Вопрос 35. Пик-трансформаторы. Назначение, принцип действия, устройство.

Пик-трансформатор — электрический трансформатор, преобразующий переменное напряжение синусоидальной формы в импульсное напряжение переменной полярности той же частоты. Главным образом используют как генератор импульсов в исследовательских установках высокого напряжения, а также в устройствах автоматики.

Предназначены для преобразования напряжения синусоидальной формы в импульсы напряжения пикообразной формы. Такие импульсы напряжения необходимы в цепях управления тиристоров, тиратронов и др. Принцип работы пик-трансформатора основан на явлении магнитного насыщения ферромагнитного материала. В схеме а трансформатор работает в режиме сильного магнитного насыщения, что достигается уменьшением числа витков первичной обмотки. Дополнительное сопротивление в первичной обмотке нужно, чтобы ток был синусоидальным. В схеме б стержень первичной обмотки работает в ненасыщенном режиме, а стержень со вторичной обмоткой – в насыщенном. Достигается это с помощью магнитного шунта, а так же меньшим сечением стержня со вторичной обмоткой.

Вопрос 36. Получение вращающегося магнитного поля 3-х фазной и 2-х фазной системах токов. Условия получения кругового вращающегося магнитного поля. Эллиптические и пульсирующие магнитные поля. Круговым вращающимся магнитным полем называется поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается в пространстве с постоянной угловой частотой. Для создания кругового вращающегося поля необходимо выполнение двух условий:1. Оси катушек должны быть сдвинуты в пространстве друг относительно друга на определенный угол (для двухфазной системы – на 90, для трехфазной – на 120).2. Токи, питающие катушки, должны быть сдвинуты по фазе соответственно пространственному смещению катушек. Пульсирующее магнитное поле – разновидность переменного магнитного поля, у которого вектор магнитной индукции изменяется по уровню, но не изменяется по направлению.При несоблюдении хотя бы одного из условий создания кругового магнитного поля возникает не круговое, а эллиптическое вращающееся поле, у которого максимальное значение результирующей магнитодвижущей силы и индукции для различных моментов времени не остается постоянным, как при круговом поле. В таком поле пространственный вектор МДС описывает эллипс.

 

 

Вопрос 37. Устройство статора бесколлекторной машины переменного тока. Обмотки машин переменного тока. Способы выполнения обмоток. Классификация и выбор обмоток. Статор бесколлекторной машины переменного тока состоит из корпуса, сердечника и обмотки. Сердечник статора имеет шихтованную конструкцию, т. е. представляет собой пакет пла­стин, полученных методом штамповки из листовой электротехнической стали. Пластины предваритель­но покрывают с двух сторон тонкой изоляционной пленкой, например слоем лака. На внутренней по­верхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых располагаются проводники обмотки статора. Обмотка статора выполняется из медных обмоточных проводов круглого или прямоугольного сечения. Обмотку ротора выполняют либо короткозамкнутой, либо по тем же принципам, что и статора. Классификация обмоток:Статорные обмотки: 1) односкоростные, 2) многоскоростные, они делятся на: концентрические, петлевые, волновые, далее на: однослойные, двухслойные, далее на: с диаметральным шагом, с укороченным шагом, далее на: протяжные, с жесткими секциями, всыпные. Выбор типа обмотки делается исходя из:- минимального расхода обмоточного провода, - номинальной мощности и напряжения, - типа паза, - достоинств и недостатков обмоток, - экономической целесообразности.

Вопрос 38. Принципы построения трехфазных статорных обмоток. Шаг обмотки. Число пазов на полюс и фазу. Число катушечных групп. Число электрических градусов на один паз. Шаг обмотки Y – это расстояние, выраженное в зубцах (или пазах), между активными сторонами одной и той же секции. Определяется по формуле:Y = Z / 2pЧисло пазов на полюс и фазу q определяет число секций в катушечной группе и находится по формуле: q = Z / 2pm, где m – число фаз Число катушечных групп. Между числом катушечных групп и числом пар полюсов имеется жесткая связьи в однослойной обмотке число катушечных групп: N (1) = pm. В двухслойных обмотках число катушечных групп увеличено в 2 раза по сравнению с однослойной обмоткой: N (2) = 2pm. Число электрических градусов на 1 паз. В расточке статора электрической машины одна пара полюсов составляет 360 электрических градусов, поэтому число электрических градусов в расточке статора можно определить, умножив на число пар полюсов – 360p. Если магнитопровод имеет число пазов, равное Z, что число электрических градусов, приходящееся на 1 паз, или иначе угловой сдвиг между рядом лежащими пазами, равно:

А = 360p / Z

Вопрос 39. Принцип действия асинхронного двигателя. Устройство асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором. Схемы включения двигателей. Асинхронный электродвигатель – электрическая асинхронная машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Существует два основных вида асинхронных электродвигателей: с фазным ротором и с короткозамкнутым ротором. Преобразование электрической энергии происходит следующим образом: при её прохождении по статорным обмоткам возникает магнитное поле, которое, взаимодействуя с индуктированным полем статора в обмотках ротора и создаёт механические усилия, благодаря которым ротор начинает вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии, что частота вращения ротора меньше частоты вращения поля. Частота вращения ротора асинхронных двигателей не равна частоте вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором – электродвигатель с первичной обмоткой, располагаемой на статоре – неподвижной части двигателя и присоединяемой к источнику питания и вторичной – на вращающейся части двигателя – роторе, выполненной в виде «беличьего колеса», обтекаемой индуктированным током. Являются наиболее распространенными из электрических двигателей, применяемых в промышленности, т. к. значительно превосходят двигатели с фазным ротором как по цене и простоте устройства, так и по надёжности в эксплуатации.

Асинхронный двигатель с фазным ротором – асинхронный двигатель, имеющий три фазные обмотки, геометрические оси которых сдвинуты относительно друг друга в пространстве на 120°. Фазы обмоток соединяются, обычно, звездой, а их концы присоединяются к трем контактным (электрически изолированным) кольцам, расположенным на вале, на которые накладываются щетки, размещенные в щеткодержателе. Этот вид асинхронных электродвигателей имеет лучшие пусковые и регулировочные характеристики, тем не менее ему присущи так же и большие размеры, масса, и стоимость, чем асинхронным электродвигателям с короткозамкнутым ротором.

Вопрос 42. Потери и КПД асинхронного двигателя. Виды потерь. Энергетическая диаграмма АД. Электрические потери (потери в обмотке статора) в асинхронном двигателе вызваны нагре­вом обмоток статора и ротора проходящими по ним токами. Вели­чина этих потерь пропорциональна квадрату тока в обмотке. т Магнитные потери (потери в стали) в асинхронном двигателе вызваны поте­рями на гистерезис и потерями на вихревые токи, происходящими в сердечнике при его перемагничивании. Величина магнитных потерь зависит от частоты перемагничивания Механические потери — это потери на трение в подшипни­ках и вентилятор о воздух. Величина этих потерь пропорциональна квадрату частоты вращения ротора. КПД АД:Коэффициент полезного действия трансформатора равен отношению активной мощности на выходе вторичной обмотки Р₂ к активной мощности на входе первичной обмотки Р_1. КПД трансформатора зависит как от величины (β), так и от характера (cosφ₂) нагрузки. Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, при которой магнитные потери равны электрическим: Р_0ном =β'²/Р_К.НОМ. Обычно КПД трансформатора имеет максимальное значение при β'=0,45÷0,65.

h = Р2 / Р1

 

 

 

