Главная Вводно-распределительные устройства

Подключение обмоток трехфазного трансформатора. Какие бывают схемы соединения обмоток трансформатора

Ремонт силовых трансформаторов и пусконаладочные работы

Компания ЗАО «Спецмаркет» выполняет установку, монтаж, наладку, а также ремонты силовых трансформаторов любой сложности . Ремонт силовых трансформаторов является одним из основных направлений деятельности предприятия «Спецмаркет». Также наша компания выполняет испытания первичного оборудования (силовых трансформаторов, масляных, вакуумных выключателей, ошиновки, трансформаторов напряжения, тока и др. оборудования) станций и подстанций любых классов напряжений. По всем вопросам обращайтесь через форму

Схема соединений обмоток

Соединение звезда - звезда. Присоединении первичных и вторичных обмоток звездою ток в обмотках равен линейному току; напряжение же каждой фазы в раз меньше линейного напряжения. Последнее обстоятельство имеет следствием то, что изоляция обмоток может быть взята с учетом только лишь фазного напряжения, а число витков фазы может быть взято в раз меньше, чем это требовалось бы при соединении треугольником. Таким образом трансформатор с соединением обмоток звезда - звезда является наиболее дешевым. В эксплуатационном же отношении трансформатор с соединением звезда-звезда имеет существенные недостатки. Одним из недостатков его является необеспеченность в отношении симметрии напряжений при несимметричной нагрузке. Если первичная обмотка имеет нейтральный провод, соединенный с генератором (рис. 146а), то нагрузка одной фазы почти не вызывает нарушений симметрии трансформатора. В рассматриваемом случае токи идут только по обмоткам одною стержня, причем ампервитки вторичной обмотки целиком компенсируются ампервитками первичной обмотки, т. е.

Нарушения магнитного состояния трансформатора почти не получается. Если бы мы привели вторичную обмотку к первичной, т. е. положили то токи в соответствующих фазах (на рис. 146а в фазах А и а) были бы равны между собою, т. е.. Наличие нейтрального провода со стороны первичной цепи несомненно удорожает систему, а потому такая система почти и не применяется.

Предположим теперь, что нейтральный провод со стороны первичной цепи отброшен. В таком случае при загрузке одной фазы вторичной обмотки (на рис. 146b фазы а) во всех фазах первичной обмотки пойдут токи. В сопряженной фазе первичной обмотки, т.е. в фазе А ток будет равен а в двух других фазах по

В указанных соотношениях между токами легко убедиться из рассмотрения рис. 147, на котором схематически изображен сердечник трансформатора с первичными катушками и одною вторичною катушкою на среднем стержне. Мы имеем, во-первых, что сумма ампервит-ков одного окна, т. е. действующих на рис. 147 по пунктирной линии t, должна быть равна нулю; во-вторых, в сопряженной первичной фазе ток вдвое больше тока в двух других первичных фазах (по закону Кирхгофа), в-третьих, направление токов в несопряженных первичных фазах прямо противоположно направлению тока в сопряженной первичной фазе, потому что в первых двух фазах токи идут от концов фаз к началам В и с, а в последней фазе от начала фазы А к концу. Вследствие этого направления токов в сечениях первичных фаз будут такими, какими они показаны на рис. 147. Написав равенство ампервитков для одного окна

где I X - ток в сопряженной первичной фазе, получаем, что

Из рассмотрения рис. 147 мы видим, что на всех сердечниках нет уравновешенности ампервитков. На крайних стержнях имеются ампервитки первичной обмотки, но нет ампервитков вторичной обмотки. На среднем стержне вторичные ампервитки преобладают над первичными. Если всмотреться в действия неуравновешенных ампервитков, то мы заметим, что во всех стержнях они действуют в одну сторону; на рис. 147 вниз. Это значит, что неуравновешенные ампервитки создадут добавочное магнитное поле, которое во всех стержнях будет направлено в одну сторону и будет замыкаться через воздух. Добавочное магнитное поле, меняясь с частотою тока, индуктирует во всех фазах первичной и вторичной обмоток электродвижущие силы одной фазы, которые в первичной обмотке вместе с электродвижущими силами, индуктируемыми главным магнитным потоком, уравновешивают первичное напряжение

Во вторичной обмотке те же электродвижущие силы вместе с электродвижущими силами главного потока дают фазные электродвижущие силы.

Нетрудно показать, что фазные электродвижущие силы в этом случае получаются неравными. Пусть треугольник АВС на рис. 148 представляет треугольник приложенного первичного напряжения, а -электродвижущие силы добавочного магнитного потока. Если бы нулевая точка О треугольника напряжений ABC не сдвинулась со своего места, то фазные электродвижущие силы с первичной стороны должны были определяться векторами . Этими векторами определялись бы по величине и магнитные потоки в трех стержнях, так как электродвижущие силы пропорциональны вызвавшим их потокам. Магнитные потоки в сердечнике трехфазного трансформатора соединены звездой, а потому к ним приложимо свойство давать в сумме в каждый момент времени нуль, т. е. Ф 1 + Ф 2 +Ф 3 = О. Это значит, что векторы должны дать замкнутый равносторонний треугольник. Но последние векторы не могут дать замкнутого равностороннего треугольника. Такой треугольник мы получим, если сместим нейтральную точку О в точку на расстоянии . В этом случае векторы уже дадут замкнутый равносторонний треугольник. Таким образом в результате добавочного потока нулевая точка обмотки смещается на величину добавочной электродвижущей силы. Последнее явление совершенно подобно тому, что имеет место при холостой работе трансформатора с несимметричною магнитною системою, когда смещение нулевой точки выражалось величиной фазного напряжения. Имея в виду, что полный ток нагрузки больше тока холостой работы раз в 20, то при несимметричной нагрузке с полным током смещение нулевой точки выразится фазного напряжения. Такое большое смещение нулевой точки вызывает большое неравенство в фазных напряжениях, что, конечно, представляет большое неудобство с эксплуатационной точки зрения. В том случае, когда нейтраль первичной звезды не может быть соединена с нейтралью генератора, рассматриваемое соединение не рекомендуется брать при трансформировании тока отдельными однофазными трансформаторами или одним трехфазным трансформатором броневого типа, так как в фазных напряжениях получаются значительные третьи гармоники. Оно не рекомендуется даже и при передачах звезда - звезда на звезда - треугольник при условии заземления нейтралей высокого напряжения, потому что замыкающиеся в этом случае через землю токи третьей гармоники могут причинить большие расстройства в соседних телефонных и телеграфных линиях.

При трансформировании трехфазным трансформатором стержневого типа третьи гармоники, как мы видели и ранее, проявляются значительно слабее, а потому соединение звезда-звезда в данном случае будет допустимо. Группа звезда- звезда применяется при небольших распределительных сетях с мало нагруженным вторичным нулевым проводом. При высоких напряжениях эта группа применяется только при наличии третичной обмотки, соединенной треугольником. Эта последняя необходима для прохождения третьей гармоники намагничивающего тока; она же может дать ток для защитных приспособлений в случае короткого замыкания главной обмотки.

