Электротехника Расчеты электрических цепей

Электротехника
  • Элементы электрических цепей
  • Схемы замещения источников
    электрической энергии
  • Анализ цепи переменного тока
     и входящих в нее элементов
  • Параллельное соединение резистивного
    и индуктивного элементов
  • Машины постоянного и переменного тока
  • Принцип действия асинхронного
    и синхронного двигателей
  • Принцип действия машин постоянного тока
  • Трансформаторы и электромагнитные устройства
  • Трансформатор
  • ПРИВЕДЕННЫЙ ТРАНСФОРМАТОР
  • ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА ТРАНСФОРМАТОРОВ
  • ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
  • СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
  • Машины переменного тока
  •  Электрические машины разделяются
    на генераторы и электродвигатели
  • Коллекторные двигатели переменного тока
  • Разборка и сборка электродвигателя
    постоянного тока
  • Выполнению ремонтных работ
  • Электроника
  • Электрические и электронные аппараты
    и устройства
  • Некоторые лампы СВЧ диапазона
  • Полупроводниковые диоды
  • Тиристоры.
  • Выпрямители и инверторы промышленной частоты
  • Электронные усилители
  • Обратная связь в усилителях
  • Катодный и эмиттерный повторители
  • Усилители мощности
  • Повторитель напряжения
  • Шумы в усилителях
  • Генераторы электрических колебаний
  • RC-генераторы
  • Ждущий мультивибратор
  • Мультивибратор на ОУ
  • Цифровые электронные устройства
  • Реализация сложных логических функций
    на интегральных микросхемах
  • Последовательные цифровые устройства
  • Счётчик
  • Регистр
  • Комбинационное цифровое устройство
  •  Сумматоры
  • Импульсные генераторы
    на цифровых микросхемах
  • Охлаждение полупроводниковых приборов
  • Способы охлаждения полупроводниковых
    приборов
  • Воздушное, естественное
    и принудительное охлаждение
  • Системы охлаждения силовых модулей
  • Основные методы охлаждения
  • Расчет параметров охладителей
  • Выбор охладителя
  • Дискретные приборы
  •  

    ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

    Для трансформирования энергии в трехфазных системах используют либо группу из трех однофазных трансформаторов, у которых первичные и вторичные обмотки соединяются звездой или треугольником, либо один трехфазный трансформатор с общим магнитопроводом.
    Трехфазные трансформаторы могут иметь различные схемы соединения первичных и вторичных обмоток. Все начала первичных обмоток трансформатора обозначают большими буквами: А, В, С; начала вторичных обмоток - малыми буквами: а, Ь, с. Концы обмоток обозначаются соответственно: X, У, Z и х, у, z. Зажим выведенной нулевой точки при соединении звездой обозначают буквой О. Наибольшее распространение имеют соединения обмоток по схеме "звезда" (Y) и "треугольник" (), причем первичные и вторичные обмотки могут иметь как одинаковые, так и различные схемы. Если при соединении обмоток "звездой" нулевая точка выводится, то такое соединение называют "звезда c нулем" (Yо). На рис. 10 приведен трехфазный трансформатор при включении обмоток Y/Y. ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

    рис.10 Устройство трехфазного трансформатора

    ГРУППЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК

    До сих пор мы считали, что при построении векторной диаграммы ЭДС Е1 и Е2 совпадают по фазе. Но это соответствует действительности лишь при условии намотки первичной и вторичной обмоток в одном направлении, или одноименной маркировки их выводов (рис. 11, а).

    Схемы различного включения однофазного трансформатора

    рис.11 Схемы различного включения однофазного трансформатора

    Если же в трансформаторе изменить направление намотки обмоток иди же переставить обозначение их выводов, то вектор ЭДС Е2 окажется сдвинутым относительно вектора Е1 на 180° (рис. 11, б). Сдвиг фаз между ЭДС Е1 и Е2 принято выражать группой соединений. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0 до 360°, а кратность сдвига обычно составляет 30°, то для обозначения групп соединения выбирается ряд чисел от 1 до 12, в котором каждая единица соответствует углу сдвига 30°. В основу этого положено сравнение относительного положения векторов Е1 и Е2 с положением минутной и часовой стрелок часов. Вектор обмотки В.Н. считается минутной стрелкой, установленной на цифре 12, а вектор Н.Н. - часовой стрелкой. По положению часовой стрелки относительно минутной определяют положение вектора ЭДС обмотки Н.Н. относительно обмотки В.Н. Так, на рис.11, а соединение имеет группу 12, а на рис. 11, б - группу 6. Таким образом, в однофазном трансформаторе имеется только две группы -12 и 6. В 3-х фазном трансформаторе группу соединения определяют по углу сдвига фаз между линейными векторами ЭДС Е1 и Е2 . ГОСТ ограничивает применение только двух групп: Y / Y - 12 и Y / - 11. В качестве примера рассмотрим схему Y / Y - 12 (рис. 12).