Вопрос 40. Режимы работы асинхронной машины: двигательный генераторный и тормозной. Условия перехода асинхронной машины в указанные режимы. Понятие параметра скольжение. Двигательный режим. Если ротор неподвижен или частота его вращения меньше синхронной, то вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой в обмотке ротора возникает ток. На проводники с током этой обмотки (а точнее, на зубцы сердечника ротора), действуют электромагнитные силы; их суммарное усилие образует электромагнитный вращающий момент, увлекающий ротор вслед за магнитным полем. Если этот момент достаточен для преодоления сил трения, ротор приходит во вращение, и его установившаяся частота вращения соответствует равенству электромагнитного момента тормозному, создаваемого нагрузкой на валу, силами трения в подшипниках, вентиляцией и т. д. Частота вращения ротора не может достигнуть частоты вращения магнитного поля, так как в этом случае угловая скорость вращения магнитного поля относительно обмотки ротора станет равной нулю, магнитное поле перестанет индуцировать в обмотке ротора ЭДС и, в свою очередь, создавать вращающий момент. Генераторный режим. Если ротор разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля, то изменится направление ЭДС в обмотке ротора и активной составляющей тока ротора, то есть асинхронная машина перейдёт в генераторный режим. При этом изменит направление и электромагнитный момент, который станет тормозным. В генераторном режиме работы скольжение . Для работы асинхронной машины в генераторном режиме требуется источник реактивной мощности, создающий магнитное поле. При отсутствии первоначального магнитного поля в обмотке статора поток создают с помощью постоянных магнитов, либо при активной нагрузке за счёт остаточной индукции машины и конденсаторов, параллельно подключенных к фазам обмотки статора. Асинхронный генератор потребляет реактивный ток и требует наличия в сети генераторов реактивной мощности в виде синхронных машин. Режим электромагнитного тормоза. Если изменить направление вращения ротора или магнитного поля так, чтобы они вращались в противоположных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в обмотке ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, и машина будет потреблять из сети активную мощность. Однако электромагнитный момент будет направлен встречно моменту нагрузки, являясь тормозящим. Для режима справедливы неравенства: Этот режим применяют кратковременно, так как при нём выделяется много тепла, которое двигатель не способен рассеять, что может вывести его из строя. Скольжение асинхронного двигателя — относительная разность скоростей вращения ротора и магнитного поля статора двигателя переменного тока. s = (n1 − n) / n1, где n - скорость вращения ротора асинхронного двигателя n1 - скорость вращения магнитного потока, называется синхронной скоростью двигателя.

n1 = 60 * f / p, где f - частота сети переменного тока, p - число пар полюсов обмотки статора.

Вопрос 43. Электромагнитный момент и механические характеристика АД. Характерные точки и анализ механической характеристики. Устойчивость работы и перегрузочная способность. Уравнение электромагнитного момента АД:М = 2Ммах / S / Sкр + Sкр / S¢

Механическая характеристика – это зависимость вращающего момента от скольжения. При скольжении больше единицы ротор будет вращаться в сторону, противоположную вращению магнитного поля. Это означает, что направление вращающего момента будет против движения ротора и будет тормозить его. Такой режим называется тормозным. При скольжении от нуля до единицы машина работает в режиме двигателя. На характеристике отмечены номинальный момент, максимальный момент и пусковой момент. Максимальному моменту соотв. Критическое скольжение. Участок характеристики при изменении скольжения от нуля до критического называется рабочим участком. Работа двигателя на этом участке устойчива, так как при увеличении нагрузки будет уменьшаться частота вращения, а значит будет увеличиваться скольжение и момент. При дальнейшем увеличении нагрузки момент достигнет максимального, и если нагрузка будет продолжать расти, это приведет к уменьшению момента двигателя и двигатель остановиться. Перегрузочная способность двигателя определяются отношением максимального момента Мmax к номинальному Мном.

Вопрос 44. Механическая характеристика Ад при изменениях напряжения сети активного сопротивления обмотки ротора. Ее анализ. Колебания напряжения сети U₁ относительно его номинального значения U_1ном, сопровождаются не только изменениями максимального и пускового моментов, но и изменениями частоты вращении ротора. С уменьшением напряжения сети частота вращения ротора снижается (скольжение увеличивается). Напряжение U₁ влияет на значение максимального момента М_1mах, а также на перегрузочную способность двигателя λ = М_max /M_ном. Так, если напряжение U₁, понизилось на 30%, т. е. U₁ = 0,7 U_1ном, то максимальный момент асинхронного двигателя уменьшится более чем вдвое: M^/_max = 0,7² М_max = 0,49 M_mах. Изменение активного сопр. обмотки ротора. Значение максимального момента двигателя не зависит от активного сопротивления ротора r^/₂. Что же касается критического скольжения s_кр, то оно пропорционально сопротивлению r₂'. Таким образом, если в асинхронном двигателе постепенно увеличивать активное сопротивление цепи ротора, то значение максимального момента будет оставаться неизменным, а критическое скольжение будет увеличиваться. При этом пусковой момент двигателя М_п возрастает с увеличением сопротивления r₂' до некоторого значении. На рисунке это соответствует сопротивлению г₂'_ш, при котором пусковой момент равен максимальному. При дальнейшем увеличении сопротивления r₂' пусковой момент уменьшается. Анализ графиков также показывает, что изменения сопротивления ротора r₂' сопровождаются изменениями частоты вращения: с увеличением r₂' при не­изменном нагрузочном моменте М_ст скольжение увеличивается, т.е. частота вращения уменьшается Влияние активного сопротивления обмотки ротора на форму механическиххарактеристик асинхронных двигателей используется при проектировании двигателей.