В. Звезда-зигзаг. Для того чтобы в соединении обмоток трансформаторов звезда-звезда избавиться в известной мере от добавочного магнитного потока при несимметричной нагрузке применяют соединение вторичных обмоток звезда-зигзаг. Если бы при таком соединении вторичных обмоток имелась во вторичной цепи односторонняя нагрузка, то, как видно из рис. 149, токи проходили бы во вторичной и первичной обмотках двух стержней, Ампервитки первичной обмотки обоих стержней компенсировали бы ампервитки вторичной обмотки тех же стержней и магнитное равновесие не нарушалось бы, т. е, не было бы добавочного однофазного магнитного потока. Следует отметить; что соединение вторичных обмоток зигзагом удорожает трансформатор, так как требует на 15% больше меди, чем соединение просто звездою.

С. Треугольник-треугольник. При соединении первичных и вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов или одного трехфазного трансформатора треугольником линейное напряжение равно фазному напряжению, а линейный ток в раз больше фазного тока, т, е. Таким образом каждый трансформатор должен быгь намотан на полное линейное напряжение, но для тока, составляющего 58% от линейного. Так как обмотки находятся под полным линейным напряжением, а не под фазным, как у трансформатора с обмотками, соединенными звездою, то изоляция их должна быть относительно более совершенной. Вследствие этого стоимость трансформатора с обмотками треугольник - треугольник болег высокая, чем аналогичного трансформатора с обмотками звезда-звезда.

Несимметричная нагрузка трансформатора с обмотками треугольник-треугольник не дает добавочных магнитных потоков, как у трансформатора с обмотками звезда-звезда. Если бы нагрузка вторичной цепи была односторонняя, то токи проходили бы во всех фазах первичной и вторичной обмоток, как это указано на рис, 126, Вследствие этого ампервитки первичной и вторичной фаз одного и того же стержня уравновесятся, и однофазного и добавочного магнитного потока не будет.

Соединение треугольник - треугольник дает возможность не прерывать работы линии при порче одной из фаз, если трансформирование происходит помош,ью трех однофазных или одного броневого трехфазного трансформатора, В этих случаях просто отключают пострадавший трансформатор или пострадавшую обмотку, не отключая двух других от линии. При трансформировании тока трехфазным броневым трансформатором обмотки пострадавшей фазы замыкают накоротко, предварительно отключив их от обмоток двух других фаз. Последнее необходимо для того, чтобы токи короткого замыкания в них уничтожили часть магнитного потока двух других фаз, замыкающихся через сердечник пострадавшей фазы, чтобы не было, следовательно, высокого напряжения в пострадавших обмотках. При трансформировании тока одним стержневым трехфазным трансформатором изолировать пострадавшую фазу нельзя, так как магнитная цепь у всех фаз общая.

С выходом фазы из работы система двух закрытых треугольников превращается в систему двух открытых треугольников, вследствие чего отдаваемая мощность должна быть понижена до 58% общей мощности трех трансформаторов (или одного трехфазного трансформатора).

D. Треугольник - звезда; звезда - треугольник. Первое соединение обмоток, треугольник-звезда, является обычным у повыси-тельных трансформаторов высокого напряжения и распределительных трансформаторов низкого напряжения при четырехпроводной системе; второе соединение обмоток, звезда-треугольник,-у понизительных трансформаторов подстанции.

Токи и напряжения обмоток, соединенных треугольником, находятся в тех же отношениях к линейному току и напряжению, как и у рассмотренного соединения. Ток в обмотках, соединенных звездою, равен линейному току, а напряжение обмоток в раз меньше линейного напряжения, т. е. Таким образом, если нейтраль звезды заземлена, то напряжение, действующее на изоляцию обмотки и линии, будет составлять всего 58% от линейного напряжения; на это напряжение и нужно рассчитывать изоляцию линии. Если же нейтраль не заземлена, то изоляцию обмоток следует рассчитывать на полное напряжение, потому что при заземлении линии изоляция подвергается действию полного линейного напряжения.

Необходимо заметить, что и при заземленной нейтрали изоляция может подвергнуться действию напряжения, большего, чем фазное, если заземление нейтрали осуществляется через сопротивление.

Трансформатор с обмотками, соединенными в треугольник - звезда или звезда - треугольник мало чувствителен к несимметричным нагрузкам. Если бы при первичной обмотке, соединенной треугольником, и вторичной обмотке, соединенной звездою с нейтральным проводом, имелась односторонняя нагрузка, то токи проходили бы только через соединенные обмотки одного стержня (рис. 150). Это значит, что магнитное равновесие не было бы нарушено ни на этом стержне, ни на двух других: добавочного потока не было бы. Если бы вторичная цепь не имела нейтрального провода, то при односторонней нагрузке токи проходили бы в двух соединенных фазах. И в этом случае на всех стержнях имелось бы магнитное равновесие, и добавочный магнитный поток отсутствовал бы. Вследствие этого не происходило бы смещения нейтральной точки и не было бы заметной асимметрии фазных напряжений.

Последнее обстоятельство служит причиною тому, что трансформаторы с обмотками треугольник - звезда особенно охотно применяют в распределительных сетях (например осветительных). Следует отметить, однако, что порча одного трансформатора или одной фазы трехфазного трансформатора выводит из действия группу треугольник- звезда, так как со стороны вторичной цепи нельзя получить симметричной системы (рис. 151, верхняя группа). Группа звезда - треугольник при той же порче дает возможность работать с мощностью, составляющей 58% от нормальной мощности, при условии, что нейтраль звезды трансформатора будет соединена, например, путем заземления с нейтралью генератора (рис. 150, нижняя группа). Нетрудно видеть, что передача, в которой отправительный трансформатор включен треугольником - звездой с заземленной нейтралью, а приемный трансформатор звездой - треугольником также с заземленной нейтралью, может работать при порче одной фазы у приемного трансформатора. Группа - треугольник у высшего напряжения и звезда у низшего напряжения-применяется в больших распределительных трансформаторах с нагруженным полностью нулевым проводом. Группа - звезда у высшего напряжения и треугольник у низшего напряжения-применяется в главных трансформаторах больших силовых станций и подстанций, не служащих для распределения.

Страниц: 1

Соединение обмоток электродвигателя играет важнейшую роль в его правильном функционировании. Подключая **Силовой трансформатор** к системе его запуска, необходимо, в первую очередь, уметь правильно соединить все его обмотки. Дело в следующем: каждый асинхронный двигатель имеет своё индивидуальное номинальное напряжение питания. Исходя из этого выбирается и соответствующая обмотка, которая является индивидуальной к каждому двигателю.

Основные виды обмоток

Существует довольно большое количество видов обмоток. **Схема соединений распределительного трансформатора** однофазного вида предполагает применение таких видов:

1) треугольник (Δ-соединение) - три фазные обмотки соединяются последовательно в кольцо или треугольник;

2) звезда (Y-соединение) - это соединение в виде звезды, которая соединяет все три обмотки их концами с одной стороны в одной нейтральной точке, называемой звездой;

3) зигзаг - (Z-соединение) - это соединение зигзагом.

Среди многих других факторов, на выбор соединений влияет мощность, которой обладает **Распределительный трансформатор**. Например, для наиболее высоких напряжений часто выбирается Y-соединение. Он лучше всего защищает прибор от перенапряжения, а также напрямую заземляет его. При соединении треугольником и звездой чаще всего комбинируют оба соединения, каждое из которых присутствует на трансформаторе по его разным сторонам.

