнитное поле явл. ведущим и вращается со скоростью n2, то n1> n2. Таким образом принцип действия основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами индуктированными эти полем. Для получения симметричного вращающегося магнитного поля необходимо иметь:3 обмотки смещенные в пространстве под углом 120⁰ и питать их трехфазным переменным током. с1,с2,с3,с4,с5,с6 – обмотки статора. При прохождении токов по обмоткам наблюдается, что в одной из обмоток, ток отсутствует, во второй он – положительный ток (входит в начале и выходит из конца) и в третий – отрицательный (входит в конец, выходит из начала). Применяя это непосредственно к рисунку нулевого (начальной) фазы(процесса) видим, что с одной стороны – противоположного. Применяя правило Буравчика определяем направление магнитно-силовых линий. Таким образом, внутри машины возникла магнитное поле с одной парой полюсов p=1. Результирующий магнитный поток по абсолютной величине постоянен, но непрерывно меняет свое направление, причем ось магнитного поля поворачивается на 360⁰ за один период тока. За одну минуту магнитное поле повернется на угол 60\Т, учитывая что f1- частота тока, получим что скорость вращения магнитного поля, n1- скорость вращения магнитного поля с одной парой полюсов, т.е. когда есть 3 обмотки. Если в каждой фазе увеличить количество полюсов возникающих в машинах возрастает, что соответственно вызывает уменьшение скорости магнитного поля и она определится п1 = 60f1\p. Т.к. частота тока промышленного 50 Гц, а конструкция двигателя не меняется, т.е. р-const, то существуют и явл. постоянными для кждого двигателя скорости вращающегося магнитного поля.

Кол-во обмоток	3	6	9	12
Р	1	2	3	4
N1	3000	1500	1000	750

51. Пуск асинхронного двигателя У асинхронных двигателей рассчитанных на одну скорость вращения каждая фаза имеет 2 вывода, которые выведены на клемный щиток двигателя. Для удобства соединения обмоток на клемном щитке по с1 располагают с6, по с2-с4, под с3-с5. Способ соединения обмоток «звезда» или «треугольник » выбирается из сравнения линейного напряжения сети и фазного напряжения двигателя. У этого двигателя с короткозамкнутым ротором в момент пуска наблюдается очень большой пусковой ток, поэтому для его уменьшения на зажимах двигателя включаются реактивные катушки или автотрансформаторы. Также используется метод переключения обмоток статора с треугольника на звезду, который обеспечивает уменьшение пускового тока в 3 раза, а затем происходит при нормальном переключении обмоток, при достижении рабочего режима обратно. Регулирование - При работе многих механизмов, приводящихся во вращение асинхронными двигателями, в соответствии с технологическими требованиями возникает необходимость регулировать скорость вращения этих механизмов. Способы регулирования частоты (скорости) вращения асинхронных двигателей раскрывает соотношение:

n=(1−S)n0=(1−S)60f/p.

Отсюда следует, что при заданной нагрузке на валу частоту вращения ротора можно регулировать:

- изменением скольжения;

- изменением числа пар полюсов;

- изменением частоты источника питания. Реверсирование – Для изменения направления вращения т.е. реверсирования необходимо изменить направление вращения магнитного поля, а это можно сделать, поменяв местами 2 линейных провода на клемном щитке. 52. Скольжение – это степень отставания ротора от магнитного поля статора, т.е. в работающем двигателе n₂>n₁, где n₁=60*f₁\p/ а скольжение определится как отношение. Анализируя эту формулу видим, что S измеряется от 1 двигатель не работает. Скольжение характеризуется убывающей характеристикой. У реальных двигателей эта величина 3-6%. Этот параметр явл. основным в работе двигателя т.к. влияет на все параметры ротора.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой зависимости скольжения S, числа оборотов ротора n2, развиваемого момента М, потребляемого тока I1, расходуемой мощности Р1, коэффициента мощности соs j и к. п. д. η от полезной мощности Р2 на валу машины. Эти характеристики (рис. 115) снимаются три естественных условиях работы двигателя, т. е. двигатель нерегулируемый, частота f1 и напряжение U1 се­ти остаются постоянными, а изменяется только нагрузка на валу двигателя .

При увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастет, причем при больших нагрузках скольжение увеличивается несколько быстрее, чем при малых.

При холостом ходе двигателя п2=n1 или S=0.

При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет S = 3-5%.

Скорость вращения ротора

Так как при увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает, то число оборотов будет уменьшаться. Однако изменение скорости вращения при увеличении нагрузки от 0 до номинальной очень незначительно и не превышает 5%. Поэтому скоростная характеристика асинхронного двигателя является жесткой — она имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент, развиваемый двигателем М, уравновешен тормозным моментом на валу М2 и моментом, идущим на преодоление механических потерь М0, т. е.

где Р2 — полезная мощность двигателя,

W2 — угловая скорость ротора.

При холостом ходе двигателя вращающий момент равен М0; с увеличением нагрузки на валу этот момент также увеличивается, причем за счет некоторого уменьшения скорости ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем увеличение полезной мощности на валу.

Сила тока I1 потребляемого двигателем из сети, неравномерно изменяется с увеличением нагрузки на валу двигателя. При холостом ходе соs j мал и ток имеет большую реактивную составляющую и очень малую активную составляющую. При малых нагрузках на валу двигателя активная составляющая тока статора меньше реактивной составляющей, а потому изменение нагрузки, т. е. изменение активной составляющей тока, вызывает незначительное изменение силы тока I1 (определяющейся в основном реактивной составляющей). При больших нагрузках активная составляющая тока статора становится больше реактивной и изменение нагрузки вызывает значительное изменение силы тока I1..

Потребляемая двигателем мощность Р1 при графическом изображении имеет вид почти прямой линии, незначительно отклоняющейся вверх при больших нагрузках, что объясняется увеличением потерь в обмотках статора и ротора с увеличением нагрузки.

Изменение коэффициента мощности при изменении нагрузки на валу двигателя происходит следующим образом. При холостом ходе соsj мал (порядка 0,2), так как активная составляющая тока статора, обусловленная потерями мощности в машине, мала по сравнению с реактивной составляющей этого тока, создающей магнитный поток. При увеличении нагрузки на валу соsj возрастает (достигая наибольшего значения 0,8—0,9) в результате увеличения активной составляющей тока статора. При очень больших нагрузках происходит некоторое уменьшение соsj, так как вследствие значительного увеличения скольжения и частоты тока в роторе возрастает реактивное сопротивление обмотки ротора.

Кривая к. п. д. т) имеет такой же вид, как в любой машине или трансформаторе. При холостом ходе к. п. д. равен нулю. С увеличением нагрузки на валу двигателя к. п. д. резко увеличивается, а затем уменьшается. Наибольшего значения к. п. д. достигает при такой нагрузке, когда потери мощности в стали и механические потери, не зависящие от нагрузки, равны потерям мощности в обмотках статора и ротора, зависящим от нагрузки. 53.Однофазный асинхронный двигатель Принцип действия основан на использовании вращающегося магнитного поля. Для получения вращающегося магнитного поля обмотка статора составляется из двух частей, сдвинутых в пространстве на 90⁰ . Вращающиеся иагнитное поле кроме смещения обмоток в пространстве должно быть осуществлено временной сдвиг токов.этого включают элементы «с,L.R», которые и обеспечут временной сдвиг. По мере разгона двигателя обмотку В можно отключитьт.к. обмотка А обеспечит пульсирующее магнитоное поле. В котором ротор вращается по инерции. Синхронные машины. Синхронной назыв. машина, в которй ротор и магнитное поле статора вращаются с одинаковой скоростью п1=п2 Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции.Генератор состоит –1. ротор – вращабщаяся часть и создающая магнитное поле. Он состоит из сердечника и обмотки возбуждения питаемой постоянным током. Может быть явнополюсным и неявнополюсным.2. статор – неподвижная часть, состоящая из сердечника и 3-х фазной обмотки, в которой индуктируется 3-х фазный ЭДС.Работа – первичный двигатель (турбина) приводят во вращение ротор, а через обмотку возбуждения пропускают ток созданное магнитное поле вращается вместе с ротором и наводит в ней ЭДС.Частота наводимая ЭДС определится f=Pn\60 и т.к. п-const то и f-const. На станциях, как, правило работает не один генератор, а несколько – поэтому их надо включать на параллельную работу в сеть, а для этого необходимо выполнить условия - 1. Равенство действующих значений ЭДС генератора и напряжения сети 2. Равенство частот сети и генератора 3. Совпадение начальных фаз 4 одинаковый порядок чередования фаз. Эти условия получили название синхронизацией, а приборы с помощью которого оно осуществляется назыв. синхроскопами. Бывают синхроскопы на погасание света и бегущего огня. 54. Электрический привод -представляет собой электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления ее технологическим процессом. Он состоит из трех частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, механической части, передающей механическую энергию рабочему органу машины, и системы управления, обеспечивающей оптимальное по тем или иным критериям управление технологическим процессом.

