Formula pentru fem-ul înfășurării primare a unui transformator. Caracteristici ale designului circuitului magnetic al transformatorului. Tensiune față de sarcină

E1=4.44fw1Фm.....U1= -E1+r1*I1+X1*I1...

U1 – complex de tensiune pe înfăşurarea primară;

E1 – complex de EMF al înfășurării primare;

I1 – complex de curent al înfășurării primare;

r1 – rezistența rezistivă a înfășurării primare;

X1 – rezistența inductivă la scurgere a înfășurării primare.

EMF indusă în înfășurarea primară a unui transformator, ecuații de tensiune pentru înfășurarea primară a unui transformator.

E1=4.44fw2Фm.....U1= E2+r2*I2+X2*I2...

U2 – complex de tensiune pe înfăşurarea secundară;

E2 – complex EMF al înfășurării secundare;

I2 – complex de curent bobinaj secundar;

r2 – rezistența rezistivă a înfășurării secundare;

X2 – rezistența inductivă de scurgere a înfășurării secundare.

6.Experiență de mers în gol, parametri determinați în timpul experimentului. Testul inactiv (Fig. 11.4, a) este utilizat pentru a determina raportul de transformare. În acest caz, înfășurarea de joasă tensiune este conectată la un dispozitiv (regulator de potențial), care permite variarea tensiunii furnizate transformatorului într-un interval larg, iar înfășurarea de înaltă tensiune este deschisă. Pentru a determina raportul de transformare este suficient să se aplice o tensiune de 0,1 UH înfăşurării de joasă tensiune pentru transformatoarele de putere mică şi (0,33...0,5) UH pentru transformatoarele de mare putere. Căderea de tensiune în înfășurarea primară este foarte mică. Cu o precizie acceptabilă, putem presupune că E1 = U1 și E2 = U2, deoarece curentul din înfășurarea secundară este practic zero. Din experiența transformatorului fără sarcină, se determină și dependențele curentului fără sarcină Ix, consumul de putere Px și factorul de putere cosφ de valoarea tensiunii de intrare U1, cu înfășurarea secundară deschisă, adică la I2 = 0. Curentul fără sarcină al transformatoarelor de putere variază de la 10 (pentru transformatoarele de putere mică) până la 2% (pentru transformatoarele puternice) din valoarea nominală. La luarea caracteristicilor de repaus, tensiunea furnizată este modificată în intervalul de la 0,6 la 1,2 UH astfel încât să se obțină 6...7 citiri. Figura 11.4.6 prezintă o vedere aproximativă a caracteristicilor inactiv. Puterea fără sarcină caracterizează energia electrică consumată în transformatorul în sine, deoarece nu este consumată energie din înfășurarea secundară. Energia din transformator este cheltuită pentru încălzirea înfășurărilor prin curentul care trece prin ele și încălzirea miezului de oțel (curenți turbionari și histerezis). Pierderile pentru încălzirea înfășurărilor (pierderile în înfășurări) în timpul liberului sunt neglijabile. În practică, putem presupune că toate pierderile fără sarcină sunt concentrate în oțelul miezului și merg spre încălzirea acestuia.

7.Experienta de scurtcircuit al transformatorului, parametrii experimentului. Experimentul de scurtcircuit se realizează conform diagramei prezentate în Figura 11.5, a. Se aplică o tensiune înfășurării de joasă tensiune la care curge curentul nominal în înfășurarea de înaltă tensiune scurtcircuitată. Această tensiune se numește tensiune de scurtcircuit ek%; valoarea ei este dată în pașaportul transformatorului ca procent din valoarea nominală. Deoarece în acest experiment, din cauza tensiunii joase furnizate înfășurării de joasă tensiune, fluxul magnetic în miez este foarte nesemnificativ și miezul nu se încălzește, se crede că toată puterea consumată de transformator în timpul experimentului de scurtcircuit este cheltuită cu pierderile electrice în conductorii înfășurărilor. Caracteristicile de scurtcircuit (Fig. 11.5,6) reprezintă dependențele curentului consumat Ik, puterea Pk și factorul de putere cosφ, de tensiunea de alimentare cu înfășurarea secundară închisă.