    Схема трехфазного трансформатора

    Рис. 12 Схема трехфазного трансформатора гр.12

    Векторная диаграмма показывает, что сдвиг между E1 и Е2 равен нулю или 360°, т.е. (360° / 30° - 12 группа). Если же поменять начала и концы обмоток Н.Н., то будем иметь группу 6 (рис. 13).

    Схема трехфазного трансформатора

    рис.13 Схема трехфазного трансформатора гр.6 

    ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

    При выборе трансформаторов для электроснабжения производственного предприятия часто возникает дилемма: либо установить один мощный трансформатор, либо применить их несколько, в сумме обеспечивающих требуемую мощность.

    Второй вариант будет всегда предпочтительней, т.к. режим работы предприятия в течение суток неравномерный и потребляемая мощность будет различной. Например, в ночное время нагрузка будет минимальной, т.к. потребляемая мощность складывается лишь из охранного освещения и нескольких дежурных объектов. Днем, когда работают основные потребители электроэнергии, потребляемая мощность будет максимальной. Какой-то промежуточный режим будет в вечернее время суток. Короче говоря, в работе могут находиться один, два или сразу три трансформатора. Параллельная работа нескольких трансформаторов связана с тем, что их вторичные обмотки питают общую нагрузку. Однако не все трансформаторы способны работать параллельно. Определим условия, при которых возможно включение трансформаторов на параллельную работу. Во-первых, это одинаковые первичные и вторичные напряжения на обмотках. Во-вторых, должны быть одинаковые схемы и группы соединения. Помимо этого, регламентируются напряжения короткого замыкания, указанные в паспорте трансформатора. И, конечно, порядок чередования фаз у параллельно работающих трансформаторов должен быть одинаковым. В качестве примера приведем схему параллельно включенных пяти сварочных трансформаторов, обеспечивающих работу 14 сварочных постов (рис. 13).

    Параллельная работа сварочных трансформаторов
    рис. 13 Параллельная работа сварочных трансформаторов

    ТРАНСФОРМАТОРЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

    ТРЕХОБМОТОЧНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

    В трехобмоточном трансформаторе имеются три электрически несвязанные друг с другом обмотки, из которых одна является первичной, а две другие - вторичными (рис. 14).

    Трехобмоточный трансформатор

    рис.14 Трехобмоточный трансформатор

    Первичная обмотка трансформатора является намагничивающей и создает в магнитопроводе магнитный поток, который пронизывает две вторичные обмотки и наводит в них ЭДС Е2 и Е3. Пренебрегая током холостого хода, можно записать уравнение токов трех обмоточного трансформатора

    т.е. первичный ток равен геометрической сумме приведенных вторичных токов. Целесообразность применения трехобмоточных трансформаторов объясняется еще и тем, что один трехобмоточный трансформатор фактически заменяет два двухобмоточных.

    За номинальную мощность принимается мощность первичной обмотки. По такому же принципу устроены многообмоточные трансформаторы малой мощности, применяемые в радиоустройствах, связи и в автоматике.

    АВТОТРАНСФОРМАТОР

    В автотрансформаторе (рис15) часть витков в обмотке В.Н. используется в качестве обмотки Н.Н., т.е. в автотрансформаторе имеется всего лишь одна обмотка, часть которой (а Х) принадлежит одновременно сторонам В.Н. и Н.Н.

    Автотрансформатор

    рис.14 Автотрансформатор

    На участке АХ протекает ток i12 = i2 - i1, или переходя к действующим значениям, учитывая, что I1 и I2 находятся в противофазе, можно записат

    Таким образом, величина тока в общей части обмоток равна разности токов I1 и I2.

    Если коэффициент трансформации близок к единице, то I1 и I2 мало отличаются друг от друга, разность между ними будет также небольшой. Это позволит выполнять часть обмотки аХ проводом меньшего поперечного сечения.

    Мощность, передаваемая первичной обмоткой во вторичную цепь автотрансформатора, будет равна:

    Учитывая, что , ее можно записать в виде:

    Здесь U2 I1 = SЭ , есть мощность, поступающая во вторичную цепь электрическим путем, U2 I12 = Sм - мощность, поступающая во вторичную цепь посредством магнитного потока.