Особенно это актуально в случаях, когда одну сторону планируют для зарядки. Обычно эту сторону и обматывают звездой. А треугольник в таких случаях даёт баланс между ампером и витком для оптимального уровня полного сопротивления нулевой последовательности. Обмотка треугольником не пропускает ток в сердечник.

Выбор обмоток с учётом напряжения оборудования

Все асинхронные электродвигатели обладают своим номинальным напряжением питания. Поэтому соединения **Звезда**, **Треугольник**, или же их комбинации **Звезда - Звезда**, **Звезда - Треугольник** - выполняют не только соединительную функцию, но определяют напряжение питания.

Известно, что напряжение обмоток, которые соединяются в звезду, в три раза больше, чем напряжение обмоток, которые соединяют в треугольник. Следовательно, применять каждый вид нужно только там, где это оптимально. Тогда правильные соединения обмоток смогут гарантировать правильную работу двигателя в течение многих лет, препятствовать его перегреву, изнашиванию.

Например, если электродвигатель нужно подключить в сеть с напряжением 380 В, с его номиналомUном = 220/380 В все обмотки соединяются в звезду. Если номинал двигателя Uном равняется 380/660 В, то обмотки заключаются в треугольник.

Выведение обмоток и их маркировка

Надо отметить, что **Группа соединений силового трансформатора** типов Δ и Y - это важнейшая составляющая не только работы всего двигателя. Важнейшую роль здесь играет и обеспечение оптимального взаимодействия трансформатора с другим оборудованием. Правильное выведение свободных обмоток - залог такого успешного "сотрудничества". Выводы обмоток выводятся на клеммник в таком виде, чтобы соединение схемы было предельно простым. Соединение концов в звезду, предполагает, что при этом перемычки устанавливаются по горизонтали в один ряд, их соединяют три клеммы. Соединяя обмотки в треугольник, следует перемычки устанавливать вертикально, соединяя три пары контактов.

Неопытные мастера могут столкнуться с проблемой маркировки обмоток. Она обязательна, так как при выводе концы могут перепутаться. Особенно это актуально при схемах **Звезда** и **Треугольник**. Например, при обмотке стартора делается 3 обмотки, каждая имеет 2 вывода, всего 6.

Сначала нужно определить при помощи омметра выводы для каждой катушки. Ставим обозначения: для первой катушки это С1-С4, для второй С2-С5, для третьей С3-С6. Так, С1, С2, С3 - это начала катушек, всё остальное - концы. Далее соединяем концы второй и третьей катушек с их началами, подводим переменный ток 220 В.

Измеряем наличие напряжения в 3-й катушке. Если его нет, катушки соединены встречно, а значит, С1-С4, С2-С5 подписаны верно. Если напряжение обнаружено, меняем маркировку 1-й или 2-й катушки. Проверяем, если третья обмотка обесточена, 1 и 2 являются правильными. Маркировка 3 катушки определяется так: конец С6 соединяем с любым другим - С4, С5. Если на не подключенной обмотке есть напряжение, меняем надпись на 3-й обмотке. Если напряжения нет, то всё правильно.

Для того, чтобы правильно сделать соединение обмоток, необходимо как можно тщательнее изучить все нюансы по данной тематике. На самом деле, в этом нет ничего сложного. Если же вы испытываете трудности в том, чтобы со всем этим самостоятельно разобраться, лучше доверить такую работу опытным специалистам, ведь с электричеством не шутят.

Электромашины > Трансформаторы

Группы соединений обмоток трансформаторов.

Между первичной и вторичной э. д. с. трансформатора, включенного под напряжение, может быть угол сдвига, который в общем случае зависит от схемы соединения и направления намотки обмоток, а также от обозначения (маркировки) зажимов.
Число сочетаний схем соединений У и Д может быть не более четырех: У/У, У/Д, Д/Д и Д/У, но, принимая во внимание возможность намотки обмоток на магнитопроводе в разных направлениях, случайное и преднамеренное изменение маркировки зажимов, а также соединение фазных обмоток в треугольник в ином чередовании, число схем включений трансформатора значительно возрастает. Приведем примеры. У каждой обмотки есть начало и конец. И хотя эти понятия условны, они имеют прямое отношение к действующей в обмотке э. д. с. Если у одной из обмоток поменять обозначения начала и конца (рис. 1), то, принимая ориентацию э. д. с. по отношению к новому началу прежней (от х к а), необходимо считать вектор э. д. с. повернутым на 180°. К такому же результату приводит и изменение направления намотки обмоток. В обмотках с односторонней намоткой (витки обеих обмоток идут от начал в правую или левую сторону) э. д. с. совпадают по направлению, при разносторонней намотке - сдвинуты на 180°.

Рис. 1. Изменение на 180° фазы наведенной э. д. с. при перемене обозначений зажимов. а - фазы э.д.с. Е А и Еа совпадают; б - э.д.с, Е А и Еа находятся в противофазе.

На рис. 2, а показано соединение фазных обмоток треугольником в стандартном порядке: а - у; b - z: с - х. Если обмотки соединить в порядке а - z: с - у; Ь - х (рис. 2,6), то векторы линейных э. д. с. НН смещаются по отношению друг к другу на 60° (рис. 2, в).
Чтобы упорядочить все многообразие схем соединений обмоток трансформаторов, введено понятие о группе соединений, характеризующее угловое смещение векторов линейных э. д. с. вторичных обмоток относительно одноименных векторов линейных э. д. с. обмотки ВН, независимо от того, является ли трансформатор понижающим или повышающим. Группа соединений обозначается числом, которое при умножении на 30° дает угол отставания вектора э. д. с. вторичной обмотки. Если, например, схема и группа соединений трансформатора обозначена У/Д-11, то смещение векторов линейных э.д.с. равно 330°.

Рис. 2. Два варианта схем соединения фазных обмоток НН треугольником.

В ГОСТ предусмотрены две группы соединения обмоток трехфазных двухобмоточных трансформаторов: 0 и 11. Практически могут встретиться 12 групп и, кроме того, такие соединения, которые вообще
не могут быть отнесены к какой-либо определенной группе. Заметим, что нестандартные группы могут быть получены ошибочно при монтаже и ремонте оборудования без вскрытия трансформатора и пересоединения его обмоток. Для этого достаточно, например, перекрасить шины фаз или перемаркировать обозначения выводов. Типичными являются следующие случаи. При перемещении
обозначений выводов фаз (циклическая перемаркировка фаз), когда по кругу меняются местами надписи на выводах трех фаз на стороне ВН или НН (рис. 3), группа соединений каждый раз изменяется на 4 или 8 угловых единиц. Так, при подсоединении трансформатора зажим фазы b может ошибочно оказаться подсоединенным к сборной шине фазы а, зажим фазы с - к шине фазы b и т. д. Такое подсоединение равносильно перемаркировке фаз и влечет за собой изменение исходной группы трансформатора на 4 единицы. Действительно, построение и совмещение векторных диаграмм (рис. 4) показывает что векторы повернуты на 120°, или на 4 единицы.

Рис. 3. Циклическая перемаркировка фаз обмотки в стандартной схеме У/У-О.

