Электротехника конспекты и примеры решения задач

Электротехника, физика
Лабораторная работа
Задачи по физике
Задачи курсового расчета
Атомная энергетика
Ядерные реакторы
  • Ядерная реакция
  • Авария  на ЧАЭС
  • Антуан Беккерель
  • Ядерный топливный цикл
  • Степень опасности РАО
  • Лазерная трансмутация
  • География транспортировки ядерных
    отходов в России
  • Новоуральск и ядерные отходы
  • СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
    АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
  • ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ
  • Атомные электростанции (АЭС)
  • Главным сооружением АЭС
    является энергоблок
    .
  • Физика атомного ядра
  • Радиоактивное излучение
  • Выделение энергии при делении
    тяжёлых ядер
    .
  • Зал управления Ленинградской АЭС
  • Математика
    Примеры решения типовых задач
    Начертательная геометрия
    Лекции и конспекты
    Виды проецирования
    АКСОНОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРОЕКЦИИ
    Типовые задачи и методика решений.
    Информационные сети
  • Канальный уровень управления передачей
  • Физический уровень управления передачей
  • Мейнфреймы
  • Серверы рабочих групп
  • Характеристики и протоколы
    транспортной сети ИВС.
  • Стек TCP/IP
  • Защита вычислительных сетей.
  • Стандарт  криптозащиты
  • Стандарт Fast Ethernet.
  • Многосегментные локальные сети
  • Мосты и коммутаторы
  • Фиксированная маршрутизация
  • Изысканное искусство
    Курс лекций по истории искусства
    Декоративные цветы
  • Декоративные цветы из ткани
    для украшения интерьера
  • Технология изготовления цветов
  • Изготовление тычинок и пестика
  • Гофрирование деталей
  • Выкройки и сборка цветов
  • Ромашка
  • Космея
  • Колокольчик делают из крепдешина
    или тонкого шелка
  • Шиповник
  • Лилия
  • Тюльпан
  • Орхидея
  • Ирисы – прекраснейшие цветы.
  • Гвоздика персидская (махровая)
  • Фиалки лучше делать из шелка
  • Анютины глазки
  • Душистый горошек
  • Ветка цветущей яблони
  • Жасмин махровый
  • Декоративная листва
  • Отделочные цветы из ткани
    для украшения одежды
  • Цветы из капрона на проволочном
    каркасе
  • Материалы и инструменты
  • Бумажные цветы
  • Исследование трансформаторов

    1 Назначение и принцип действия трансформаторов.

    2 Однофазные двухобмоточные трансформаторы.

     3 Трехфазные трансформаторы.

    Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока

    На рисунке 1.1, а) изображена электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора, а на рисунке 1.1, б) – его условное графическое обозначение.

    Трансформатор состоит из двух обмоток, первичной 1 и вторичной 2, размещенных на замкнутом ферромагнитном магнитопроводе 3, который для уменьшения потерь от вихревых токов набран из листов электротехнической стали толщиной (0,350,5) мм, легированной кремнием. Магнитопровод служит для усиления магнитной связи между обмотками трансформатора, т. е. для уменьшения магнитного сопротивления контура, через который проходит магнитный поток трансформатора.

    Обмотка трансформатора 1 (рисунок 1.1, а), к которой подводится электрическая энергия от источника питания, называется первичной. Обмотка 3, от которой отводится энергия к приемнику (нагрузке), называется вторичной. Величины (напряжение, ЭДС, ток, число витков и т. д.), относящиеся к первичной обмотке, называются первичными, и их буквенные обозначения снабжаются индексом 1 (например ), а величины, относящиеся к вторичной обмотке, называются вторичными и имеют индекс 2 ( и т. д.).

    Рассмотрим принцип работы трансформатора на примере однофазного двухобмоточного трансформатора, так как рабочие процессы, протекающие в нем, характерны и для других типов трансформаторов. Если первичную обмотку трансформатора подключить к источнику переменного напряжения , то в ней возникнет ток , который возбуждает в ферромагнитном магнитопроводе переменный магнитный поток . Магнитный поток, замыкающийся по магнитопроводу, пересекает первичную и вторичную обмотки и индуцирует в них ЭДС  и  соответственно.