Электроприводы по способам распределения механической энергии можно разделить на три основных типа: групповой электропривод; индивидуальный и взаимосвязанный.

Все режимы в электроприводе делятся на установившиеся (номинальный режим работы) и переходные (пуск, реверс, торможение).

Установившийся режим работы электропривода определяется из условия равенства нулю динамического момента. Этот режим характеризуется работой двигателя с неизменной угловой скоростью, постоянными во времени и равными по величине моментом двигателя и моментом сопротивления. Так как момент, развиваемый двигателем в установившемся режиме, есть функция скорости, то равенство М=Мс возможно только при условии, что момент сопротивления — постоянная величина или функция скорости. Если МС есть функция, например, пути (угла поворота), то даже при постоянной угловой скорости момент сопротивления изменяется во времени и установившийся режим невозможен.

Установившийся режим описывается статическими характеристиками.

Переходным режимом электропривода называют режим работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяются скорость, момент и ток.

Причинами возникновения переходных режимов в электроприводах является либо изменение нагрузки, связанное с производственным процессом, либо воздействие на электропривод при управлении им, т. е. пуск, торможение, изменение направления вращения и т. п. Переходные режимы в электроприводах могут возникнуть также в результате аварий или нарушения нормальных условий электроснабжения (например, изменения напряжения или частоты сети, несимметрия напряжения и т. п.).

Характер переходного режима электропривода зависит от свойств рабочей машины, типа примененного двигателя и механической передачи, принципа действия и свойств аппаратуры управления, а также от режима работы двигателя (пуск, торможение, прием и сброс нагрузки и т. д.).

Переходные режимы описываются динамическими характеристиками.

Электродвигатель

Электрический двигатель — электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла.

Во время работы электродвигателя часть электриче­ской энергии преобразуется в тепловую. Это связано с потерями энергии на трение в подшипниках, на вихревые токи и перемагничивание в стали статора и ротора, а также в активных сопротивлениях обмоток статора и ротора.

Режимы работы электродвигателей.

Различают три основных режима работы двигателей: продолжительный, повторно-кратковременный и кратковременный. Продолжительным называется режим работы двигателя при постоянной нагрузке продолжительностью не менее, чем необходимо для достижения установившейся температуры при неизменной температуре окружающего воздуха. Повторно-кратковременным называется такой режим работы, при котором кратковременная неизменная нагрузка чередуется с отключениями двигателя, причем во время нагрузки температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время паузы двигатель не успевает охладиться до температуры окружающего воздуха. Кратковременным называется такой режим, при котором за время нагрузки двигателя температура его не достигает установившегося значения, а за время паузы успевает охладиться до температуры окружающего воздуха.