Рис.4. Циклическая перемаркировка фаз при ошибочном монтаже ошиновки.
Обозначение фаз НН, соответствующее группе У/У-0 показано в скобках.

Перестановка обозначений двух фаз на стороне ВН и одновременно НН (двойная перемаркировка) у трансформатора, имеющего нечетную группу соединений, вызывает угловое смещение векторов э.д. с. вторичной обмотки относительно их первоначального положения на 60 или 300°. Величина угла зависит от того, какие две фазы на стороне ВН, а также на стороне НН перемещаются - одноименные или разноименные. На рис. 5 показано, что достаточно поменять местами соединительные шины двух фаз А и С на стороне ВН и тех же фаз на стороне НН, как группа 11 перейдет в группу 1, а при перемене мест фаз А и С и одновременно b и c группа 11 превращается в 9.

Рис. 5. Двойная перемаркировка фаз при ошибочном монтаже ошиновки на стороне ВН и НН.
а - исходная группа У/Д-11; б - перемаркировка одноименных фаз А и С; а и с; в - перемаркировка разноименных фаз А и С; b и с.

Наиболее вероятен в эксплуатационной практике случай перекрещивания шин только двух фаз на какой-нибудь одной стороне (ВН или НН), например фаз b и с. При этом изменяется порядок чередования фаз. Вместо а - 6 - с порядок чередования будет а - с - b (рис. 6 ), и углы сдвига фаз одноименных э.д.с. обмоток ВН и НН будут неодинаковы: j Аа = 0°; j Bb = 120°; j Сс = 240°. Это обстоятельство не позволяет отнести трансформатор к определенной группе соединений.

Рис. 6. Ошибочное обозначение выводов двух фаз.

Одним из основных условий параллельной работы трансформаторов является тождественность групп соединений их обмоток, что устанавливается по паспортным данным или специальными измерениями. Но даже при одинаковых группах перед первым включением в работу (после монтажа или капитального ремонта со сменой обмоток, отсоединением кабелей и пр.) трансформатор фазируют с сетью, так как на зажимах включающего аппарата (выключателя, отделителя, рубильника) может появиться сдвиг фаз в результате неправильного присоединения токоведущих частей к аппаратам и выводам трансформатора, о чем было сказано выше. Здесь следует особо подчеркнуть, что цель фазировки заключается не в определении группы, к которой принадлежит включаемый трансформатор, а в проверке согласованности соединяемых фаз всех элементов трехфазной цепи как со стороны высшего, так и низшего напряжений .

Существуют три основных способа соединения фазовых обмоток каждой стороны трёхфазного трансформатора:

Δ-соединение , так называемое соединение треугольником, где три фазных обмотки соединены последовательно и образуют кольцо (или треугольник)
Y-соединение , так называемой соединение звездой, где все три обмотки соединены вместе одним концом каждой из обмоток в одной точке, называемой нейтральной точкой или звездой
Z-соединение , так называемое соединение зигзагом

Естественным выбором для самых высоких напряжений является Y-соединение. В целях защиты от перенапряжения или для прямого заземления имеется нейтральный проходной изолятор.

Соединение треугольником используется на одной стороне трансформатора, другая сторона должна быть соединена звездой, особенно в случаях, если нейтраль соединения звездой планируется для зарядки. Соединение обмотки треугольником обеспечивает баланс ампер-виток для тока нулевой последовательности и каждой фазы соединения звездой, это даёт оптимальный уровень полного сопротивления нулевой последовательности. Без соединения треугольником обмотки ток нулевой последовательности привёл бы к образованию поля токов нулевой последовательности в сердечнике. Если сердечник имеет три стержня, данное поле проникнет сквозь стенки бака и приведёт к выделению тепла. При наличии пяти стержней сердечника или в случае с броневым сердечником, данное поле проникнет между раскрученными боковыми стержнями и полное сопротивление нулевой последовательности повысится. Вследствие этого ток, в случае пробоя на землю может стать настолько слабым, что защитное реле не сработает.

Соединение обмотки треугольником позволяет циркулировать третьей гармонике тока внутри треугольника, образованного тремя последовательно соединёнными фазными обмотками. Третья гармоника тока во всех трёх фазах имеет одинаковое направление. Эти токи не могут циркулировать в обмотке, соединённой звездой, с изолированной нейтралью.

В случаях, если у сердечника 5 стержней, или он исполнен в броневом варианте недостаток троичных синусоидальных токов в намагничивающем токе может привести к значительным искажениям наведённого напряжения. Обмотка трансформатора соединённая треугольником устранит это нарушение, так как обмотка с данным соединением обеспечит затухание гармонических токов.

Так же в трансформаторах предусмотрено наличие третичной Δ-соединённой обмотки, которая применяется не для зарядки, а для предотвращения искажения напряжения и понижения полного сопротивления нулевой последовательности. Такие обмотки называются компенсационными. Распределительные трансформаторы, которые предназначены для зарядки, между фазой и нейтралью на стороне первого контура, снабжены соединённой треугольником обмоткой. Однако ток в таком соединении может быть очень слабым для достижения минимума номинальной мощности. В подобных случаях высоковольтная обмотка может быть соединена звездой, а вторичная обмотка — зигзагообразно. Токи нулевой последовательности, циркулирующие в двух отводах зигзагообразно соединённой обмотки будут балансировать друг друга, полное сопротивление нулевой последовательности вторичной стороны определяется полем рассеяния магнитного поля между двумя разветвлениями обмоток.

При использовании соединения пары обмоток различными способами, есть возможность достигнуть различных степеней напряжения смещения между сторонами трансформатора.

Большие буквы Y - звезда; D - треугольник - для первичной обмотки;
маленькие буквы y - звезда; d - треугольник; z - зигзаг - для вторичного напряжения;
буква N - означает вывод нейтрального зажима первичной обмотки на клеммную колодку;
буква n - означает вывод нейтрального зажима вторичной обмотки на клеммную колодку;

Первичную и вторичную обмотки трехфазного трансформатора соединяют в звезду, треугольник или зигзаг (рис.1.13.).

Примечание: Соединение в зигзаг применяют только в трансформаторах специального назначения, например, в трансформаторах для выпрямительных устройств.

Соединение обмотки в звезду обозначается значком Υ. Соединение в треугольник обозначается соответственно значкомΔ . Соединение в зигзаг – значком Z . При соединении в зигзаг обмотка, как правило, делится на две одинаковые части, расположенные на соседних стержнях. Это способствует уменьшению асимметрии напряжений при несимметричной нагрузке фаз.

При соединении звездой линейное напряжение больше фазного: , а при соединении обмоток треугольником линейное напряжение равно фазному: U Л =U Ф . Следовательно, отношение линейных напряжений в трехфазном трансформаторе зависит не только от соотношения чисел витков фазных обмоток, но и от схемы соединения обмоток. Так, например, при соединении обмоток Υ/Υ или Δ/Δ отношение линейных напряжений обмоток равно , при соединении , а при соединении обмоток .

Первичную и вторичную обмотки трехфазного трансформатора можно соединять в различные схемы: Y/Y; Y/Δ; Δ/Y и Δ/Δ. В числителе указывается схема соединения первичной обмотки, а в знаменателе – вторичной. Если при соединении звездой выводится нулевая точка, то применяется знак Y о.