 

Вопрос 41. Уравнения напряжений, МДС и токов асинхронного двигателя. Приведение параметров обмотки ротора. Векторная диаграмма и порядок ее построения. Схема замещения асинхронного двигателя. Уравнение напряжений обмотки статора асинхронного двигателя: ₁ = (- ₁) + j ₁ x₁ + ₁ Уравнение напряжений для цепи ротора асинхронного двигателя: _2s - j ₂ x₂ s - ₂ r₂ Уравнение токов асинхронного двигателя: I₁ =I_o – I`₂

МДС обмоток статора и ротора на один полюс в режиме на­груженного двигателя

F₁ = 0,45 m₁ I₁ ω₁ k_об1/ P F₂ = 0,45 m₂ I₂ ω₂ k_об2/ P

где m₂ — число фаз в обмотке ротора; k_o62 — обмоточный коэффи­циент обмотки ротора.

Чтобы векторы ЭДС, напряжений и токов обмоток статора и ротора можно было изобразить на одной векторной диаграмме, следует параметры обмотки ротора привести к обмотке стато­ра, т. е. обмотку ротора с числом фаз m₂, обмоточным коэффици­ентом k_o62 и числом витков одной фазной обмоткиω₂ заменить об­моткой с m₁, ω₁ и k_об1. При этом мощности и фазовые сдвиги векторов ЭДС и токов ротора после приведения должны остаться такими же, что и до приведения. Осно­ванием для построения этой диаграммы являются уравнение токов и уравнения напряжений обмоток статора и ротора.

Порядок построения векторной диаграммы: 1. Откладываем вектор магнитного потока Ф.2. Под углом 90^о к Ф в сторону отставания откладываем векторы ЭДС Е₂^/ и Е₁.3. Под углом фи2 к вектору Е₂^/ в сторону отставания (обмотка ротора содержит индуктивность) откладываем вектор тока I₂^/.4. Используя третье уравнение токов находим вектор тока ротора I₂^/.5. Вектор напряжения U₁ определяются путем построения по уравнению напряжения.6. Достраиваем диаграмму, учитывая уравнение напряжения ротора.

 

Схемы замещения применяет для упрощения расчетов. На рис. а представлена Т-образ­ная схема замещения. Магнитная связь обмо­ток статора и ротора в асинхронном двигателе на схеме замещения заменена электрической связью цепей статора и ротора. Активное со­противление можно рассматривать как внешнее сопротивление, включенное в обмотку неподвижного ротора. В этом случае асинхронный двигатель аналогичен трансформатору, работающе­му на активную нагрузку. Сопротивление– единст­венный переменный параметр схемы. Значение этого сопротивле­ния определяется скольжением, а следовательно, механической нагрузкой на валу двигателя. Так, если нагрузочный момент на валу двигателя М₂ = 0, то скольжение s ≈ 0. При этом r₂' (1 - s)/ s = ∞, что соответствует работе двигателя в режиме х.х. Если же нагрузочный момент на валу двигателя превышает его вращающий момент, то ротор останавливается (s=1). При этом r₂'(1 - s)/ s = О, что соответствует режиму к.з. асинхронного дви­гателя.

Более удобной для практического применения является Г- образная схема замещения (рис. б), у которой намагничиваю­щий контур (Z_m = r_m+ j x_m) вынесен на входные зажимы схемы замещения. Чтобы при этом намагничивающий ток I₀ не изменил своего значения, в этот контур последовательно включают сопро­тивления обмотки статора r₁ и х₁. Полученная таким образом схе­ма удобна тем, что она состоит из двух параллельно соединенных контуров: намагничивающего с током ₀ и рабочего с током - ^′₂. Расчет параметров рабочего контура Г-образной схемы заме­щения требует уточнения, что достигается введением в расчетные формулы коэффициента с₁, представляющего собой отношение напряжения сети U₁ к ЭДС статора Е₁ при идеальном холостом ходе (s = 0). Так как в этом режиме ток холостого хода асинхронного двигателя весьма мал, то U₁ оказывается лишь немногим больше, чем ЭДС Е₁, а их отношение с₁ =U₁/ E₁ мало отличается от единицы.