<< Пред. стр. 3 (из 13) След. >>
Список литературы по разделу
a) б)
Рис.1.23. Схема замещения приведенного трансформатора без учета контура намагничивания (а) и его векторная диаграмма в режиме нагрузки (б).
Погрешность определения тока I1, вызванная таким упрощением, при нагрузках, близких к номинальной, составляет величину порядка 0,1%, что вполне допустимо. Обычно падение напряжения в трансформаторе определяется разностью вторичного напряжения трансформатора при холостом ходе U20 и в режиме нагрузки в процентах по отношению к :
U%=%=%.
При холостом ходе отсутствуют падения напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому, приняв , получим
U%=%.
Эта величина называется относительной потерей напряжения. Ввиду того, что можно приближенно за модуль принять его проекцию на направление вектора , т.е. отрезок (рис.1.23б).
Тогда
.
Из рис.1.23б получаем:
;
U%=%.
При номинальной нагрузке
Uн%=%
или
Uн%=Ukacos+ Ukr sin,
где
Uka=и Ukr=% - активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания в процентах от U1н.
Для относительного падения напряжения, соответствующего току I1 получаем
, (1.37)
где:
- коэффициент нагрузки.
Так как
, (1.38)
а , ,
Рис.1.24. К расчету формулы 1.38.
то
(1.39)
Окончательно имеем
, (1.40)
где
. (1.41)
Рис.1.25 Внешняя характеристика трансформатора.
Высокие значения КПД трансформатора не позволяют определить его с достаточной точностью путем непосредственного измерения мощности, потребляемой от сети и мощности, отдаваемой нагрузке . Поэтому, согласно требованиям ГОСТа, его вычисляют косвенным методом по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. Точность этого метода приемлема для практики.
Зависимость активной мощности трансформатора от коэффициента нагрузки b может быть выражена следующим образом:
. (1.42)
При опыте холостого хода ток I10 невелик, и потерями мощности в первичной обмотке можно пренебречь. Следовательно, с достаточной степенью точности можно считать, что потери в сердечнике трансформатора определяются мощностью, потребляемой из сети при номинальном напряжении сети: .
Из схемы замещения (без учета тока намагничивания) трансформатора имеем для режима к. з.:
.
Коэффициентом полезного действия трансформатора называют отношение отдаваемой мощности к мощности, потребляемой из сети:
; ;
. (1.43)
1.5.7. Особенности работы трехфазных трансформаторов
Все соотношения, которые мы получили для однофазных трансформаторов, справедливы и для трехфазных трансформаторов, точнее для одной фазы трансформатора, нагруженного симметрично.
Возьмем три однофазных трансформатора и подключим их к трехфазной цепи (рис.1.26).
Рис.1.26. Трехфазный трансформатор, состоящий из трех однофазных.
В результате на выводах a,b и c получим три фазных напряжения (по отношению к выводу 0) и Величина этих напряжений определяется отношением - коэффициентом трансформации трансформатора. Вместо трех однофазных трансформаторов можно взять один трехфазный (рис.1.27а).
а) б)
Рис.1.27. Устройство трехфазного трансформатора (а) и его схема замещения магнитной цепи (б).
На каждый из стержней магнитопровода наматывается одна первичная обмотка и одна или несколько вторичных обмоток трансформатора. Магнитное сопротивление отличается от магнитных сопротивлений и (рис. 1.27б), что приводит к некоторой асимметрии намагничивающих токов. Однако эту асимметрию в основных соотношениях каждой из фаз для симметричного режима работы трансформатора можно не учитывать. Трансформаторная группа из трех трансформаторов дороже, чем трехфазный трансформатор той же мощности, она занимает больше места и ее КПД ниже. Но в случае аварии в группе трансформаторов, как правило, выходит из строя лишь один из трех трансформаторов. Таким образом, группа из трех трансформаторов обеспечивает большую эксплуатационную надежность. Большинство трансформаторов малой и средней мощности выполняются трехфазными. Начиная с мощности 3 x 600 = 1800 кВА, допускается применение трех трансформаторов, вместо одного.