Примечание: В авиационных трансформаторах, как правило, первичная обмотка является обмоткой высшего напряжения ВН, а вторичная – обмоткой низшего напряжения НН).

Способы соединения первичной и вторичной обмоток, порядок соединения обмоток при образовании звезды и треугольника, соответствующая маркировка начала и концов фаз приводят к различной разности фаз соответствующих линейных напряжений первичной и вторичной обмоток. Эта разность фаз имеет большое практическое значение, особенно при параллельной работе. Так как возможный угол разности фаз всегда кратен 30 градусам, то принято различать 12 групп соединений (в пределах 360 0). Для определения номера группы используют циферблат часов. Вектор первичной линейной э.д.с. направляют на цифру 12 циферблата, а номер группы определяется часом, на который попадает при этом вектор соответствующей вторичной линейной э.д.с.

Примечание: Совпадение по фазе векторов первичной и вторичной Э.Д.С., эквивалентное совпадению стрелок часов на циферблате, обозначается группой 0, а не 12.

На рис.1.14 показано, что при соединении первичной и вторичной обмоток по схеме Y/Y можно получить группы 6 и 0. Приведенное на рис.1.15. соединение по схеме Υ/Δ дает группы 11 и 5.

Стандартизированы две группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов: 0 и 11:

1) звезда – звезда с выведенной нулевой точкой ;

2) звезда – треугольник ;

3) звезда с выведенной нулевой точкой – треугольник ;

4) звезда - зигзаг с выведенной нулевой точкой (Y/ -11);

5) треугольник - звезда с выведенной нулевой точкой (Δ/Υ О -11).

На самолетах при выполнении трехпроводной сети обычно применяются трехфазные трансформаторы группы .

Трехфазные же трансформаторы характеризуются коэффициентами трансформации :

а) фазным – отношением числа витков w вн фазы обмотки высшего напряжения (ВН) к числу витков w нн фазы обмотки низшего напряжения (НН),

б) линейным – отношением линейного напряжения обмотки ВН к линейному напряжению обмотки НН в режиме холостого хода,

62.Вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле . Обычно под вращающимся магнитным полем понимается магнитное поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается с постоянной угловой скоростью. Впрочем, вращающимися называют и магнитные поля магнитов, вращающихся относительно оси, не совпадающей с их осью симметрии (например, магнитные поля звезд или планет).

Векторная сумма (не изображенный вектор, соединяющий начало первого из складываемых векторов и конец третьего) трех магнитных полей, создаваемых тремя катушками статора (синие стрелки) есть вращающееся магнитное поле - вращающийся вектор постоянной длины. Ротор на картинке представляет собой постоянный электромагнит, вращающийся вслед за вращающимся магнитным полем, создаваемым статором (см. Синхронный двигатель).

Вращающееся магнитное поле создают, накладывая два или более разнонаправленных переменных, зависящих от времени по синусоидальному закону, магнитных полей одинаковой частоты, но сдвинутых друг относительно друга по фазе.

Это было на практике осуществлено независимо в 1888 году итальянским физиком Г. Феррарисом и сербским инженером Н. Тесла . Применяется в синхронных и асинхронных машинах.

Разность фаз для двухфазных систем (два перпендикулярных электромагнита) должна составлять 90°, а для 3-фазных (три электромагнита, направленных в одной плоскости под углом 120° друг к другу) 120°.

63.Устройство и принцип действия асинхронного двигателя.

Асинхронный электродвигатель имеет две основные части – статор и ротор. Неподвижная часть двигателя называется статор. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротор, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности).
В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, они просты по устройству и удобны в эксплуатации.
Трехфазная обмотка статора помещается в пазы и состоит из ряда катушек, соединенных между собой. Каждая катушка сделана из одного или нескольких витков, изолированных между собой и от стенок паза.

Рис. 1. Различные виды обмотки статора асинхронных электродвигателей

На рис. 1, а) показана обмотка статора асинхронного электродвигателя. У этой обмотки каждая катушка состоит из двух проводников. Обмотка, состоящая из трех катушек, создает магнитное поле с двумя полюсами. За один период трехфазного тока магнитное поле сделает один оборот. При частоте 50 Гц это будет соответствовать 50 об/сек, или 3000 об/мин.
На рис. 1, б) показана обмотка, у которой каждая сторона катушки состоит из двух проводников.
Скорость вращения магнитного поля четырехполюсного статора вдвое меньше скорости вращения поля двухполюсного статора, т. е. 1500 об/мин (при 50 Гц). Обмотка четырехполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу показана на рис. 1, в), а с двумя проводниками на полюс и фазу – на рис. 1, г). Магнитное поле шестиполюсного статора имеет втрое меньшую скорость, чем двухполюсного, т. е. 1000 об/мин (при 50 Гц). Обмотка шестиполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу представлена на рис. 1, д). Число всех пазов на статоре равно утроенному произведению числа полюсов статора на число пазов, приходящееся на полюс и фазу.

Таким образом, все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она по внешнему виду будет напоминать «беличье колесо». В настоящее время у всех двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путем заливки его под давлением в пазы ротора. Вал 6 вращается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах 7 и 8. Щиты при помощи болтов крепятся к корпусу двигателя. На один конец вала ротора насаживается шкив для передачи вращения рабочим машинам или станкам.
Устройство статора асинхронного двигателя с фазным ротором и его обмотка не отличаются от устройства статора двигателя с короткозамкнутым ротором. Различие между этими электродвигателями заключается в устройстве ротора.

64.Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Пуск двигателя в ход . При прямом включении обмоток статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в сетьнаблюдается большой скачок тока, в 6-8 раз превышающий его номинальный ток. Это вызывает заметную перегрузку в электрической сети, от которой осуществляется питание двигателя и других близлежащих потребителей.

Для ограничения пускового тока при пуске двигателя с короткозамкнутым ротором применяют 3 способа:

1 способ - переключение обмотки статора со схемы звезда на схему треугольник. Этот способ применим для двигателей, у которых обмотка статора при нормальной работе соединена треугольником.

обмотка статора посредством переключающего устройства соединяется по схеме звезда, а после запуска - по схеме треугольник. При этом линейный пусковой ток двигателя уменьшается в 3 раза.

2 способ - пуск посредством автотрансформатора, позволяющий понижать подводимое к двигателю напряжение во время пуска, вследствие чего уменьшается пусковой ток.

3 способ – применение специальных электронных устройств – устройств плавного пуска и частотных преобразователей.

Недостаток первых двух методов - уменьшение пускового напряжения и, как следствие, пускового момента.

65.Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором.