    Следовательно, в автотрансформаторе посредством магнитного потока передается только часть мощности, что дает возможность уменьшить поперечное сечение магнитопровода. Магнитные потери при этом также уменьшаются. При меньшем поперечном сечении магнитопровода уменьшается средняя длина витка обмотки, следовательно, вновь уменьшается расход обмоточной меди и снижаются электрические потери. Таким образом, автотрансформатор имеет преимущества перед трансформаторами, заключающиеся в меньшем весе, меньших размерах более высоком К.П.Д., меньшей стоимости и. т.д. Однако эти достоинства имеют значение лишь при коэффициенте трансформации k <=2

    При большем коэффициенте трансформации имеют место следующие недостатки. Это: большие токи короткого замыкания в случае понижающего автотрансформатора (при замыкании точек а и Х напряжение u1 окажется на небольшой части витков автотрансформатора, обладающих малым сопротивлением короткого замыкания); электрическая связь стороны В.Н. со стороной Н.Н.; требующая усиления изоляции между обмотками и корпусом и возникающая опасность попадания В.Н. на сторону Н.Н. Автотрансформаторы могут быть повышенными и пониженными, однофазными и трехфазными. Автотрансформаторы применяются в высоковольтных линиях электропередач для пуска асинхронных и синхронных двигателей в лабораторной практике и при испытаниях. Регулировка напряжения осуществляется как переключателями, изменяющими вводимое число витков во вторичной цепи, так и посредством скользящего контакта, перемещающегося непосредственно по виткам обмотки.

    ТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

    Сварочный трансформатор представляет собой однофазный трансформатор, понижающий напряжение сети до 60-65 В (рис. 4.12.3.1, а). В рабочем режиме трансформатор находится близко к короткому замыканию. Чтобы величина тока не возрастала сверх допустимого значения, последовательно к нему включается реактивная катушка РК с раздвижным сердечником, в результате чего характеристика трансформатора становится круто падающей (рис. 4.12.3.1, б).ТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

    Изменяя зазор , можно плавно менять сварочный ток. Максимальное значение тока будет при мах. Для безопасного обслуживания вторичная обмотка сварочного трансформатора заземляется.

    ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

    Эти трансформаторы применяются совместно с измерительными приборами для расширения их пределов измерения (рис. 4.12.4.1). Измерительный трансформатор напряжения представляет собой понижающий трансформатор с таким отношением витков w1/w2, чтобы при U1 = Uсети; U2 = 100 В.

    Во вторичную цепь включаются вольтметры, частотомеры, обмотки напряжения ваттметров, счетчиков и фазометров. Так как электрическое сопротивление этих приборов велико (порядка 1000 0м), то трансформаторы напряжения работают в режиме, близком к холостому ходу. Такой режим связан с большими магнитными потерями, а это, в свою очередь, приводит к увеличению размеров магнитопровода и устройству специального масляного охлаждения.

    ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

    Измерительные трансформаторы тока (рис. 4.12.4.1) применяются для включения в сеть амперметров, обмоток тока ваттметров, счетчиков и фазометров. Первичная обмотка трансформатора тока выполняется из провода большого поперечного сечения и включается в цепь последовательно. Вторичная обмотка выполняется всегда на ток I2 = 5А. Рабочий режим трансформатора тока близок к короткому замыканию, поэтому размеры магнитопровода у него значительно меньше, чем у трансформатора напряжения. Для определения напряжения или тока в цепи необходимо показания приборов умножить на коэффициент трансформации измерительных трансформаторов. В целях безопасности нельзя оставлять вторичную обмотку трансформатора тока разомкнутой, если первичная включена в сеть. В этом режиме напряжение U2 возрастает до нескольких тысяч вольт. Разновидностью измерительного трансформатора тока являются токоизмерительные клещи с разъемным магнитопроводом, где роль первичной обмотки выполняет сам провод, по которому течет измеряемый ток.

    ТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧИСЛА ФАЗ

    Для питания различных выпрямителей или для электропечей возникает необходимость в увеличении числа фазных обмоток трансформатора. Так, трехфазная система сети с помощью специального трансформатора может быть преобразована в шестифазную или двенадцатифазную. На рис. 4.12.5.1, а приведена схема шестифазного преобразователя.

    ТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧИСЛА ФАЗ

    Первичная обмотка такого преобразователя соединена "звездой", а вторичная - "двойной звездой". Векторная диаграмма вторичной обмотки преобразователя представляет собой шестизвездную звезду (рис. 4.12.5.1, б).

    Реализация сложных логических функций на интегральных микросхемах