Комплексный метод расчета цепей синусоидального тока капитальный ремонт турбогенератора


Электромагнитные устройства. Трансформаторы, электродвигатели

Для наглядности синусоидальные величины изображают векторами, вращающимися против часовой стрелки со скоростью, равной угловой частоте w этих синусоид. Так как эти векторы изображают синусоиды в начальный момент времени (t = 0), то они неподвижны. Длина вектора в выбранном масштабе определяется амплитудой синусоиды, а угол поворота вектора против часовой стрелки относительно положительного направления оси абсцисс равен начальной фазе синусоиды. Таким образом, вектор учитывает все значения, характеризующие синусоидальную величину: амплитуду, угловую частоту и начальную фазу.

Назначение и принцип действия трансформатора

 Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформатор имеет не менее двух обмоток, у которых есть общий магнитопровод и которые электрически изолированы друг от друга.

 Обмотки размещаются на магнитопроводе, собранном из листов электротехнической стали (рис. 9.1). Магнитопровод отсутствует лишь в воздушных трансформаторах, которые применяются при частотах около 20 кГц и выше, когда магнитопровод почти не намагничивается из-за увеличения вихревых токов.

 Обмотка трансформатора, соединенная с источником питания, называется первичной, а обмотка, к которой подключается потребитель электроэнергии, называется вторичной. Параметры, относящиеся к первичной обмотке, обозначаются индексом 1, например, , , , относящиеся к вторичной обмотке – обозначают с индексом 2.

 Различают однофазные и трехфазные трансформаторы.

 На щитке трансформатора указывают его номинальное напряжение, полную мощность, токи, напряжение короткого замыкания, число фаз, частоту, схему соединения, режим работы и способ охлаждения.

В зависимости от напряжения различают обмотку высшего напряжения (ВН) и обмотку низшего напряжения (НН). По способу охлаждения трансформаторы делят на сухие и масляные. На рис. 9.2 показан трехфазный трансформатор масляный с трубчатым баком, где 1 – магнитопровод; 2 – обмотка НН; 3 – обмотка ВН; 4 – выводы обмотки ВН; 5 – выводы обмотки НН; 6 – трубчатый бак; 7 – кран для заполнения маслом; 8 – выхлопная труба для газов; 9 – газовые реле; 10 – расширитель масла; 11 – кран для спуска масла.

 Если первичное напряжение  больше вторичного , трансформатор называют понижающим, если  – повышающим.

Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. Под воздействием переменного тока первичная обмотка создает в магнитопроводе переменный магнитный поток

 (9.1)

Рис. 9.2

который пронизывает обмотки и индуктирует в них ЭДС

  (9.2)

где   – амплитудные значения ЭДС.

 Разделив максимальные значения ЭДС на , получим действующее значение ЭДС в обмотках

.  (9.3)

Из (9.2) и (9.3) следует, что ЭДС обмоток отстают по фазе от магнитного потока на 90°, и пропорциональны числу витков.

 Соотношение ЭДС обмоток называется коэффициентом трансформации

.  (9.4)

 Если , то вторичная ЭДС меньше первичной и трансформатор называется понижающим, при  – трансформатор повышающий.

 Применяют и другое определение для коэффициента трансформации: отношение номинального высшего напряжения трансформатора к номинальному низшему напряжению. В этом случае коэффициент трансформации всегда больше единицы: .

  Так как во вторичной обмотке индуктируется ЭДС, то при подключении нагрузки к ее выводам в контуре обмотка-нагрузка протекает ток и выделяется электрическая энергия. Таким образом, с помощью магнитной связи поток электрической энергии передается из первичной цепи во вторичную. В этом и состоит принцип работы трансформаторов.

  Заметим, что положительные направления напряжения на рис. 9.1 показаны стрелкой от точки с высшим потенциалом к точке с низшим потенциалом, первичная обмотка рассматривается как приемник, вторичная – как источник электрической энергии.

Основные соотношения в идеальном трансформаторе Идеальным трансформатором называют трансформатор, у которого активное сопротивление обмоток равно нулю, отсутствуют магнитные потоки рассеяния, потери мощности в магнитопроводе равны нулю.

Векторная диаграмма трансформатора В реальном трансформаторе в отличие от идеального учитываются активные сопротивления обмоток, магнитные потоки рассеяния обмоток и потери мощности в стали.

Схема замещения трансформатора Электрические цепи с трансформаторами сложно рассчитывать из-за магнитной связи между обмотками.

Опытное определение параметров схемы замещения трансформатора Параметры схемы замещения можно определить по опытам холостого хода и короткого замыкания.

Внешняя характеристика трансформатора Внешняя характеристика трансформатора представляет собой зависимость между вторичным напряжением и током нагрузки при заданном первичном напряжении

  при .

Мощность потерь и КПД трансформатора Баланс мощности трансформатора выражается равенством

частота — число периодов в единицу времени: Частота измеряется в герцах (Гц). Промышленная частота f в России равна 50 Гц;

угловая частота (угловая скорость) — угол поворота рамки в единицу времени

мгновенное значение — значение синусоидальной величины в любой момент времени.

начальная фаза — угол, определяющий значение синусо­идальной величины в начальный момент времени (t=0).

Таким образом, мгновенное значение синусоидальной величины характеризуется амплитудой (Еm, Im, Um), угловой частотой w и начальной фазой y.


Магнитное поле и магнитные цепи