При пуске асинхронного двигателя с фазным ротором, в цепь ротора включается добавочное активное сопротивление – пусковой реостат. Пусковой реостат имеет несколько ступеней и рассчитан на кратковременные протекания тока. При включении активного сопротивления в цепь ротора уменьшается начальный пусковой ток и увеличивается начальный пусковой момент. Пуск двигателя с фазным ротором состоит из четырёх ступеней. В начальный момент пуска, пусковой момент равен максимальному значению. По мере разгона двигателя его момент уменьшается до минимального значения. Потом снова при разгоне увеличивается и достигает максимального значения. Как только пусковой момент достиг максимума, пусковой реостат переводят во вторую ступень и сопротивление реостата уменьшается. Как только момент опять достигнет максимума, пусковой реостат переключают на третью и четвёртую ступень. После того как электромагнитный момент двигателя уменьшиться до значения равного противодействующему значению на валу, частота вращения ротора достигнет установившегося значения и процесс пуска двигателя будет закончен. Таким образом в течении всего процесса пуска двигателя значение пускового момента остаётся приблизительно постоянным. Но следует помнить, что при слишком быстром переключении ступеней пускового реостата, пусковой ток может достигнуть недопустимо больших значений. В асинхронных двигателях которые работают через винтовой компрессор с фазным ротором развивается большой пусковой момент при сравнительно небольшом пусковом токе, всего в два три раза превышающем номинальный ток двигателя. Недостаток пусковых свойств асинхронного двигателя с фазным ротором – это сложность пусковой аппаратуры, продолжительность пуска и неэкономичность. Поэтому из-за своей сложности и большой стоимости двигатели с фазным ротором применяют лишь в тех случаях, где необходимо регулировать скорость механизма: краны, лифты, шахтные подъёмники, некоторые виды конвейеров.

66.Уравнения электрического состояния обмоток статора и ротора асинхронного двигателя.

67.Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя.

Процесс преобразования электрической энергии, подведенной к двигателю из сети, в механическую, снимаемую с вала машины, сопровождается потерями.

Наглядное представление о распределении подведенной к двигателю мощности дает энергетическая диаграмма (рисунок 2.8).

68.Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронных двигателей

Момент, развиваемый двигателем равен электромагнитной мощности, деленной на синхронную скорость вращения электропривода.

M = P эм /ω 0

Электромагнитная мощность – это мощность, передаваемая через воздушный зазор от статора к ротору, и она равна потерям в роторе, которые определяются по формуле:

P эм = m I 2 2 (r 2 ’/s)

m – число фаз.

M = M эм = (Pm/ω 0) (I 2 ’) 2 (r 2 ’/s)

Электромеханической характеристикой асинхронного двигателя является зависимость I2’ от скольжения. Но так как асинхронная машина работает только в качестве электродвигателя, основной характеристикой является механическая характеристика.

M = Mэ м = (Pm/ω 0) (I 2 ’) 2 (r 2 ’/s) – упрощенное выражение механической характеристики.

Подставив в это выражение значение тока, получим:
M = / [ω 0 [(r 1 + r 2 ’/s) 2 + (x 1 + x 2 ’) 2 ]]

Вместо ω 0 нужно подставить механическую скорость, в результате чего число пар полюсов сокращается.

M = / [ω 0 [(r 1 + r 2 ’/s) 2 + (x 1 + x 2 ’) 2 ]] – это уравнение механической характеристики асинхронного двигателя.

При переходе асинхронного двигателя в генераторный режим, скорость вращения ω > ω 0 и скольжение становится отрицательным (s Когда скольжение изменяется от 0 до +∞, режим называется «режимом электромагнитного тормоза».

Задаваясь значениями скольжения от о до +∞, получим характеристику:

Полная механическая характеристика асинхронного двигателя.

Как видно из механической характеристики, она имеет два экстремума: один на отрезке изменения скольжения на участке от 0 до +∞, другой на отрезке от 0 до -∞.
dM/ds=0

M max = / ]
+ относится к двигательному режиму.
– относится к генераторному режиму.

M max =M кр
M кр – критический момент.

Скольжение, при котором момент достигает максимума, называется критическим скольжением, и оно определяется по формуле:
s кр = ±

Критическое скольжение имеет одинаковое значение и в двигательном и в генераторном режимах.

Величину M кр можно получить, подставив в формулу момента значение критического скольжения.

Момент при скольжении равном 1 называется пусковым моментом. Выражение для пускового момента можно получить, подставив 1 в формулу:

M п = / [ω 0 [(r 1 + r 2 ’) 2 + (x 1 + x 2 ’) 2 ]]

Поскольку знаменатель в формуле момента максимального на несколько порядков больше U ф, принято считать M кр ≡U ф 2 .

Критическое скольжение зависит от величины активного сопротивления обмотки ротора R 2 ’. Момент пусковой, как видно из формулы, зависит от активного сопротивления ротора r 2 ’. это свойство пускового момента используется в асинхронных двигателях с фазным ротором, у которых пусковой момент увеличивают путем введения активного сопротивления в цепь ротора.

69.Естественная и искусственные механические характеристики асинхронного двигателя. Построение механической характеристики двигателя по каталожным данным.

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f (M2). Так как при нагрузке момент холостого хода мал, то M2 ≈ M и механическая характеристика представляется зависимостью n = f (M). Если учесть взаимосвязь s = (n1 - n) / n1, то механическую характеристику можно получить, представив ее графическую зависимость в координатах n и М (рис. 1).

Рис. 1. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя соответствует основной (паспортной) схеме его включения и номинальным параметрам питающего напряжения. Искусственные характеристики получаются, если включены какие-либо дополнительные элементы: резисторы, реакторы, конденсаторы. При питании двигателя не номинальным напряжением характеристики также отличаются от естественной механической характеристики.

Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Характеристика асинхронного двигателя естественна при

U дв = U н, отсутствии добавочного сопротивления в цепи ротора и статора и при частоте источника питания, равной номинальной

частоте двигателя.

Естественную механическую характеристику по каталожным данным строят при расчетах переходных процессов электроприводa, определении: частоты вращения регулируемого двигателя, т.е. в тех случаях, когда нужно точно знать частоту вращения и момент .

Исходные данные берут из таблички на щитке двигателя или из каталога (5): номинальная мощность двигателя Р н, кВт; номинальная частота вращения n н. , или значение номинального скольжения s н (обычно в процентах); кратность критического момента М к /М н, для двигателей серии 4А ее обозначают μ к; кратность пускового момента М п /М н обозначают μ п; кратность минимального момента М min /М н - μ min ; критическое скольжение –

Естественную механическую характеристику АД строят по пяти точкам с соответствующими координатами:

Первая точка - синхронная угловая скорость ω о = 2πf/р или ω о = πn о /30 , где f - частота питающей сети; n о = 60f/р; p – число пар полюсов (определяется из типоразмера электродвигателя). В каталожных данных при f = 50 Гц синхронная частота вращения двигателя = 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500 и т.д. . Момент двигателя при ω о равен нулю, т.е. эта точка лежит на оси ординат – частоты вращения;

Вторая точка – номинальные: частота вращения ω н = πn н /30 или (1- s н), и момент М н = Р н 10 -3 / ω н, Н м.

Третья точка – критические: момент и угловая скорость ω к = ω о (1 - s к).

Если значение критического скольжения не приводится в справочной литературе, его определяют по формуле:

Четвертая точка – минимальные: момент М м = М н скорость

ω м = ω о (1 - s м), s m = 6/7 для всех двигателей:

Пятая точка - пусковой момент М п = М н , ω о = 0.

Для более точного построения механической характеристики в области критического скольжения необходимо взять несколько промежуточных точек и определить значения момента по (4.20).

Рис. 4.3. Построение естественной механической характеристики

асинхронного двигателя.

Соединив плавной линией рассчитанные точки, получим график механической характеристики асинхронного двигателя (рис.4.3). На этой же рисунке пунктиром приведен график механической характеристики, построенной по уравнению (4.19).

