Измерение вторичного напряжения трансформатора. Внешняя характеристика.

При колебаниях нагрузки трансформатора его вторичное напряжение меняется. В этом можно убедится, воспользовавшись упрощенной схемой замещения трансформатора (см. рис. 1.35.), из которой следует, что

Измерение вторичного напряжения трансформатора при увеличении нагрузки от х.х. до номинальной является важнейшей характеристикой трансформатора и определяется выражением

(1.67)

Рис. 1.37. К выводу формулы

Для определения воспользуемся упрощенной векторной диаграммой трансформатора, сделав на ней следующее дополнительное построение (рис. 1.37.). Из точки А отпустим перпендикуляр на продолжение вектора , получим точку D. С некоторым допущением будем считать, что отрезок представляет собой разность , где , тогда

(1.68.)

Измерение вторичного напряжения (1.67) с учетом (1.68) примет вид

(1.69)

Обозначим (Uk.a./U1ном)100=Uk.a.; (Uk.p./U1ном)100=Uk.p., тогда выражение изменения вторичного напряжения трансформатора при увеличении нагрузки примет вид

(1.70)

Выражение (1.70) дает возможность определить изменение вторичного напряжения лишь при номинальной нагрузке трансформатора. При необходимости расчета измерение вторичного напряжения для любой нагрузки в выражение (1.70) следует ввести коэффициент нагрузки, представляющий собой относительное значение тока нагрузки b=I2/I2ном

(1.71)

из выражения (1.71) следует, что изменение вторичного напряжения зависит не только от величины нагрузки трансформатора (b), но и от характера этой нагрузки (j2).

 

Рис. 1.38. Зависимость от величины нагрузки (а) и коэффициента мощности нагрузки (б) трехфазного трансформатора (100 кВ·А, 6,3/0,22 кВт, ur=5,4%, cosjr=0,4)

 

На рис. 1.38, а представлен график зависимости при cosj2=const, а на рис. 1.38, б – график при b=const. На этих графиках отрицательные значения при работе трансформатора с емкостной нагрузкой соответствуют повышению напряжения при переходе от режима х.х. к нагрузке. Имея в виду, что получим еще одно выражение для расчета изменения вторичного напряжения при любой нагрузке:

(1.72)

Из (1.72) следует, что наибольшее значение изменения напряжения имеет место при равенстве углов фазового сдвига j2=jк, тогда cos(jk-j2)=1.

Зависимость вторичного напряжения трансформатора от нагрузки называют внешней характеристикой. Напомним, что в силовых трансформаторах за номинальное напряжение на зажимах вторичной обмотки в режиме х.х. при номинальном первичном напряжении (см. § 1.3.).

Рис. 1.39. Внешние характеристики трансфоматора.

Вид внешней характеристики (рис. 1.39) зависит от характера нагрузки трансформатора (cosj2). Внешнюю характеристику трансформатора можно построить по (1.72) путем расчета для разных значений b и cosj2.

Пример 1.6. Для трансформатора, данные которого приведены в примерах 1.4 и 1.5, (см. § 1.11.), определить изменение вторичного напряжения при номинальной нагрузке (b=1) с коэффициентом мощности cosj2 = 1,8 для нагрузок двух характеров: активно-индуктивной и ативно-емкостной.

Решение. Из примера 1.4 имеем: uk75 =5,4%; cosφk75=0,4; sinφk75 =0,92. По (1.72) при cosφ2 = 0,8 и sinφ2 = 0,6 получим:

для активно-индуктивной нагрузки ∆U=5,4(0,4•0,8+0,92•0,6)=4,65%;

для активно-емкостной нагрузки ∆U=5,4[0,4•0,8+0,92•(-0,6)]=-1,2%.

В результате аналогичных расчетов, проделанных при β=0÷1,2, для нагрузок с cosφ2, равным 0,7; 0,8; 0,9 и 1,0, получены данные, по которым построены графики ∆U = f(β), представленные на рис 1 38, а.

