Методы уменьшения вихревых токов

Мощность, расходуемая на нагрев электротехнических устройств электромагнитного типа, значительно снижает их КПД. Поэтому с целью уменьшения величины вихревых токов повышают сопротивление магнитопровода. Для этого сердечники выполняют не сплошными, а набирают из отдельных тонких пластин (толщиной 0,1- 0,5 мм), покрытым слоем изоляционного материала. Также при изготовлении сердечника в сырье вводят специальные добавки, увеличивающие его сопротивление.

 

 

24. Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

В этом электродвигателе (см. рис. 1, б) обмотки возбуждения и якоря питаются от одного и того же источника электрической энергии с напряжением U. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат Rpв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат Rп.

 

В рассматриваемом электродвигателе имеет место, по существу, раздельное питание цепей обмоток якоря и возбуждения, вследствие чего ток возбуждения Iв не зависит от тока обмотки якоря Iв. Поэтому электродвигатель с параллельным возбуждением будет иметь такие же характеристики, как и двигатель с независимым возбуждением. Однако двигатель с параллельным возбуждением работает нормально только при питании от источника постоянного тока с неизменным напряжением.

 

При питании электродвигателя от источника с изменяющимся напряжением (генератор или управляемый выпрямитель) уменьшение питающего напряжения U вызывает соответствующее уменьшение тока возбуждения Iв и магнитного потока Ф, что приводит к увеличению тока обмотки якоря Iя. Это ограничивает возможность регулирования частоты вращения якоря путем изменения питающего напряжения U. Поэтому электродвигатели, предназначенные для питания от генератора или управляемого выпрямителя, должны иметь независимое возбуждение.

 

Рисунок 1 — схема параллельного возбуждения машины постоянного тока

 

 

25. Закон Джоуля — Ленца: количество тепла выделяемого в проводнике равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени протекания.
Q = I2Rt.

Плавкие предохранители — это аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания.

Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.

Основные требования. предъявляемые к плавким предохранителям

К предохранителям предъявляются следующие требования:

1. Времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта.

2. При коротком замыкании предохранители должны работать селективно.

3.Время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. Предохранители должны работать с токоограничением.

4. Характеристики предохранителя должны быть стабильными. Разброс параметров из-за производственных отклонений не должен нарушать защитные свойства предохранителя.

5. В связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность.

6. Замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна требовать много времени.

В промышленности наибольшее распространение получили предохранители типов ПР-2 и ПН-2.

26. Трансформирование в трехфазной цепи может быть осуществлено либо группой, состоящей из трех однофазных трансформаторов, либо одним трехфазным трансформатором.

Устройство и особенности трехфазных трансформаторов.

Обмотки трехфазного трансформатора расположены на стержнях так же, как и в однофазном трансформаторе, т.е. обмотки низшего напряжения НН размещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН— на обмотках низшего напряжения.

Для правильного соединения обмоток необходимо разметить начала и концы фаз высшего напряжения (A, В, С и X,У, Z) и низшего напряжения (а, b, с и х, у, z) и придерживаться этой маркировки. Ошибка в маркировке одной из фаз или ошибка в соединении фаз может привести к тому, что ЭДС, наведенные в одноименных фазах, будут не совпадать по фазе, а будут сдвинуты относительно друг друга на 180°.

В трехфазных трансформаторах, кроме гальванической связи фаз, есть и магнитная, так как магнитопроводы отдельных фаз объединены в общую магнитную систему. Такое объединение возможно благодаря тому, что магнитные потоки в отдельных фазах сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол 120°. Если объединить стержни трех фаз (рис. 2.19, а) в один общий стержень (рис. 2.19,б), то сумма трех потоков в нем в любой момент времени равна нулю и, следовательно, стержень не нужен. Таким образом, магнитная система трехфазного трансформатора из шестистержневой модифицируется в трехстержневую (рис. 2.19, г и 2.18).

Трехфазный трансформатор экономичнее, чем группа из трех однофазных.

1. Его бак, в нём находится трансформаторное масло. Резервуар, обычно овальной формы, из качественной стали. В него, непосредственно погружается, активная часть силового трансформатора. В этом простом устройстве, масло выполняет важную роль, отводит тепло, выделяемое обмотками, при прохождении через него некоторой электрической мощности. Оно передаётся через корпус бака, и радиаторы охлаждения. Ещё оно, сохраняет на нужном уровне изоляцию токоведущего провода, от соседних обмоток и заземлённом корпусом устройства. Как вы уже поняли, на него крепятся радиаторы, она делаются из ребристых труб, встроенных в него. Запомни, они сделаны для циркуляции масла, для лучшего его охлаждения. В нём имеется краник, для слива и замены отработанного масла. В дне есть пробка, для удаления остатков поле слива. К трансформаторам весом около тонны и выше, крепятся поворотные каретки, они могут изменять направления трансформатора, при его передвижении по подстанции. Для его переноса, или установки, на крышки есть рым кольца.