     


     а) б)

    Рисунок 1.1 – Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора (а) и его условное графическое обозначение (б)

    При подключении к зажимам вторичной обмотки нагрузки с сопротивлением  под воздействием ЭДС  через нее будет протекать переменный ток , и энергия из цепи первичной обмотки будет передаваться в цепь вторичной обмотки за счет переменного магнитного потока . Вторичный ток  образует в сердечнике трансформатора свой собственный магнитный поток , который накладывается на поток первичной обмотки. В результате в магнитопроводе создается общий магнитный поток , который сцепляется с витками обеих обмоток. Этот поток называют основным или рабочим потоком трансформатора. Наряду с основным магнитным потоком в трансформаторе существуют переменные магнитные потоки рассеяния  и , создаваемые токами его обмоток и замыкающиеся вокруг витков первичной и вторичной обмоток в основном через воздух. Значения этих потоков прямо пропорциональны токам обмоток. Переменные ЭДС   и  пропорциональны количеству витков  и  первичной и вторичной обмоток, а также скорости изменения потока  (закон Максвелла):

     (1.1)

    где  и  – число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.

    Так как ЭДС  и  наводятся одним и тем же магнитным потоком, то при синусоидальном напряжении  действующие значения этих ЭДС запишется:

     (1.2)

    где – частота переменного тока; – амплитудное значение магнитного потока трансформатора.

    Из (1.1) и (1.2) можно получить выражение для коэффициента трансформации трансформатора:

     (1.3) 

    Таким образом, коэффициент трансформации трансформатора есть отношение ЭДС его обмоток или отношение чисел витков этих обмоток. В паспорте трансформатора обычно указывают отношение номинальных напряжений в режиме холостого хода , которое практически равно отношению ЭДС, так как при разомкнутой вторичной обмотке напряжение, приложенное к первичной обмотке,  почти целиком уравновешивается ее ЭДС (), а вторичное напряжение равно вторичной ЭДС (). Поэтому выражение для коэффициента трансформации можно переписать в виде:

     (1.4)

    Следовательно, коэффициент трансформации равен отношению напряжений на обмотках при холостом ходе трансформатора.

    При работе трансформатора, в первичной обмотке электрическая энергия,  потребляемая из сети, преобразуется в энергию магнитного поля, а во вторичной обмотке, наоборот, энергия магнитного поля преобразуется в электрическую, отдаваемую затем (в основном) потребителю (нагрузке). Небольшая часть мощности теряется в самом трансформаторе. При номинальном режиме мощность потерь в обмотках и магнитопроводе трансформатора невелика, поэтому трансформаторы обычно имеют высокий КПД, достигающий (98—99) %.

    Таким образом, в трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность же (из-за малых потерь на нагревание обмоток и магнитопровода трансформатора) практически остается постоянной, т. е. можно считать, что  Следовательно,

     (1.5) 

    Итак, токи в обмотках трансформатора обратно пропорциональны напряжениям.

    Ток первичной обмотки трансформатора при отключенном потребителе электроэнергии является током холостого хода. Значение напряжения, подводимого к трансформатору в режиме холостого хода, в соответствии со вторым правилом Кирхгофа для первичной обмотки, может быть представлено как сумма 

    ,

    где – активное сопротивление первичной обмотки;  – индуктивное сопротивление первичной обмотки, обусловленное потоками рассеяния.

    На рисунке 1.2 построена векторная диаграмма трансформатора для режима холостого хода.

     


    Рисунок 1.2 – Векторная диаграмма трансформатора для режима холостого хода

    Опыт холостого хода трансформатора проводится с целью определения коэффициента трансформации k, магнитного потока , а также потерь мощности  в сердечнике магнитопровода при номинальном режиме.

    Для этого к первичной обмотке трансформатора подводится напряжение, равное номинальному . Вторичная обмотка трансформатора при этом разомкнута, так как в цепи её отсутствует нагрузка. Ток во вторичной обмотке оказывается равным нулю, в то время как в цепи первичной обмотке трансформатора будет ток холостого хода . С увеличением номинальной мощности трансформатора относительное значение тока холостого хода снижается.

    Воспользовавшись вторым правилом Кирхгофа для первичной и вторичной цепи трансформатора в режиме холостого хода, можно получить уравнения электрического состояния

    Определим коэффициент трансформации по показаниям приборов при опыте холостого хода как отношение первичного напряжения к вторичному напряжению:


    Полученное выражение позволяет вычислить магнитный поток , а также магнитную индукцию , если известно сечение сердечника магнитопровода , так как .

