Автотрансформаторы, схемы включения обмоток, энергетическая эффективность.

В электромагнитных преобразователях энергии — трансформаторах — передача энергии из одной обмотки в другую осуществляется магнитным полем, энергия которого сосредоточена в магнигопроводе. В автотрансформаторах передача энергии осуществляется как магнитным полем, так и за счет электрической связи между первичной и вторичной обмотками (рис. 66).

Схема автотрансформатора (рис. 66) может быть представлена иначе (рис. 67). Эта схема дает возможность лучше представить преимущества автотрансформатора перед трансформатором при коэффициентах трансформации, близких к единице. В трансформаторах токи в первичной и вторичной обмотках направлены встречно, поэтому в автотрансформаторах за счет совмещения обмоток при небольших коэффициентах трансформации U_вых/U_вх обеспечивается экономия меди. Если U_вых/U_вх = 1, то вся мощность передается за счет электрической связи между первичной и вторичной сторонами. При больших коэффициентах трансформации снижение массы автотрансформатора по сравнению с трансформатором несущественно и применять автотрансформаторы нецелесообразно.

Везде, где необходимо преобразовывать близкие напряжения (110 и 220,220 и 330,330 и 500, 500 и 750 кВ), используются только автотрансформаторыАвтотрансформатор из-за меньшего расхода активных материалов в заданных габаритах удается выполнить на большую мощность, чем трансформатор

Автотрансформаторы применяются также в низковольтных сетях в качестве лабораторных регуляторов напряжения небольшой мощности (ЛАТР).В конструктивном отношении автотрансформаторы, практически, не отличаются от трансформаторов

При проектировании автотрансформаторов следует различать проходную и расчетную мощности. Проходная мощность (т.е. та мощность, которую может передать автотрансформатор) по обозначениям рис.67 равняется

. (113)

Расчетная мощность автотрансформатора — это мощность, которая передается магнитным полем: . (114)Расчетная мощность определяет габариты автотрансформатора и зависит от коэффициента трансформации:

, (115)

где — отношение чисел витков вторичной и первичной обмоток.Из (115) следует, что автотрансформатор при небольших коэффициентах трансформации требует меньше активных материалов. Поэтому при одинаковой проходной мощности применение автотрансформаторов выгоднее — они имеют меньшую стоимость и несколько лучшие энергетические показатели.

Недостатком автотрансформатора является необходимость выполнения изоляции обеих обмоток на большее напряжение, так как обмотки имеют электрическую связь.Автотрансформаторы не могут применяться в качестве силовых в сетях 6 кВ при понижении напряжения до 0,38 кВ, так как напряжение 380 В подводится к оборудованию, на котором работают люди. При авариях из-за наличия электрической связи между обмотками в автотрансформаторе высшее напряжение может оказаться приложенным к обмотке низшего.

Большой ток короткого замыкания - недостаток автотрансформатора Применение автотрансформаторов улучшает КПД энергосистем, обеспечивает снижение стоимости передачи энергии, но приводит к увеличению токов короткого замыкания.

11. Устройство и принцип действия асинхронного двигателя.

Асинхронная машина – это машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными угловыми скоростями.

1. Пакет статора выполняется из листов электротехнической стали d=0.5-0.35мм.
2. Пазы с многофазной обмоткой статора (m=3) для промышленности, для двигателей специальных устройств(m=2), есть двигатели с большим числом фаз (для создания ВМП обмотка выполняется укороченной, распределенной, но без скоса пазов).
3. Корпус - для установки и крепления машины к рабочему механизму (в основном на лапах с фланцевым креплением).
4. Вал, - на который крепится ротор
5. Пакет ротора (выполняется из электротехнической стали, сталь шихтуется).
6. Обмотка ротора (Между статором и ротором воздушный зазор как можно меньший, для улучшения магнитной связи.)

Принцип действия: U1» i1»Ф1» е12» i2»Ф2»F2»М. Подается напряжение U1» по обмотке статора протекает ток i1» создает магнитный поток Ф1» сцепляясь с катушкой ротора, наводит ЭДС е12» по обмотке ротора протекает ток i2»» создает магнитный поток Ф2» на проводник с током действует сила F2» образуется момент М.

1. Закон электромагнитной индукции: Е=-dФ/dt

2. Закон Ампера Fa=B*I*L*sinα

Создание ВМП.В статоре, катушки сдвинуты в пространстве на 120° и запитаны системой токов Ia=Ia*sin(wt), Ib=Ib*sin(wt+120), Ic=Ic*sin(wt-120).Условие создания ВМП:

1. должно быть не менее двух токов (причем токи должны быть сдвинуты во времени между собой)

2. оси катушек должны быть сдвинуты между собой в пространстве

n₁ - частота вращения магнитного поля f – частота напряжения сети, p – число пар полюсов в машине. При промышленной частоте f = 50 Гц частота вращения магнитного поля определяется как n₁ = 3000/р.

S - cскольжение – это относительная разность частот вращения или угловых скоростей магнитного поля и ротора, n_{2 –} частота вращения ротора, и - угловые скорости вращения магнитного поля и ротора.Допущения: магнитное поле, создаваемое обмоткой статора - чисто синусоидальное.Емкостным эффектом пренебрегаем, то ток - индуктивный, т.е. момент в АД создается только активной составляющей тока.

12. Схемы замещения асинхронного двигателя.

Уравнениям напряжения и токов соответствует схема замещения АД.

Рис. 1. Рис.2.

r₁ – отражает электрические потери в первичной обмотке ω₁, r₂ – отражает электрические потери во вторичной обмотке ω₂

r_м – отражает потери в стали, х₁ – отражает потери рассеяния магнитного поля ω₁, х₂ – отражает потери рассеяния магнитного поля ω₂

х_м – сопротивление взаимной индукции. На рис.1 изображена Т-образная схема замещения. Магнитная связь обмоток статора и ротора в АД заменена электрической связью цепей статора и ротора. Активное сопротивление R2’(1-S)/S можно рассматривать как внешнее сопротивление, включенное в обмотку неподвижного ротора. В этом случае АД аналогичен трансформатору, работающему на активную нагрузку. Сопротивление R2’(1-S)/S- единственный переменный параметр схемы. Значение этого сопротивления определяется скольжением, а, следовательно, нагрузкой на валу. Более удобна для практического применения Г-образная схема (рис.2), у которой намагничивающий контур(Zm=Rm+jXm) вынесен на входные зажимы. Чтобы не изменился намагничивающий ток, в контур последовательно включают сопротивления обмотки статора R1 и Х1. Полученная схема удобна тем, что состоит из двух параллельно соединенных контуров: намагничивающего с током Io и рабочего с током I2’. Расчет параметров рабочего контура схемы замещения требует уточнения, что достигается введением в расчетные формулы коэффициента С1, представляющего собой отношение напряжения сети U1к ЭДС статора Е1 при идеальном холостом ходе (S=0).

Дата добавления: 2015-07-10