2. Трёхфазный силовой агрегат, снабжён, термосифонным фильтром. Он крепится к стенке бака, двумя патрубками. Его основная задача, благодаря, такому чуду, как, термосифонный эффект. Он предназначен для очистки, проходящего через него масла. Оно проходит через активный материал, он же, сорбент. Он, в свою очередь, очищает масло, от продуктов старения. Этим, продлевает срок жизни трансформатора, поддерживая изоляцию.

3. Вводы, их три фазы, это простые, изоляторы проходные фарфоровые. Через них проходит состыковка, с одной стороны крепятся отводы от обмоток, а с снаружи, части устройств токоведущих. Они идут ребристые, для увеличения расстояния, для электрического разряда, из нутрии они гладкие.

4. Расширитель ный бак. Как нам всем известно, из школы, точнее из физики. При увеличении температуры, происходит расширение масла. Вот оно и компенсируется в этом баке. Он сообщается с основным устройством, с помощью трубы. Труба заканчивается, немного выше дна расширителя. Чтобы, осадок не попал в агрегат. За контролем уровня, с боку расширителя крепится масло мерное стекло. Простая стеклянная трубка.

5. Воздухоосушитель, он как раз, устанавливается в расширитель. Металлический корпус, в нем, трансформаторный силикагель. Он забирает из воздуха влагу, которая поступает, в связи с понижением уровня масла.

6. Реле газовое, вставляют в трубу, между трансформатором и расширителем. Он даёт нужную защиту при внутренних катаклизмах. При замыканиях, электрическая дуга, разлагает масло на составляющие. При этом образуется газ в большом количестве, увеличивается давление. Оно может разорвать бак.

7. Выхлопная труба, она ставится в крышку трёхфазного силового трансформатора, закрыта он стеклом. Когда давление превысит допустимую норму, стекло лопнет, и газы, вместе с маслом, вылетят наружу. Этим спасёт устройство от деформации бака.

 

Номинальной мощностью трансформатора называется указанное в заводском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно может быть нагружен трансформатор в номинальных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальных частоте и напряжении.

Для трансформаторов общего назначения, установленных на открытом воздухе и имеющих естественное масляное охлаждение без обдува и с обдувом, за номинальные условия охлаждения принимают естественно меняющуюся температуру наружного воздуха (для климатического исполнения У: среднесуточная не более 30°С, среднегодовая не более 20°С), а для трансформаторов с масляно-водяным охлаждением температура воды у входа в охладитель принимается не более 25°С (ГОСТ 11677—85).

27 преобразование механической в электрическую

Преобразования механической энергии в электрическую, заключающийся в том, что периодически сводят и разводят электроды, между которыми находится диэлектрик, причем при своде электродов на них подают электрическое напряжение, заряжая электрическим зарядом, а при разводе электродов их подключают к нагрузке, и ранее накопленный электрический заряд перетекает в нагрузку. Причем при своде электродов между ними остается диэлектрический зазор и электрического контакта не происходит. Так как напряжение на электродах в разведенном положении становится больше, чем при сведенном положении, происходит преобразование механической энергии в электрическую. Устройство для осуществления описанного выше способа называется емкостным параметрическим преобразователем и состоит из, по крайней мере, одной пары электродов, выполненных из металлического материала и обращенных друг к другу рабочими поверхностями, между которыми находится диэлектрический материал, например воздух, причем электроды установлены с возможностью рабочего перемещения относительно друг друга.

Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

28 генератор постоянного тока параллельного возбуждения

В этом генераторе ток обмотки якоря I_яразветвляется во внешнюю цепь нагрузки Rн (ток I_н) и в обмотку возбуждения (ток I_в); ток _Iв для машин средней и большой мощности составляет 2—5 % номинального значения тока в обмотке якоря. В машине используется принцип самовозбуждения, при котором обмотка возбуждения получает питание непосредственно от обмотки якоря генератора. Однако самовозбуждение генератора возможно только при выполнении ряда условий.