Наибольшее изменение напряжения соответствует активно-индуктивной нагрузке с cosφ2 = cosφk75 = 0,40 и коэффициенту нагрузки β = 1 (перегрузка трансформатора недопустима) ∆U тax = uk75= 5,4% (см рис. 1.38,6)

 

 

Устройство асинхронного двигателя (АД). Фазный и короткозамкнутый ротор.

Принцип действия асинхронного двигателя (АД). Поместим между неподвижными катушками (рис.7.4) в области вращающегося магнитного поля укрепленный на оси подвижный металлический цилиндр – ротор.

Пусть магнитное поле вращается «по часовой стрелке», тогда цилиндр относительно вращающегося магнитного поля вращается в обратном направлении.

Учитывая это, по правилу правой руки найдем направление наведенных в цилиндре токов.

На рисунке 7.4 направления наведенных токов (вдоль образующих цилиндра) показаны крестиками («от нас») и точками («к нам»).

Применяя правило левой руки (рис. 7.1,б), получаем, что взаимодействие наведенных токов с магнитным полем порождает силы F, приводящие во вращательное движение ротор в том же направлении, в каком вращается магнитное поле.

Частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного поля , т.к. при одинаковых угловых скоростях относительная скорость ротора и вращающегося магнитного поля была бы равна нулю и в роторе не было бы наведенных ЭДС и токов. Следовательно, не было бы сил F, создающих вращающий момент. Рассмотренное простейшее устройство поясняет принцип действия асинхронных двигателей. Слово «асинхронный» (греч.) означает неодновременный. Этим словом подчеркивается различие в частотах вращающегося магнитного поля и ротора – подвижной части двигателя.

Рис. 7.4. К принципу действия асинхронного двигателя

 

Вращающееся магнитное поле, создаваемое тремя катушками, имеет два полюса и называется двухполюсным вращающимся магнитным полем (одна фаза полюсов).

За один период синусоидального тока двухполюсное магнитное поле делает один оборот. Следовательно, при стандартной частоте f1 = 50 Гц это поле делает три тысячи оборотов в минуту. Скорость вращения ротора немногим меньше этой синхронной скорости.

В тех случаях, когда требуется асинхронный двигатель с меньшей скоростью, применяется многополюсная обмотка статора, состоящая из шести, девяти и т.д. катушек. Соответственно вращающееся магнитное поле будет иметь две, три и т.д. пары полюсов.

В общем случае, если поле имеет р пар полюсов, то его скорость вращения будет

.

Устройство асинхронного двигателя. Магнитная система (магнитопровод) асинхронного двигателя состоит из двух частей: наружной неподвижной, имеющей форму полого цилиндра (рис. 8.5), и внутренней – вращающегося цилиндра.

Обе части асинхронного двигателя собираются из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Эти листы для уменьшения потерь на вихревые токи изолированы друг от друга слоем лака.

Неподвижная часть машины называется статором, а вращающаяся – ротором (от латинского stare – стоять и rotate – вращаться).

Рис. 7.5. Схема устройства асинхронного двигателя: поперечный разрез (а);

обмотка ротора(б): 1 – статор; 2 – ротор; 3 – вал; 4 – витки обмотки статора;

5 – витки обмотки ротора

 

В пазах с внутренней стороны статора уложена трехфазная обмотка, токи которой возбуждают вращающееся магнитное поле машины. В пазах ротора размещена вторая обмотка, токи в которой индуктируются вращающимся магнитным полем.

Магнитопровод статора заключен в массивный корпус, являющийся внешней частью машины, а магнитопровод ротора укреплен на валу.

Роторы асинхронных двигателей изготавливаются двух видов: короткозамкнутые и с контактными кольцами. Первые из них проще по устройству и чаще применяются.

Обмотка короткозамкнутого ротора представляет собой цилиндрическую клетку («беличье колесо») из медных шин или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко на торцах двумя кольцами (рис.7.5,б). Стержни этой обмотки вставляются без изоляции в пазы магнитопровода.

Применяется также способ заливки пазов магнитопровода ротора расплавленным алюминием с одновременной отливкой и замыкающих колец.