Естественная электромеханическая характеристика асинхронного двигателя I = f(ω) нужна при построении нагрузочных диаграмм для проверки двигателя на нагрев.

Рис.4.4. Построение естественной электромеханической

характеристики асинхронного двигателя.

Исходные данные можно взять из таблички двигателя и каталога: номинальная мощность двигателя Р н, кВт; номинальное линейное напряжение двигателя U н, B; номинальные коэффициенты: полезного действия η н и мощности cosφ; кратность пускового тока 1 п; номинальное и критическое скольжение s н, s к. Естественную электромеханическую характеристику строят по четырем характерным точкам:

Первая точка имеет координаты:синхронная угловая скорость

ω о = 2πf/р или ω о = πn о /30 и ток статора, соответствующий ω о (ток намагничивания) :

I c = I н (sinφ н - cosφ н /2 к), (4.30)

где к - кратность критического момента;

Вторая точка соответствует номинальным значениям:

I н = P н 10 3 /( U н η н cosφ н); ω н = ω о (1 - s н);

Третья точка соответствует критическому скольжению двигателя:

ω к = ω о (1 - s к); I к = (0,7…0,8)I пуск

Четвертая точка - пусковая: I пуск = I н i п; ω = 0

70.Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя.

Регулирование частоты вращения двигателей определяется в соответствии с требованиями технологических процессов и тех производственных механизмов, в которых они используются. Оно характеризуется следующими основными показателями:

Диапазон регулирования Д (предел изменения частоты вращения). Под этой величиной понимается отношение максимальной частоты вращения двигателя п макс к его минимальной частоте п мин:

Д = п макс /п мин.

Плавность регулирования , которая характеризуется минимальным скачком частоты вращения двигателя при переходе с одной механической характеристики на другую.

Направление возможного изменения частоты вращения двигателя (зона регулирования). При номинальных условиях работы (напряжении и частоте питающей сети) двигатель имеет естественную механическую характеристику. При регулировании частоты вращения соответствующие им характеристики будут отличаться от естественной. Эти характеристики носят название искусственных. Таким образом, асинхронный двигатель помимо естественной может иметь множество искусственных (регулировочных) характеристик. С помощью одних методов регулирования удается получить искусственные характеристики, располагающиеся только ниже естественной. Другие методы обеспечивают регулирование частоты вращения выше и ниже естественной характеристики.

Экономичность регулирования определяется по дополнительным капитальным затратам, необходимым при создании регулировочных устройств, а также по потерям электроэнергии при регулировании.

двигателя при работе его на регулировочных характеристиках ограничивается величинами токов в статорной и роторных цепях. Эта нагрузка определяется допустимым нагревом двигателя и во многом определяется механическими характеристиками производственных механизмов, моментом сопротивления на валу, условиями нормального пуска двигателя и др.

71. Устройство и принцип действия машины постоянного тока в режиме генератора и двигателя

Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора 3 . Якорь состоит из сердечника , набранного из листов электротехнической стали, и обмотки , укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанной на рисунке 1 и рисунке 2 простейшей машине имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор наложены две неподвижные щетки 4 , с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.

Основной магнитный поток в нормальных машинах постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов.

Предположим, что якорь машины (рисунки 1 и 2, а ) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется э. д. с., направление которой может быть определено по правилу правой руки (рисунок 3, а ) и показано на рисунках 1 и 2, а . Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта э. д. с. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется э. д. с. вращения .

Рисунок 3. Правила правой (а ) и левой (б ) руки

Значения индуктируемой в проводнике обмотки якоря э. д. с.

e пр = B × l × v ,

где B – магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника; l – активная длина проводника, то есть та длина, на протяжении которой он расположен в магнитном поле; v – линейная скорость движения проводника.

В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые э. д. с., которые по контуру витка складываются, и поэтому полная э. д. с. якоря рассматриваемой машины

Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в этой цепи, а также в обмотке якоря возникает ток I а. В обмотке якоря этот ток будет переменным, и кривая его по форме аналогична кривой э. д. с. (рисунок 4, а ). Однако во внешней цепи направление тока будет постоянным, что объясняется действием коллектора. Действительно, при повороте якоря и коллектора (рисунок 1) на 90° и изменении направления э. д. с. в проводниках одновременно происходит также смена коллекторных пластин под щетками. Вследствие этого под верхней щеткой всегда будет находиться пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой – пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными.

72.Формула ЭДС обмотки якоря и электромагнитного момента двигателя постоянного тока.

Как было показано ранее, ЭДС проводника обмотки якоря определяется по формуле е пр = Blv.

При вращении якоря ЭДС е пр изменяется в соответствии с графиком, приведенным на рис. 9.2,б . Среднее значение ЭДС проводника е пр,ср при его перемещении в пределах полюсного деления можно определить через среднее значение магнитной индукции (см. рис. 9,2 б ):
е пр,ср = B cp lv.

Если обмотка якоря имеет N проводников и 2а параллельных ветвей, то число последовательно соединенных проводников в каждой параллельной ветви будет N /2a. Тогда среднее значение ЭДС машины

где n - частота вращения якоря, об/мин.

После замены в (9.4) магнитной индукции В ср и скорости v согласно (9.5) и (9.6) получим

Е =	p	N	Фn = k е Фn,
а
где k е =	p	N	- коэффициент ЭДС, зависящий от конструк тивных особенностей машины.
а

Как видно, ЭДС прямо пропорциональна произведению магнитного потока на частоту вращения. По формуле (9.7) можно определять как ЭДС генераторов, так и ЭДС двигателей.

Электромагнитная сила в ньютонах, действующая на проводник обмотки якоря, определяется соотношением

F пр = BlI пр = BlI я /2a,

где I пр - ток проводника, равный току параллельной ветви, А; I я - ток якоря, А.

При вращении якоря сила, действующая на проводник, изменяется.

Среднее значение силы можно определить через среднее значение магнитной индукции:

F пр, ср = B cp lI я /2a .

Средний электромагнитный момент, Н м, действующий на якорь,

M cp = F пр, ср	D я	N = B cp l	l я		D я	N .
	2a

После замены в (9.8) магнитной индукции В ср согласно (9.5) получим

M эм =	р	N	ФI я = k M ФI я,
а	2π
где k M =	р	N	- коэффициент момента, зависящий от конструктивных особенностей машины.
а	2π

Как видно, момент электромагнитный прямо пропорционален произведению магнитного потока на ток якоря. По формуле (9.9) можно определять как момент генераторов, так и момент двигателей.

Если момент выражен в ньютоно-метрах, то между коэффициентами k е и k M существует следующее соотношение:

k е /k M ≈ 0,105.

Электромагнитный момент М эм, вызванный взаимодействием магнитного потока и тока якоря и определяемый по формуле (9.9), отличается от момента М, развиваемого машиной на валу, вследствие трения в подшипниках, вращающегося якоря о воздух и вентиляционных потерь. Так как указанные два момента отличаются незначительно, будем в дальнейшем считать их равными и обозначать М .

73.Двигатели постоянного тока. Способы возбуждения. Пуск двигателя. Механические и рабочие характеристики двигателя.