1. Для начала процесса самовозбуждения генератора необходимо наличие в магнитной цепи машины потока остаточного магнетизма, который индуцирует в обмотке якоря э. д. с. E_ост. Эта э. д. с. обеспечивает протекание по цепи «обмотка якоря — обмотка возбуждения» некоторого начального тока.

2. Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, должен быть направлен согласно с магнитным потоком остаточного магнетизма. В этом случае в процессе самовозбуждения будет нарастать ток возбуждения I_в и, следовательно, магнитный поток Ф машины э. д. с. Е. Это будет продолжаться до тех пор, пока из-за насыщения магнитной цепи машины не прекратится дальнейшее увеличение Ф, а следовательно, Е и I_в. Совпадение по направлению указанных потоков обеспечивается путем правильного присоединения обмотки возбуждения к обмотке якоря. При неправильном ее подключении происходит размагничивание машины (исчезает остаточный магнетизм) и э. д. с. Е уменьшается до нуля.

3. Сопротивление цепи возбуждения R_B должно быть меньше некоторого предельного значения, называемого критическим сопротивлением. Поэтому для быстрейшего возбуждения генератора рекомендуется при включении генератора в работу полностью выводить регулировочный реостат R_рв, включенный последовательно с обмоткой возбуждения. Это условие ограничивает также возможный диапазон регулирования тока возбуждения, а следовательно, и напряжения генератора с параллельным возбуждением. Обычно уменьшать напряжение генератора путем увеличения сопротивления цепи обмотки возбуждения можно лишь до (0,6-0,7) U_ном

Следует отметить, что для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы процесс увеличения его э. д. с. E и тока возбуждения I_в происходил при работе машины в режиме холостого хода. В противном случае из-за малого значения E_ост и большого внутреннего падения напряжения в цепи обмотки якоря напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, может уменьшиться почти до нуля и ток возбуждения не сможет увеличиться. Поэтому нагрузку к генератору следует подключать только после установления на его зажимах напряжения, близкого к номинальному.

При изменении направления вращения якоря изменяется полярность щеток, а следовательно, и направление тока в обмотке возбуждения; в этом случае генератор размагничивается.

Во избежание этого при изменении направления вращения необходимо переключить провода, присоединяющие обмотку возбуждения к обмотке якоря.

Внешняя характеристика генератора представляет собой зависимость напряжения U на выводах генератора от тока нагрузки I. Она располагается ниже внешней характеристики генератора с независимым возбуждением. Объясняется это тем, что кроме тех же двух причин, вызывающих уменьшение напряжения с ростом нагрузки в генераторе с независимым возбуждением (падение напряжения в цепи якоря и размагничивающее действие реакции якоря), в рассматриваемом генераторе существует еще третья причина — уменьшение тока возбуждения. Так как ток возбуждения I_B = U/R_B, т. е. зависит от напряжения U машины, то с уменьшением напряжения по указанным двум причинам уменьшается магнитный поток Ф и э. д. с. генератора Е, что приводит к дополнительному уменьшению напряжения. Максимальный ток I_кр, соответствующий точке а, называется критическим.
При коротком замыкании обмотки якоря ток Iк генератора с параллельным возбуждением мал (точка б), так как в этом режиме напряжение и ток возбуждения равны нулю. Поэтому ток короткого замыкания создается только э. д. с. от остаточного магнетизма и составляет (0,4 -0,8) I_ном. Внешняя характеристика точкой а делится на две части: верхнюю — рабочую и нижнюю — нерабочую. Обычно используется не вся рабочая часть, а только некоторый ее отрезок. Работа на участке аб внешней характеристики неустойчива; в этом случае машина переходит в режим, соответствующий точке б, т. е. в режим короткого замыкания.

Характеристику холостого хода генератора с параллельным возбуждением снимают при независимом возбуждении (когда ток в якоре I_я = 0), поэтому она ничем не отличается от соответствующей характеристики для генератора с независимым возбуждением. Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет такой же вид, как и характеристика для генератора с независимым возбуждением.

Генераторы с параллельным возбуждением применяют для питания электрических потребителей в пассажирских вагонах, автомобилях и самолетах, в качестве генераторов управления на электровозах, тепловозах и моторных вагонах и для заряда аккумуляторных батарей.