Обмотки трансформатора соединяются звездой (Y) или треугольником (). Соединение обмоток звездой целесообразнее при больших питающих напряжениях и малых токах. При больших токах применяют соединение треугольником. При больших напряжениях питающей сети и больших токах нагрузки наиболее целесообразный способ соединения обмоток трансформатора - (Y/) (рис.1.28). Отношение всегда равно трансформатора, а отношение линейных напряжений зависит от способа соединений обмоток трансформатора. Изменяя способ соединения обмоток трансформатора, можно регулировать выходное напряжение.
Согласно закону Ленца ток должен иметь противоположное току направление. При этом ток и напряжение на нагрузке могут совпадать по фазе с первичным током и напряжением или быть с ними в противофазе (рис.1.29).
Рис.1.28. Соединение трехфазного трансформатора по схеме: Y/
Рис.1.29. К определению направления тока во вторичной обмотке трансформатора.
Все многообразие способов соединений согласно ГОСТ делится на 12 групп. При определении номера группы (рис.1.30) минутная стрелка часов устанавливается на цифре 12 и с ней совмещается вектор линейного высшего напряжения, а часовая стрелка
совмещается с вектором линейного низшего напряжения. Отсчет угла производится от минутной стрелки к часовой по направлению их вращения.
группа11
Рис.1.30. К определению номера группы трансформатора.
1.5.8. Автотрансформатор
Автотрансформатор (рис. 1.31) имеет одну обмотку - обмотку высшего напряжения.
Обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения.
. (1.44)
Рис. 1.31. Принципиальная схема автотрансформатора.
Часть обмотки можно выполнить тонким проводом, т. к. через нее протекает ток примерно равный разности величин , которая мала по сравнению с токами и . Это позволяет снизить габариты автотрансформатора по сравнению с трансформатором такой же мощности. Полная расчетная мощность общей части обмотки:
. (1.45)
Полная расчетная мощность остальной части обмотки:
. (1.46)
Так как ,
то
. (1.47)
Расчетная мощность трансформатора:
. (1.48)
При одной и той же передаваемой мощности:
. (1.49)
Чем ближе к , тем выгоднее применение автотрансформатора. На практике ?.
1.5.9. Измерительные трансформаторы
Измерительные трансформаторы применяются для изоляции измерительных приборов от высокого напряжения и расширения пределов измерения вольтметров и амперметров (рис.1.32).
Рис.1.32. Схема включения измерительного трансформатора напряжения.
Измерительные трансформаторы делятся на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Соединение обмоток по группе 12.
Вторичное номинальное напряжение у всех трансформаторов напряжения согласно ГОСТ равно 100 В.
До 6 кВ трансформаторы напряжения изготавливаются сухими, т.е. с естественным охлаждением. Свыше 6 кВ трансформаторы напряжения изготавливаются жидкостными.
Измерительные приборы, работающие с измерительными трансформаторами, градуируются с учетом коэффициента трансформации .
Трансформатор тока со стороны первичной обмотки включается как амперметр (рис. 1.33а).
а) б)
Рис. 1.33. Схема включения измерительного трансформатора тока (а)
и его устройство (б).
; . (1.50)
При большой величине сопротивления в измерительной цепи нарушается это приближенное равенство и точность показаний прибора, обмотка которого питается от измерительной цепи трансформатора тока, ухудшается.
Чем меньше магнитное сопротивление магнитной цепи, тем меньше (согласно закону Ома для магнитной цепи) должен быть ток намагничивания для создания потока , определяющего необходимую величину . Вместе с тем уменьшается и величина тока , при которой выполняется приближенное равенство с требуемой точностью. Поэтому сердечник трансформатора тока обычно выполняется из материала с высокими магнитными характеристиками, например пермаллоя (рис. 1.33б).
Нельзя размыкать измерительную цепь трансформатора тока, т. к. ток намагничивания резко увеличивается, вызывая резкое увеличение, до 1,5 кВ, выходного напряжения, что очень опасно для обслуживающего персонала.
Показания ваттметра необходимо умножить на два коэффициента: - коэффициент трансформации трансформатора напряжения и - коэффициент трансформации трансформатора тока:
. (1.51)
2. Машины переменного тока
Принцип действия машин переменного тока (синхронных и асинхронных) обусловлен взаимодействием вращающегося магнитного поля, создаваемого обмотками статора, с током ротора. Поэтому, прежде чем приступить к анализу электромагнитных процессов в машинах переменного тока, рассмотрим, как образуется вращающееся магнитное поле.
