Лінійні трифазні електричні кола синусоїдного струму 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Лінійні трифазні електричні кола синусоїдного струму



Перш за все, треба усвідомити переваги трифазних установок змінного струму перед однофазними. Важливо знати співвідношення між лінійними і фазними струмами і напругами при з'єднанні елементів трифазного кола зіркою і трикутником, причому не тільки пам'ятати їх, але і вміти виводити за допомогою векторної діаграми. Необхідно також мати ясне уявлення про призначення нейтрального проводу у трифазному чотирипровідному колі змінного струму. Для цього доцільно розглянути несиметричні режими роботи трифазного кола при з'єднанні зіркою. У трифазному колі можуть бути два режими: симетричний і несиметричний. При симетричному режимі напруги на затискачах приймача створюють симетричну систему, а активні і реактивні опори у фазах приймача (навантаження) відповідно однакові, в ін­шому випадку маємо несиметричний режим.

Розрахунок трифазного кола у симетричному режимі зводиться до розрахунку для однієї фази; він аналогічний розрахунку звичайного кола синусоїдного струму.

При несиметричному режимі для розрахунку трифазного кола також можуть бути застосовані методи, що використовуються для розрахунку звичайного кола синусоїдного струму, але для кожної фази окремо.

Визначення потужності у колі змінного струму є важливою практич­ною задачею тому необхідно знати формули активної, реактивної і повної потужностей, а також зв'язок між ними. Вивчення теми слід проводити за [1, с. 104–121].

Запитання для самоперевірки

1. Перерахуйте переваги трифазних установок змінного струму перед однофазними.

2. Накресліть схеми з'єднання споживачів зіркою і трикутником, вказав­ши при цьому фазні і лінійні струми і напруги.

3. Напишіть співвідношення між фазними і лінійними струмами і напру­гами при з'єднанні симетричного навантаження зіркою і три кут-ником.

4. Для яких цілей застосовується чотирипровідна трифазна система і яке призначення нейтрального проводу?

5. Чи можна ставити запобіжник у нейтральному проводі?

6. Накресліть векторні діаграми напруг і струмів при з'єднанні зіркою і трикутником у випадку симетричного навантаження.

7. За якими формулами обчислюється потужність трифазного кола?

8. Чи можна обмотки трифазного електродвигуна перемкнути із зірки на трикутник і за яких умов?

Магнітні кола

Розділ «Магнітні кола» включає значний матеріал із курсу фізики, наприклад, магнітні властивості феромагнетиків. Тому бажано спочатку відновити у пам'яті відповідні розділи курсу фізики. Необхідно усвідомити особливості петлі гістерезису для магнітом'яких і магніто-твердих матеріалів. Площа петлі гістерезису пропорційна втратам енергії на перемагнічування за один цикл. Ця енергія виділяється у матеріалі у вигляді теплоти. Тому в осердях трансформаторів використовують феромагнітні матеріали з більш вузькою петлею гістерезиса, звичайно кремнієву елек­тротехнічну сталь.

Основною інженерною задачею, яка виникає при розрахунку магнітних кіл, є визначення зв’язків між магнітним потоком та струмом в обмотці намагнічуючої котушки. При цьому доводиться розв’язувати дві задачі: пряму та зворотну. Прямою називають таку задачу, коли відомою величиною є магнітний потік, а визначенню підлягає намагнічуюча сила або струм котушки. Зворотна задача – струм котушки є відомим, а визначенню підлягає магнітний потік. При розв’язуванні як прямої, так і зворотної задачі геометричні розміри магнітного кола та матеріал, з якого воно виготовлене, зазвичай, відомі.

Під час вивчення пристроїв змінного струму: стабілізаторів, дросе-лів насичення та магнітних підсилювачів, слід звернути увагу на мож-ливість регулювання їх індуктивного опору зміною повітряного проміжку магнітопровода або його додатковим підмагнічуванням за допомогою обмотки керування.

Запитання для самоперевірки

1. Назвіть пристрої, в яких проявляється дія магнітного поля.

2. Як математично записують закон електромагнітної індукції?

3. Що називають магнітним колом і яке його призначення в електричних пристроях?

4. Що таке магнітна проникність? В яких одиницях вона вимірюється?

5. Як формулюють і записують математично закон повного струму?

6. Запишіть рівняння Кірхгофа для магнітного кола.

7. Назвіть сфери використання магнітом’яких і магнітотвердих матеріалів.

Трансформатори

Принцип роботи трансформатора ґрунтується на явищі електро-магнітної індукції, що забезпечує появу ЕРС в обмотках трансформатора. Необхідно звернути увагу на те, що передача електричної енергії від пер-винної обмотки до вторинної відбувається за рахунок магнітного поля. При цьому магнітний потік залишається незмінним при зміні навантаже-ння трансформатора від неробочого ходу до номінального.