Принципиальная схема генератора с параллельным возбуждением (а) и внешние характеристики генераторов с независимым и параллельным возбуждением (б)

29. Переме́нный ток — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине или направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным

Принцип получения переменного тока. Простейшим генератором переменного тока может служить виток, вращающийся в равномерном магнитном поле (рис. 168, а). Пользуясь правилом правой руки, легко определить, что в процессе вращения витка направление э. д.с. е, индуцированной в рабочих участках 1 и 2 витка, непрерывно изменяется (показано стрелками), следовательно, изменяется и направление проходящего по замкнутой цепи тока i.

По закону электромагнитной индукции э. д. с, индуцируемая в витке при вращении его с окружной скоростью? в магнитном поле с индукцией В,

e = 2lB? sin?,

где 2l — длина двух рабочих частей витка, находящихся в магнитном поле;

? — угол между направлением силовых магнитных линий и направлением движения витка в рассматриваемый момент времени (направлением вектора скорости?).

При вращении витка с угловой скоростью? угол? =?t, следовательно,

e = 2lBv sin?t.

Переменный угол? t называется фазой э. д. с. Величина 2lB? представляет собой максимальное значение э. д. с. е, которое она принимает при?t = 90° (когда плоскость витка перпендикулярна силовым магнитным линиям). Обозначив его Eт получим:

е = Е_т sin?t.

Полученная зависимость изменения э. д. с. е от угла?t или от времени t графически изображается синусоидой (рис. 168,б). Э. д. с, токи и напряжения, изменяющие свои значения и направления по закону синусоиды, называются синусоидальными. Ось, по которой откладывают углы? t, можно рассматривать как ось времени t.

Рассмотрим несколько отдельных положений витка. В момент времени, соответствующий углу?t₁ (см. рис. 168, а), когда виток находится в горизонтальном положении, его рабочие участки как бы скользят вдоль силовых магнитных линий, не пересекая их; поэтому в этот момент э. д. с. в них не индуцируется (точка 1 на рис. 168,б). При дальнейшем повороте витка стороны его начнут пересекать магнитные силовые линии. По мере увеличения угла поворота увеличивается и число силовых линий, пересекаемых сторонами витка в единицу времени, и соответственно возрастает индуцированная в витке э. д. с е.

В момент времени, соответствующий углу?t₂, виток пересекает наибольшее число силовых магнитных линий, так как его рабочие участки 1 и 2 движутся перпендикулярно силовым линиям магнитного поля; в этот момент э. д. с. е достигает своего максимального значения Е_т (точка 2 на графике). При дальнейшем вращении витка число пересекаемых силовых линий уменьшается и соответственно уменьшается индуцированная в витке э. д. с. В момент времени, соответствующий углу рабочие участки витка опять как бы скользят вдоль магнитных силовых линий, в результате чего э. д. с. е будет равна нулю (точка 3). Затем рабочие участки 1 и 2 витка вновь начинают пересекать магнитные силовые линии, но уже в другом направлении, поэтому в витке появляется э. д. с. противоположного направления. В момент времени, соответствующий углу?t₄. при вертикальном расположении витка э. д. с. в достигает максимального значения — Е_т (точка 4), затем она уменьшается, и в момент времени, соответствующий?t5, снова становится равной нулю (точка 5). При дальнейшем движении витка с каждым

Рис. 168. Индуцирование синусоидальной э. д. с. (а) и кривая ее изменения (б)

новым оборотом описанный выше процесс индуцирования э. д. с. будет повторяться.

В современных генераторах переменного тока магниты или электромагниты, создающие магнитное поле, обычно располагаются на вращающейся части машины — роторе, а витки, в которых индуцируется переменная э. д. с,— на неподвижной части генератора — статоре. Однако с точки зрения принципа действия генератора переменного тока безразлично, на какой части машины — роторе или статоре — расположены витки, в которых индуцируется переменная э. д. с.

Мгновенное и максимальное значения. Величину переменной электродвижущей силы, силы тока, напряжения и мощности в любой момент времени называют мгновенными значениями этих величин и обозначают соответственно строчными буквами (e, i, u, p).
Максимальным значением (амплитудой) переменной э. д. с. (или напряжения или тока) называется та наибольшая величина, которой она достигает за один период. Максимальное значение электродвижущей силы обозначается Е _m, напряжения — U _m, тока — I _m.

Действующим (или эффективным) значением переменного тока называется такая сила постоянного тока, которая, протекая через равное сопротивление и за одно и то же время, что и переменный ток, выделяет одинаковое количество тепла.

Период. Время, в течение которого переменная э. д. с. (напряже­ние или ток) совершает одно полное изменение по величине и на­правлению (один цикл), называется периодом. Период обозначает­ся буквой Т и измеряется в секундах.