2.1. Получение кругового вращающегося магнитного поля
Круговым вращающимся магнитным полем называется поле, вектор результирующей магнитной индукции которого неизменен и вращается с постоянной угловой скоростью. Рассмотрим, как изменяется магнитное поле катушки, по которой протекает переменный ток (рис. 2.1):
Рис. 2.1. К определению направления вектора НС катушки с переменным током.
Из рис. 2.1 видно, что вектор магнитной индукции изменяется по величине от до , но направление его неизменно.
Рассмотрим, как получить вращающееся магнитное поле в двухфазной электрической сети с помощью двух катушек А и В (рис. 2.2).
Рис. 2.2. К получению кругового вращающегося магнитного поля в двухфазной электрической цепи.
Если оси двух катушек и , сдвинутые в пространстве относительно друг друга на 90 пространственных градусов, обтекаются токами
; , (2.1)
то векторы магнитной индукции катушек сдвинуты относительно друг друга также на 90 электрических градусов.
Так как обе катушки совмещены в пространстве, то они создают магнитное поле, модуль вектора результирующей магнитной индукции которого будет равен
Рис. 2.3. К расчету модуля вектора результирующей магнитной индукции.
; (2.2)
,
отсюда
. (2.3)
За один период изменения тока двухфазной питающей сети вектор результирующей магнитной индукции сделает один полный оборот:
.
За одну секунду результирующий вектор магнитной индукции делает оборотов, а за 60 с. он сделает
.
Вращающееся магнитное поле является круговым при соблюдении следующих условий: сдвиг катушек в пространстве на угол ; сдвиг токов катушек во времени на угол ; равенство магнитодвижущих сил (МДС) обмоток катушек. Нарушение любого из условий образования кругового вращающегося магнитного поля приводит к образованию эллиптического поля, при котором конец вектора результирующей магнитной индукции описывает не окружность, а эллипс (рис.2.4). В этом случае вектор результирующей магнитной индукции изменяется по амплитуде.
Эллиптическое поле можно представить как сумму двух неравных по амплитуде круговых полей, вращающихся с синхронной частотой в противоположные стороны.
Рис.2.4. Образование эллиптического вращающегося магнитного поля.
Круговое поле , вращающееся в одном направлении с эллиптическим, называется прямым, а второе поле - обратным.
Прямое поле создает вращающий момент двигателя , а обратное - тормозящий момент . С увеличением эллиптичности поля за счет изменения углов сдвигов во времени и в пространстве или уменьшении магнитодвижущей силы одной из обмоток статора прямая составляющая поля и момента убывает, а обратная - возрастает. Уменьшение результирующего момента при неизменном моменте нагрузки приводит к снижению частоты вращения ротора. Когда полностью не выполняется хотя бы одно из условий кругового поля, т. е. , или , или , или , поле статора становится пульсирующим. В этом случае двигатель не развивает вращающего момента при неподвижном роторе. Для объяснения этого явления пульсирующее магнитное поле можно заменить двумя полями и , вращающимися в противоположные стороны с синхронной частотой . Амплитуды этих полей равны половине амплитуды пульсирующего поля.
При неподвижном роторе оба поля вращаются относительно ротора с одинаковой частотой и скольжением. Каждое из них наводит в обмотке ротора токи, равные по амплитуде вследствие равенства полей и скольжений. Возникают равные по модулю вращающие моменты и , направление которых противоположно, как и направление полей. Результирующий момент равен нулю, поэтому ротор не вращается.
Таким образом, изменяя форму поля от пульсирующего через эллиптическое до кругового, можно регулировать вращающий момент от нуля при пульсирующем поле до максимального при круговом. Соответственно частота вращения ротора будет изменяться от нуля при пульсирующем поле до максимальной при круговом. Способ управления, основанный на изменении амплитуды напряжения управления , называется амплитудным, на изменении угла - фазовым, на изменении угла - пространственным. Последний способ применим только для двигателей специальной конструкции, позволяющей поворачивать обмотки возбуждения () и управления () относительно друг друга.
Рассмотрим теперь получение кругового вращающегося магнитного поля в трехфазной электрической цепи.
Возьмем три одинаковые катушки с токами:
.
<< Пред. стр. 3 (из 13) След. >>
Список литературы по разделу