Электрические машины и трансформаторы

Электротехника
Электрические машины и трансформаторы
Определение фазных и линейных токов приемников
Электрическая машина
Принцип действия асинхронного двигателя
Трансформаторы

Векторная диаграмма трансформатора

Переходные процессы в трансформаторах
Трансформаторные устройства специального назначения
Холостой ход трансформатора
Опыт короткого замыкания
Трехобмоточный трансформатор
Измерительные трансформаторы.
Электрические двигатели и генераторы
Асинхронный генератор
Параметры асинхронной машины 
Регулирование скорости вращения

Однофазные асинхронные двигатели.

Асинхронный преобразователь частоты 
Генераторы переменного тока
Трехфазный синхронный генератор
Несимметричная нагрузка трехфазного генератора
Однофазный синхронный генератор
Синхронный двигатель 
Синхронные машины заводов Советского Союза
Машины постоянного тока – генераторы и двигатели
Генератор с параллельным возбуждением
Электромашинные усилители
Электромашинные преобразователи тока
 

Трансформаторы специального назначения

а) Измерительные трансформаторы.

 1. Трансформаторы напряжения.

Трансформаторы напряжения (ТН на рис. 2-74) служат для понижения напряжения (обычно до 100 – 150 В), так как вольтметры и катушки напряжения ваттметров и счетчиков (или реле) не могут быть включены непосредственна на высокое напряжение из-за недостаточной изоляции измерительных приборов и необходимости обеспечить безопасность обслуживающего персонала.

 

Рис. 2-74. Схема включения трансформаторов напряжения (ТН) и тока (ТТ).

 Они выполняются как двухобмоточные трансформаторы и электрически отделяют цепь приборов от цепи высокого напряжения; их вторичная цепь надежно заземляется.

По принципу действия трансформаторы напряжения не отличаются от ранее рассмотренных двухобмоточных трансформаторов. Для их исследования можно применить векторные диаграммы (например, рис. 2-14) или уравнения напряжений и токов (2-41), (2-42) и (2-43). Из этих уравнений следует:

          (2-187)

где  – комплексный коэффициент;

– сопротивление прибора, приведенное к числу витков первичной обмотки.

При расчете трансформатора напряжения и его выполнении стремятся к тому, чтобы погрешности, вносимые им в измерения, были как можно меньше. Различают следующие погрешности

измерения: погрешность напряжения

и угловую погрешность δu, равную углу между  и  (δu измеряется в минутах и принимается положительным, когда  опережает).

Из (2-187) следует, что обе погрешности fu и δu будут тем меньше, чем больше сопротивление прибора , чем меньше Z1, и  и чем ближе С1 к единице.

Трансформаторы напряжения имеют максимальные погрешности в зависимости от класса точности, установленные ГОСТ: класс 0,5 – fu = ±0,5% и δu = ±20'; класс 1 – fu = ±1%, и δu = ±40'; класс 3 – fu = ±3% (δu не нормируется). Прецизионные трансформаторы напряжения для точных лабораторных измерений имеют fu  ±0,2% и δu  ±10'.

Номинальные мощности трансформаторов напряжения лежат примерно в пределах 25 – 300 ВА. Они обычно могут быть длительно нагружены по условиям нагрева (без соблюдения точности в отношении fu и δu) до мощности, в 5 – 8 раз превышающей номинальную.

2. Трансформаторы тока.

Трансформаторы тока (ТT на рис. 2-74) также выполняются в виде двухобмоточных трансформаторов. Их первичная обмотка включается в цепь последователи с потребителями, ток которых надо измерить; во вторичную обмотку включаются амперметр, реле, а при измерении мощности и энергии – токовые катушки ваттметра и счетчика. Все приборы во вторичной цепи соединяются последовательно.

При помощи трансформатора тока цепь приборов электрически отделяется от первичной цепи и вторичная обмотка надежно заземляется, что необходимо, если первичная обмотка включается в цепь высокого напряжения.

Отношение токов трансформатора тока практически равно обратному отношению чисел витков: Последнее обычно подбирается таким образом, чтобы при номинальном первичном токе I1н номинальный вторичный ток был равен 5 или 1 А. При больших значениях I1н часто выбирается w1 = l. Получается в этом случае одновитковый трансформатор тока. Здесь первичной обмоткой служит шина (или круглый проводник), которая проходит внутри сердечника; на сердечнике помещается вторичная обмотка с числом витков w2.

Исследование трансформатора то­ка может быть проведено с помощью схемы замещения (рис. 2-17) или уравнений напряжении и токов (2-41), (2-42) и (2-43).

Из этих уравнений следует:

,          (2-188)

где  – сопротивление нагрузки (всех последовательно соединенных приборов), приведенное к числу витков первичной обмотки.

Равенство (2-188) показывает, что отношение токов будет тем ближе к обратному отношению чисел витков, чем меньше  и  по сравнению с Z12. Поэтому стремятся к уменьшению суммы (+) и увеличению Z12. Последнее, как известно, зависит от индуктивного сопротивления взаимной индукции x12 для увеличения которого надо снизить магнитное сопротивление главному по току в сердечника трансформатора, что достигается за счет уменьшения его насыщения.