Слід чітко розрізняти три режими роботи трансформатора: холос-того ходу, навантажувальний і короткого замикання. Режим короткого замикання із зниженою напругою у первинній обмотці, так як і режим холостого ходу, використовують для вимірювання характеристик транс-форматора.

При холостому ході струм у вторинній обмотці відсутній. У пер-винній обмотці протікає порівняно слабкий струм холостого ходу, оскіль-ки індук­тивність трансформатора велика. Активна потужність, що вимі-рюється у первинному колі, майже повністю зумовлена тільки втратами енергії у сталі осердя. Дійсно, магнітний потік при цьому такий же вели-кий, як і при номінальному навантаженні. Втрати ж енергії на нагрівання провідників тільки у первинній обмотці малі, тому що вони пропорційні квадрату струму. У режимі холостого ходу також вимірюється коефіцієнт трансфор­мації.

У навантажувальному режимі у вторинній обмотці трансформа-тора протікає струм навантаження, у первинній обмотці струм стає також великим. У цьому режимі втрати потужності відбуваються як у сталі, так і у міді, тобто, у провідниках обмоток. Втрати у сталі такі ж як і у режимі холостого ходу оскільки магнітний потік той же самий. Ці втрати зумов-лені двома причинами: гістерезисом і вихровими струмами. Якщо втрати на гістерезис зменшують підбором відповідного феромагнітного мате-ріалу, то втрати на вихрові струми зменшують шляхом розділення осердя на окремі ізольовані одна від одної пластини.

При випробуваннях трансформатора у режимі короткого замика-ння при пониженій напрузі можна добитися того, щоб струми в обмотках були такими, як і при номінальному навантаженні. Тоді втрати на нагрівання провідників в обмотках будуть такі ж, як і у навантажуваль-ному режимі, а втрати потужності у сталі будуть дуже малі, тому що вони пропорційні квадрату амплітуди магнітного потоку, а згідно формули (1) магнітний потік пропорційний ЕРС, тобто напрузі на первинній обмотці. Таким чином, у режимі короткого замикання ватметр, ввімкнений у коло первинної обмотки трансформатора вимірює втрати у міді.

Трифазний струм можна трансформувати за допомогою трьох од­нофазних трансформаторів, причому їх первинні і вторинні обмотки можна з'єднувати як трикутником, так і зіркою. Але при симетричнму навантаженні сума всіх трьох магнітних потоків дорівнює нулю. Тому всі три однофазні трансформатори можна об'єднати в один, зробивши в осерді три стержні (трифазний трансформатор). Вивчення теми слід проводити по [1, с. 201–202, 246–251, 253–260].

Запитання для самоперевірки

1. Для чого призначений трансформатор?

2. Поясніть принцип дії трансформатора.

3. Призначення досліду холостого ходу трансформатора.

4. Виведіть співвідношення, що зв'язують коефіцієнт транс-формації з первинними і вторинними ЕРС, напругами, струмами однофазного транс­форматора.

5. Що таке зовнішня характеристика трансформатора?

6. Призначення досліду короткого замикання трансформатора.

7. Яке найбільше значення може мати ККД трансформатора при номі­нальному навантаженні?

8. Які є схеми з'єднання обмоток трифазного трансформатора?

9. Перерахуйте номінальні дані трансформатора.

10. У яких випадках застосовують автотрансформатор?

Асинхронні машини

Вивчення даного розділу слід починати з короткого історичного нарису розвитку електричних машин [1, с. 329–338]. У ньому не тільки наводяться основні етапи розвитку електромашинобудування у історич-ному аспекті, але і в доступній формі розкриваються проблеми і труд-нощі, які необхідно було подолати для вдосконалення електричних машин. Цей матеріал не обов'язково запам'ятовувати, але розібратися у ньому необхідно. Це полегшить розу­міння принципу дії асинхронних двигунів і суть процесів, що відбуваються в них. Наступним етапом при роботі над цією темою є вивчення будови і принципу дії асинхронного електродвигуна [1, с. 387–391].

Принцип дії асинхронного двигуна трифазного струму засно-ваний на використанні обертального магнітного поля [1, с. 348–357]. Для усвідом­лення способу створення такого поля необхідно розглянути декілька момен­тів часу протягом періоду змінного струму і побудувати вектори, що вка­зують напрямок і значення індукції магнітного поля статора. Слід також зрозуміти взаємодію магнітного поля статора зі струмами, які течуть в обмотці ротора двигуна, що характеризує механічний момент сил, спря­мований у сторону обертання магнітного поля статора.

Питання, пов'язані з потужністю втрат в електродвигуні та його ККД, слід вивчати за [1, с. 394–396].

Для аналізу роботи асинхронних двигунів використовують безрозмірну величину s, що називається ковзанням. Слід добре запам'я-тати формулу, що зв'язує ковзання з частотою обертання ротора, оскільки вона часто вико­ристовується під час розрахунків. Важливою для асин-хронного двигуна є його механічна характеристика, тобто, залежність частоти обертання ротора від електромагнітного моменту, що розвиває двигун [1, с. 397–400]. Під час вивчення роботи асинхронного двигуна розуміння цієї характеристики зустрічає труднощі, тому рекомендується спочатку усвідомити суть графіка залежності електромагнітного моменту М від ковзання s, спрощена інже­нерна формула якої називається формулою Клосса і має вигляд:

де Мтах максимальний момент; sкр критичне ковзання.