Электродвигатель постоянного тока (ДПТ ) - электрическая машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

Работа и свойства электрических машин постоянного тока (как генераторов, так и двигателей) в значительной степени зависят от способа возбуждения в них магнитного потока. Действительно, магнитный поток входит множителем как в выражение ЭДС, так и в выражение электромагнитного момента, поэтому необходимо знать, как создается магнитный поток, от каких величин он зависит, как и для какой цели нужно изменять его значение.
Согласно ГОСТов, по способу возбуждения машины постоянного тока классифицируют следующим образом:
а) машины независимого возбуждения, обмотка возбуждения которых питается от постороннего источника электрического тока;
б) машины параллельного возбуждения, обмотка возбуждения которых соединена параллельно с цепью якоря;
в) машины последовательного возбуждения, обмотка возбуждения которых соединена последовательно с цепью якоря;
г) машины смешанного возбуждения, у которых имеются две обмотки возбуждения, одна из которых соединена последовательно с цепью якоря (другая - может быть либо независимой, либо, чаще, параллельной). Если МДС обмоток возбуждения имеют одно направление, то такое их включение называется согласным. Если же МДС обмоток направлены в разные стороны, то включение называется встречным.
Схемы всех четырех типов машин показаны соответственно на рис. 1.
Все эти электрические машины имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмотки возбуждения (ОВ). Обмотки независимого и параллельного возбуждения изготавливают с большим числом витков, из провода малого сечения, а обмотку последовательного возбуждения - с малым числом витков из провода большого сечения.
Существуют также машины небольшой мощности, магнитное поле у которых создается либо только постоянными магнитами, либо еще и обмотками возбуждения, питаемыми электрическим током. Свойства первых близки к свойствам машин независимого, а вторых - смешанного или независимого возбуждения (в зависимости от способа подключения обмотки возбуждения).

Способы пуска. Для двигателей постоянного тока могут быть применены три способа пуска:

1) прямой, при котором обмотка якоря подключается непосредственно к сети;

2) реостатный, при котором в цепь якоря включается пусковой реостат для ограничения тока;

3) путем плавного повышения питающего напряжения, которое подается на обмотку якоря.

Прямой пуск. Обычно в двигателях постоянного тока падение напряжения I ном ΣR а во внутреннем сопротивлении цепи якоря составляет 5 - 10% от U ном, поэтому при прямом пуске ток якоря I п = U ном /ΣR а = (10 ÷ 20)I ном, что создает опасность поломки вала машины и вызывает сильное искрение под щетками. Поэтому прямой пуск применяют в основном для двигателей малой мощности (до нескольких сотен ватт), в которых сопротивление ΣR а относительно велико, и лишь в отдельных случаях для двигателей с последовательным возбуждением мощностью в несколько киловатт.

74.Регулирование частоты вращения и паспортные данные двигателей постоянного тока.

Для получения высокой производительности и требуемой точности или шероховатости обработки изделий, остановки исполнительного органа производственной машины в нужном месте с заданной степенью точности и т. д. приходится принудительно изменять частоту вращения или скорость линейного перемещения исполнительного органа. Принудительное изменение частоты вращения или линейного перемещения исполнительного органа производственной машины в соответствии с требованием производственного процесса называется регулированием скорости.

В настоящее время взамен коробок скоростей, вариаторов и т. п. все больше применяется электрическое регулирование частоты вращения, в основе которого лежит использование искусственных, механических характеристик электродвигателей. Электрическое регулирование частоты вращения приводит к упрощению, облегчению и удешевлению механической части машин и механизмов, упрощению управления, возможности получения плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне.

Для регулирования частоты вращения путем изменения сопротивления цепи якоря обычно используют тот же реостат, что и для пуска двигателя. Например, с помощью реостата, для которого на 9.27 изображены механические характеристики, при моменте М = М с можно получить частоты вращения n 4 , n 5 и n 6 . В том случае, когда необходимо иметь и другие частоты вращения, реостат снабжают дополнительными ступенями сопротивлений. Реостат, используемый как для пуска, так и для регулирования частоты вращения, находится в отношении нагревания в более тяжелых условиях, чем реостат, служащий только для пуска.

75.Понятие о генераторах постоянного тока. Генераторы постоянного тока с самовозбуждением.

Свойства генераторов постоянного тока обусловлены в основном способом питания обмотки возбуждения. В зависимости от этого различают следующие типы генераторов:

1) с независимым возбуждением - обмотка возбуждения получает питание от постороннего источника постоянного тока;

2) с параллельным возбуждением - обмотка возбуждения подключена к обмотке якоря параллельно нагрузке;

3) с последовательным возбуждением - обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря и нагрузкой;

4) со смешанным возбуждением - имеются две обмотки возбуждения: одна подключена параллельно нагрузке, а другая - последовательно с ней.

Генераторы рассматриваемых типов имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмотки возбуждения. Обмотки независимого и параллельного возбуждения, имеющие большое число витков, изготовляют из провода малого сечения; обмотку последовательного возбуждения, имеющую небольшое число витков,- из провода большого сечения. Генераторы малой мощности иногда выполняют с постоянными магнитами. Свойства таких генераторов близки к свойствам генераторов с независимым возбуждением.

К генераторам с самовозбуждением относятся генераторы параллельного возбуждения, генераторы последовательного возбуждения и генераторы смешанного возбуждения.

Для того чтобы на зажимах генератора с самовозбуждением появилось напряжение, необходимо выполнить ряд условий самовозбуждения. Рассмотрим ряд условий самовозбуждения на примере генератора с параллельным возбуждением.

Для того чтобы на зажимах генератора параллельного возбуждения появилось напряжение, нужно привести генератор во вращение от постороннего источника механической энергии. При этом должны быть выполнены следующие условия:

1. Генератор должен обладать остаточным магнетизмом. В этом случае на зажимах якоря генератора появится напряжение. Появившееся напряжение остаточного магнетизма прикладывается к обмотке генератора, по ней начинает протекать ток, и в обмотке возбуждения создается магнитный поток.

2. Магнитный поток обмотки возбуждения должен быть направлен согласно с потоком остаточного магнетизма , т.е. потоки должны складываться. Два потока, сложившись, приводят к увеличению напряжения на якоре генератора, которое прикладывается к обмотке возбуждения, вызывает увеличения магнитного потока и дальнейшее увеличение напряжения на генераторе.

Возбуждение генератора проходит по характеристике холостого хода.

Если магнитные потоки обмотки возбуждения и остаточного магнетизма будут направлены встречно, произойдет размагничивание машины и включение ее будет невозможно. Чтобы этого не произошло, на корпусе генератора параллельного возбуждения или смешанного возбуждения отливается стрелка, показывающая в какую сторону должен вращаться якорь, чтобы не произошло размагничивание.

Увеличение напряжения на генераторе с параллельным возбуждением будет происходить, пока характеристика цепи возбуждения R в i в не пересечется с характеристикой холостого хода. Эти характеристики должны пересекаться на нелинейной части характеристики холостого хода. Угол наклона α зависит от величины сопротивления цепи возбуждения. Если сопротивление R в цепи возбуждения будет большим, точка пересечения характеристик перейдет в область насыщения, и генератор не будет регулироваться. Если сопротивление будет мало, то характеристика цепи возбуждения может стать касательной к характеристике холостого хода, тогда машина не будет возбуждаться.

Статьи по теме