    Активная мощность, потребляемая трансформатором в режиме холостого хода , затрачивается на потери мощности в магнитопроводе и электрические потери мощности в первичной обмотке: .

    Так как активное сопротивление первичной обмотки, также как и ток холостого хода трансформатора , обычно незначительно, электрические потери в этой обмотке оказываются небольшими и ими можно пренебречь. В результате этого можно принять, что мощность, потребляемая трансформатором в опыте холостого хода и измеряемая ваттметром, расходуется на потери в магнитопроводе, обусловленные гистерезисом и вихревыми токами .

    При нагрузке трансформатора к вторичной его обмотке подключается потребитель электроэнергии. Ток во вторичной обмотке нагруженного трансформатора согласно закону Ома определяется выражением:

    ,

    где  – полное сопротивление потребителя.

    В соответствии со вторым правилом Кирхгофа уравнения для первичной и вторичной обмоток нагруженного трансформатора запишутся:

    где – ток первичной обмотки нагруженного трансформатора; – ток вторичной обмотки нагруженного трансформатора; – активное сопротивление первичной и вторичной обмоток соответственно; – индуктивное сопротивление первичной и вторичной обмоток соответственно, обусловленное потоками рассеяния.

    Так как падение напряжения на первичной обмотке трансформатора  в пределах номинального тока нагрузки обычно мало по сравнению с ЭДС , то можно приближенно считать, что напряжение  Из этого следует, что при неизменном напряжении питающей сети  при нагрузке трансформатора ЭДС   можно считать постоянной. Так как ЭДС наводится результирующим магнитным потоком, то, следовательно, этот поток должен также оставаться практически постоянным в пределах от холостого хода до номинальной нагрузки трансформатора, т. е. .

    Исследование работы трансформатора при нагрузке удобно производить на основе векторных диаграмм, построенных для приведенного трансформатора, заменяющего реальный трансформатор, у которого параметры вторичной обмотки приведены к напряжению и числу витков первичной обмотки. Поэтому приведенный трансформатор должен иметь коэффициент трансформации, равный единице.

    В процессе определения параметров вторичной обмотки приведенного трансформатора все параметры первичной обмотки остаются неизменными. При замене реального трансформатора на приведенный активные, реактивные и полные мощности, а также коэффициент мощности вторичной обмотки трансформатора должны оставаться постоянными.

    Значение вторичной приведенной ЭДС  можно найти из выражения для коэффициента трансформации . Аналогично можно записать выражение и для вторичного приведенного напряжения трансформатора .

    Значение приведенного вторичного тока  можно получить из соотношения, записанного из условия сохранения постоянства мощности вторичной обмотки трансформатора:

    .

    С учетом этого, а также того, что , получим выражение для приведенного вторичного тока .

    Приведенное активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора  можно определить исходя из условия постоянства электрических потерь во вторичной обмотке трансформатора в процессе приведения параметров  . С учетом выражения для тока   получим выражение для приведенного активного сопротивления вторичной обмотки  

    Аналогично можно получить выражения для приведенного реактивного индуктивного и приведенного полного сопротивлений вторичной обмотки трансформатора:

    При этом, так же как и для катушки индуктивности с магнитопроводом, ЭДС , равную , можно заменить векторной суммой активного и реактивного индуктивного падений напряжения в соответствии с уравнением:

    ,

    где  – индуктивное сопротивление, обусловленное основным потоком трансформатора;  – активное сопротивление, обусловленное магнитными потерями мощности в магнитопроводе трансформатора, т. е. некоторое условное активное сопротивление, в котором выделяется мощность , равная магнитным потерям мощности в магнитопроводе.

    С учетом полученных уравнений для  и , используя приведенные параметры вторичной обмотки трансформатора, запишем уравнение электрического состояния для вторичной обмотки . Принимая во внимание, что , составим схему замещения трансформатора (рисунок 1.3, а) и для нее построим векторную диаграмму (рисунок 1.3, б).

    Опыт короткого замыкания трансформатора проводится в процессе исследований трансформатора для определения электрических потерь мощности в проводах обмоток и параметров упрощенной схемы замещения трансформатора. Этот опыт проводится при замкнутой накоротко вторичной обмотке трансформатора. При этом напряжение на вторичной обмотке равно нулю.

     


     

     а) б)

    Рисунок 1.3 – Схема замещения трансформатора (а) и ее векторная диаграмма (б)

    Покупка в интернет магазине товара со скидкой