10. Scheme de conectare pentru înfășurările transformatoarelor trifazate. rata de utilizare.Înfășurările transformatoarelor trifazate sunt conectate în stea (Y) sau în triunghi (D). De obicei, înfășurările primare sunt conectate într-o stea, iar înfășurările secundare sunt conectate într-un triunghi, sau ambele înfășurări sunt conectate într-o stea. Un transformator trifazat are două înfășurări trifazate - înaltă tensiune (HV) și joasă tensiune (LV), fiecare dintre ele include înfășurări în trei faze sau faze. Astfel, un transformator trifazat are șase înfășurări de fază independente și 12 terminale cu terminale corespunzătoare, iar bornele inițiale ale fazelor înfășurării de tensiune mai mare sunt desemnate cu literele A, B, C, bornele finale sunt X, Y, Z, iar pentru bornele similare ale fazelor înfășurării de joasă tensiune se folosesc astfel de denumiri: a,b,c,x,y,z......În majoritatea cazurilor, înfășurările transformatoarelor trifazate sunt conectate fie într-o stea -Y, fie într-un triunghi - Δ ... Coeficientul de fază Transformarea unui transformator trifazat se găsește ca raportul tensiunilor de fază în gol: nф = Uфнх / Uфннх.... raport liniar de transformare, în funcție de raportul de transformare a fazei și de tipul de conectare a înfășurărilor de fază ale tensiunilor înalte și joase ale transformatorului, după formula: nl = Ulvnkh / Ulnnkh.

11. Grupuri de conectare a înfășurărilor transformatoarelor trifazate. in ce scop sunt determinate? Un grup de conexiuni de înfășurare a transformatorului caracterizează orientarea reciprocă a tensiunilor înfășurărilor primare și secundare

12. Condiții de pornire a transformatoarelor pentru funcționare în paralel. cu condiția ca niciuna dintre înfășurări să nu fie încărcată cu un curent care depășește curentul admisibil pentru o anumită înfășurare..... Funcționarea în paralel a transformatoarelor este permisă în următoarele condiții: grupurile de conectare a înfășurării sunt aceleași, raportul de putere a transformatorului nu este mai mare. de 1:3, rapoartele de transformare nu diferă cu mai mult de ± 0,5%, tensiunile de scurtcircuit diferă cu cel mult ± 10%, transformatoarele au fost fazate.

14. Autotransformator. Principala diferență dintre un autotransformator și un transformator convențional este că cele două înfășurări ale sale au neapărat o conexiune electrică între ele, sunt înfășurate pe o tijă, iar puterea este transferată între înfășurări într-un mod combinat - prin inducție electromagnetică și conexiune electrică. Acest lucru reduce dimensiunea și costul mașinii.

15. Principiul de funcționare a unui motor asincron Proiectarea statorului unei mașini asincrone.Înfășurării statorului este aplicată o tensiune alternativă, sub influența căreia curent curge prin aceste înfășurări și creează un câmp magnetic rotativ. Câmpul magnetic acționează asupra înfășurării rotorului și, conform legii inducției electromagnetice, induce un EMF în ele. Un curent ia naștere în înfășurarea rotorului sub influența emf indusă. Curentul din înfășurarea rotorului își creează propriul câmp magnetic, care interacționează cu câmpul magnetic rotativ al statorului. Ca urmare, asupra fiecărui dinte al circuitului magnetic al rotorului acționează o forță care, adunându-se într-un cerc, creează un moment electromagnetic rotativ care face rotorul să se rotească.............. Staționar. o parte a mașinii se numește stator.Miezul statorului este realizat din tablă de oțel electric și este presat în cadru.Pe suprafața interioară a foilor din care este realizat miezul statorului, există caneluri în care înfășurarea trifazată. (3) este plasat. Înfășurarea statorului este realizată în principal din sârmă de cupru izolată de secțiune transversală rotundă sau dreptunghiulară, mai rar din aluminiu.

16. Proiectarea unei mașini asincrone cu scurtcircuit. rotor, proiectarea ansamblurilor principale. este format din tije de cupru sau aluminiu scurtcircuitate la capete cu doua inele. Tijele acestei înfășurări sunt introduse în canelurile miezului rotorului. Miezurile rotorului și statorului au o structură dințată. La mașinile de putere mică și medie, înfășurarea se face de obicei prin turnarea aliajului de aluminiu topit în fantele miezului rotorului.

17 .Proiectarea unei mașini asincrone cu rotor bobinat, proiectarea ansamblurilor principale. Rotorul de fază are o înfășurare trifazată (în general, multifazată), conectată de obicei într-o configurație în stea și conectată la inele colectoare care se rotesc cu arborele mașinii. Folosind perii de grafit sau metal-grafit care alunecă de-a lungul acestor inele în circuitul de înfășurare a rotorului: includ reostat de balast, acționând ca o rezistență activă suplimentară, aceeași pentru fiecare fază. Prin reducerea curentului de pornire, se realizează o creștere a cuplului de pornire la valoarea maximă (în primul moment de timp). Astfel de motoare sunt folosite pentru a antrena mecanisme care funcționează sub sarcini mari sau necesită un control lin al vitezei. include inductanțe (choke) în fiecare fază a rotorului. Rezistența șocurilor depinde de frecvența curentului care curge și, după cum se știe, în rotor în primul moment al pornirii, frecvența curenților de alunecare este cea mai mare. Pe măsură ce rotorul se rotește, frecvența curenților induși scade și odată cu aceasta scade și rezistența inductorului. Reactanța inductivă din circuitul rotorului înfășurat de fază vă permite să automatizați procedura de pornire a motorului și, dacă este necesar, să „primiți” un motor a cărui turație a scăzut din cauza suprasarcinii. Inductanța menține curenții rotorului la un nivel constant. include sursa de curent continuu, obținându-se astfel o mașină sincronă. porniți alimentarea de la invertor, care vă permite să controlați caracteristicile de turație și cuplu ale motorului. Acesta este un mod de operare special (mașină cu putere dublă). Este posibilă pornirea tensiunii de rețea fără invertor, cu o fazare opusă celei cu care este alimentat statorul.