Ця залежність має явно виражений максимум М mах. Значення ковзання sкр, що відповідає максимальному моменту, називають критичним. При нульо­вому ковзанні момент дорівнює нулю. Дійсно, оскільки при цьому частота обертання ротора співпадає з частотою обертання магнітного поля, ротор нерухомий відносно магнітного поля. В обмотці ротора не виникає ЕРС і тому відсутній струм, а значить і електромагнітний момент дорівнює нулю. При пуску двигуна s =1.

Зі збільшенням ковзання частота обертання ротора відносно магнітного поля збільшується, струм у роторі збільшується, момент також збіль­шується, але до певного значення. Потім момент починає змен-шуватись зі збільшенням ковзання, тобто, зі зменшенням кількості обертів ротора. Це відповідає неусталеній роботі двигуна, оскільки внаслідок гальмування ротора занадто великим моментом сил зовнішнього механічного навантаження електромагнітний момент буде зменшуватись ще більше, що призводить до повної зупинки двигуна. Такий режим роботи двигуна недопустимий. Початкова ділянка механічної характеристики при малих ковзаннях відповідає усталеній роботі двигуна і є робочою.

Пуск асинхронного двигуна виконують, як правило, шляхом без-по­середнього ввімкнення у мережу [1, с. 401–408]. При цьому у почат-ковий момент струм перевищує номінальне значення у 5–7 разів. Елект-рична ме­режа повинна бути розрахована на таке короткочасне наванта-ження.

Існують також асинхронні двигуни з фазним ротором, у якого обмотка має виводи на контактні кільця. Щітки, що торкаються кілець, з'єднують з пусковим реостатом. Зі збільшенням частоти обертання ротора опір пускового реостату зменшують до нуля. Двигун починає працювати як і двигун з короткозамкненим ротором. Але в момент пуску споживання струму і мережі обмежується.

Запитання для самоперевірки

1. За якою формулою визначається залежність частоти оберталь-ний магнітного поля статора асинхронного двигуна від кількості пар по-люсів і частоти напруги мережі?

2. Поясніть принцип утворення обертального магнітного поля за допомогою трифазної системи струмів і трьох котушок, зсунутих у про-сторі на 120°.

3. Чому ротор асинхронного двигуна обертається з частотою мен-шою, ніж частота обертання магнітного поля?

4. Як змінюється ККД асинхронного двигуна при переході від хо-лостого ходу до повного навантаження?

5. Як змінюється коефіцієнт потужності асинхронного двигуна при зміні навантаження?

6. Механічна характеристика асинхронного двигуна.

7. У яких випадках застосовуються двигуни з фазним ротором?

8. Як здійснюється реверс асинхронних двигунів?

9. Які є способи регулювання частоти обертання двигунів.

10.8. Загальні питання електричних машин та електропостачання

Втрати потужності та коефіцієнт корисної дії, нагрів, охолодження та режим навантаження електричних машин.

Поняття про електропостачання підприємств, цехів і робочого місця. Розрахунок електричних ліній живлення споживачів.

Під час аналізу формули коефіцієнта корисної дії електричної машини звернути увагу на умову максимуму коефіцієнта корисної дії та на три групи втрат в електричній машині.

Вирішальним фактором під час розрахунку та правильного вибору електричного двигуна для виробничого механізму є його нагрів. Незва-жаючи на складний характер розподілу тепла в електричній машині, замі-на реальної машини однорідним тілом дає можливість встановити деякі загальні закони зміни температури машини в процесі нагріву і охолод-ження.

Передача електроенергії в системах електропостачання здійнюється трифазними лініями напругою 6 ÷220 кв, а на території підприємств напруга понижується до 0,4/0,23 кв. Переріз провідників і жил кабелів вибирають за умов допустимого нагріву, економічної густини струму та допустимих втрат напруги.

Література: [1, с. 524–532; 2, с. 542–570; 4, с. 44–45].

Запитання для самоперевірки

1. Які є номінальні напруги ліній електропередач?

2. Назвіть категорії електроприймачів за надійністю роботи.

3. Назвіть основні елементи системи електропостачання, їх приз-начення.

4. Які існують схеми живлення трансформаторних підстанцій?

5. За якими критеріями вибирають переріз провідника лінії живлення?

6. Як вибирають переріз провідника за струмом навантаження?

7. Яку втрату напруги в лінії дозволяє держстандарт?

8. Які мінімально допустимі перерізи мідних і алюмінієвих провід-ників за умов механічної міцності?



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-22; просмотров: 184; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 54.225.24.249 (0.038 с.)