При трансформаторах тока различают следующие погрешности измерения:

токовую погрешность

и угловую погрешность di, (равную углу сдвига по фазе между и  (di измеряется в минутах и принимается положительным, когда  опережает). Токовая и угловая погрешности изменяются с изменением тока I1 и . Поэтому при точных измерениях желательно иметь калибровочные кривые: fi,

В зависимости от допускаемых погрешностей согласно ГОСТ различаются пять классов точности трансформаторов тока 0,2; 0,5; 1; 3 и 10.

Приведенные числа указывают до­пускаемую для данного класса токо­вую погрешность в процентах при номинальном первичном токе. Угловая погрешность при том же первичном токе не должна быть соответственно больше 10, 40 и 80 минут для первых грех классов; для классов 3 и 10 она не нормируется.

Первичные номинальные токи стандартизованы в пределах 5  15000 А. Вторичные номинальные токи имеют два стандартных значения: 5 и 1 А. При токе 5 А общее сопротивление нагрузки колеблется в пределах 0,2  2 Ом, а при токе I А – 530 Ом.

Трансформаторы тока должны быть механически достаточно прочными, чтобы выдержать электродинамические воздействия, возникающие при аварийном повышении первичного тока.

Особенностью трансформатора тока в отличие от трансформатора напряжения является то, что его магнитный поток при неизменном токе в первичной обмотке и переменном сопротивлении нагрузки будет изменяться. При большом сопротивлении нагрузки магнитный поток трансформатора тока может возраст до чрезмерного значения. Режим работы при разомкнутой вторичной обмотки следует считать аварийным, так как при этом магнитный поток и индукция в сердечнике будут иметь наибольшие значения, что приведет не только к большому увеличению магнитных потерь и, следовательно, нагреву трансформатора, но и к значительному возрастанию напряжения на разомкнутых зажимах вторичной обмотки. В этом, случае магнитный поток будет создаваться только током I1 (при отсутствии размагничивающего вторичного тока I2) и напряжение вторичной обмотки может достигнуть опасных значений. Следует здесь учитывать, что опасным является максимальное значение напряжения, а оно вследствие уплощения кривой потока [см. кривую Ф = f(t) при синусоидальном намагничивающем токе на рис. 2-42] может значительно возрасти: например, у многовитковых трансформаторов тока отношение максимального напряжения к действующему часто получается равным 22,5, а не как при синусоидальной кривой напряжения.

Кроме того, намагничивание сердечника трансформатора тока в режиме разомкнутой вторичной обмотки при последующем его использовании из-за остаточного магнетизма может давать большие погрешности в измерениях, не соответствующие его калибровочным кривым.

б) Сварочные трансформаторы.

 Для дуговой электросварки применяются трансформаторы с повышенным рассеянием или трансформаторы при последовательном включении с дугой регулируемой реактивной катушки (рис. 2-75).

Рис. 2-75. Схема сварочного трансформатора с регулируемой реактивной катушкой.

 Повышение рассеяния в трансформаторе достигается размещением первичной и вторичной обмоток на разных стержнях и применением магнитного шунта между стержнями.

Вторичное напряжение сварочного трансформатора выбирается равным 4070 В, что соответствует напряжению зажигания дуги при переменном токе. Для устойчивого и непрерывного горения дуги требуется, чтобы внешняя характеристика (зависимость напряжения дуги от тока) была резко падающей (рис. 2-76) и чтобы цепь имела большое индуктивное сопротивление.

Рис. 2-76. Внешняя характеристика при дуговой сварке.

 На практике более часто применяется схема, показанная на рис. 2-75, при которой путем изменения зазора  в сердечнике реактивной катушки можно изменять номинальный ток дуги. Такая схема применяется при многопостовой сварке; при этом она позволяет от одного трансформатора (обычно трехфазного) одновременно питать несколько постов, имеющих каждый свою реактивную катушку.

Несимметричная нагрузка трехфазного трансформатора при соединении его обмоток Y/Y0.  Будем пренебрегать током холостого хода при всех случаях несимметричной нагрузки трансформатора и при всех соединениях его обмоток и будем считать, что нам заданы линейные первичные напряжения и вторичные токи.

Несимметричная нагрузка трехобмоточного трансформатора при соединении обмоток Y/ /Y.

Внезапное короткое замыкание. Наибольшие токи в обмотках трансформатора получаются при трехфазном коротком замыкании. Мы ранее нашли, что установившийся ток короткого замыкания равен Iк =

Регулировочные трансформаторы.  Силовые трансформаторы снабжаются ответвлениями обычно от обмотки высшего напряжения, позволяющими изменять ее число витков на ±5%, или на ±22,5%. В мощных трансформаторах ответвления, как правило, делаются в середине обмотки (по высоте), так как в этом случае при внезапном коротком замыкании в меньшей степени возрастают аксиальные электромагнитные силы, действующие на обмотки.

Мощность, потери и размеры трансформатора

Конструкции трансформаторов Наиболее распространенными являются масляные трансформаторы.

Электротехника