18. Analogie între o mașină asincronă și un transformator. Emf indusă în înfășurările statorului în modul xx.Într-un motor asincron, rolul înfășurării secundare a transformatorului este jucat de înfășurarea rotorului, iar înfășurarea statorului este înfășurarea primară.....Totuși, aici este necesar să se acorde atenție următoarei diferențe semnificative între un motor asincron și un transformator.....Un transformator, așa cum se știe, are ambele înfășurări - primarul și secundarul sunt staționare, în timp ce într-un motor asincron avem doar o înfășurare primară (stator) care este staționară, în timp ce secundarul (rotor) înfășurarea unui motor asincron este mobilă; din această cauză, frecvența curenților care circulă în circuitul secundar (rotor) al unui motor asincron este o valoare variabilă, care, după cum se știe, nu este observată la transformatoare.

20. Pierderile si randamentul unui motor asincron.P Oteri se împart în mecanice, magnetice și electrice. Pierderile mecanice la un motor asincron sunt cauzate de frecarea lagărelor și de frecarea pieselor rotative cu aerul. Pierderile suplimentare sunt cauzate de prezența câmpurilor parazite în motor și de pulsația câmpului în dinții rotorului și ai statorului. Eficiența unui motor asincron este η = Р2/ Р1 = 1 - ∑р/ Р1.

21. Principiul de funcționare al unui motor asincron trifazat. Când este conectat la rețea, în stator apare un câmp magnetic circular rotativ, care pătrunde în înfășurarea rotorului în scurtcircuit și induce un curent de inducție în acesta. De aici, urmând legea lui Ampere (o fem acţionează asupra unui conductor purtător de curent plasat într-un câmp magnetic), rotorul începe să se rotească. Viteza rotorului depinde de frecvența tensiunii de alimentare și de numărul de perechi de poli magnetici. Diferența dintre frecvența de rotație a câmpului magnetic al statorului și frecvența de rotație a rotorului este caracterizată de alunecare. Motorul se numește asincron deoarece frecvența de rotație a câmpului magnetic al statorului nu coincide cu frecvența de rotație a rotorului. Un motor sincron are o diferență în designul rotorului. Rotorul este fie un magnet permanent, fie un electromagnet, fie are o parte dintr-o cușcă de veveriță (pentru pornire) și permanenți sau electromagneți. Într-un motor sincron, frecvența de rotație a câmpului magnetic al statorului și frecvența de rotație a rotorului sunt aceleași. Pentru pornire se folosesc motoare electrice asincrone auxiliare sau un rotor cu o înfășurare în cușcă de veveriță.

Informații conexe.

Continuăm cunoștințele noastre cu componentele electronice și în acest articol ne vom uita la dispozitivul și principiul de funcționare al transformatorului.

Transformatoarele au găsit o largă aplicație în inginerie radio și electrică și sunt utilizate pentru transmiterea și distribuția energiei electrice în rețelele de alimentare cu energie electrică, pentru alimentarea circuitelor de echipamente radio, în dispozitive convertoare, ca transformatoare de sudură etc.

Transformator conceput pentru a converti tensiunea alternativă de o valoare în tensiune alternativă de altă valoare.

În cele mai multe cazuri, un transformator constă dintr-un circuit magnetic închis (miez) cu două înfășurări situate pe el care nu sunt conectate electric între ele. Miezul magnetic este realizat din material feromagnetic, iar înfășurările sunt înfășurate cu sârmă de cupru izolată și plasate pe miezul magnetic.

O înfășurare este conectată la o sursă de curent alternativ și este numită primar(I), tensiunea este eliminată din cealaltă înfășurare pentru a alimenta sarcina și înfășurarea este numită secundar(II). O diagramă schematică a unui transformator simplu cu două înfășurări este prezentată în figura de mai jos.

1. Principiul de funcționare al transformatorului.

Principiul de funcționare al transformatorului se bazează pe fenomen de inducție electromagnetică.

Dacă înfășurării primare se aplică tensiune alternativă U1, atunci curent alternativ va curge prin spirele înfășurării Io, care se va crea în jurul înfășurării și în miezul magnetic câmp magnetic alternant. Câmpul magnetic produce flux magnetic Fo, care, trecând de-a lungul circuitului magnetic, traversează spirele înfășurărilor primare și secundare și induce (induce) EMF alternantă în ele - e1Și e2. Și dacă conectați un voltmetru la bornele înfășurării secundare, acesta va arăta prezența tensiunii de ieșire U2, care va fi aproximativ egală cu fem-ul indus e2.

Când o sarcină, de exemplu o lampă cu incandescență, este conectată la înfășurarea secundară, apare un curent în înfășurarea primară. I1, formând un flux magnetic alternativ în circuitul magnetic F1 variind la aceeași frecvență cu curentul I1. Sub influența unui flux magnetic alternativ, în circuitul de înfășurare secundar apare un curent I2, care la rândul său creează un flux magnetic contracarant conform legii lui Lenz F2, căutând să demagnetizeze fluxul magnetic care îl generează.

Ca urmare a efectului demagnetizant al curgerii F2 Fluxul magnetic este stabilit în circuitul magnetic Fo egală cu diferența de flux F1Și F2și fiind parte a fluxului F1, adică

Fluxul magnetic rezultat Fo asigura transferul energiei magnetice de la infasurarea primara la infasurarea secundara si induce o forta electromotoare in infasurarea secundara e2, sub influența căreia curge curent în circuitul secundar I2. Se datorează prezenței fluxului magnetic Foși există un curent I2, care va fi cu atât mai mare cu atât mai mult Fo. Dar, în același timp, cu cât curentul este mai mare I2, cu atât contracurent este mai mare F2 si deci mai putin Fo.

Din cele de mai sus rezultă că la anumite valori ale fluxului magnetic F1și rezistențe înfăşurare secundarăȘi încărcături sunt setate valorile EMF corespunzătoare e2, actual I2și curge F2, asigurând echilibrul fluxurilor magnetice în circuitul magnetic, exprimat prin formula dată mai sus.

Astfel, diferența de flux F1Și F2 nu poate fi zero, deoarece în acest caz nu ar exista un fir principal Fo, iar fără ea fluxul nu ar putea exista F2 si curent I2. Prin urmare, fluxul magnetic F1, creat de curentul primar I1, întotdeauna mai mult flux magnetic F2, creat de curentul secundar I2.

Mărimea fluxului magnetic depinde de curentul care îl creează și de numărul de spire ale înfășurării prin care trece.

Tensiunea înfășurării secundare depinde de raportul dintre numărul de spire din înfășurări. Cu același număr de spire, tensiunea de pe înfășurarea secundară va fi aproximativ egală cu tensiunea furnizată înfășurării primare, iar un astfel de transformator se numește împărțind.

Dacă înfășurarea secundară conține mai multe spire decât primarul, atunci tensiunea dezvoltată în ea va fi mai mare decât tensiunea furnizată înfășurării primare și un astfel de transformator se numește crescând.

Dacă înfășurarea secundară conține mai puține spire decât primarul, atunci tensiunea sa va fi mai mică decât tensiunea furnizată înfășurării primare și un astfel de transformator se numește în jos.

Prin urmare. Prin selectarea numărului de spire ale înfășurărilor la o anumită tensiune de intrare U1 obțineți tensiunea de ieșire dorită U2. Pentru a face acest lucru, folosesc metode speciale pentru calcularea parametrilor transformatoarelor, cu ajutorul cărora se calculează înfășurările, se selectează secțiunea transversală a firelor, se determină numărul de spire, precum și grosimea și tipul de miezul magnetic.

Transformatorul poate funcționa numai în circuite de curent alternativ. Dacă înfășurarea sa primară este conectată la o sursă de curent continuu, atunci în circuitul magnetic se formează un flux magnetic, constant în timp, în mărime și direcție. În acest caz, o tensiune alternativă nu va fi indusă în înfășurările primar și secundar și, prin urmare, energia electrică nu va fi transferată de la circuitul primar la secundar. Cu toate acestea, dacă în înfășurarea primară a transformatorului curge un curent pulsatoriu, atunci în înfășurarea secundară va fi indusă o tensiune alternativă, a cărei frecvență va fi egală cu frecvența de ondulare a curentului din înfășurarea primară.

2. Design transformator.

2.1. Miez magnetic. Materiale magnetice.

Scop circuit magnetic constă în crearea unui traseu închis pentru fluxul magnetic cu rezistență magnetică minimă. Prin urmare, miezurile magnetice pentru transformatoare sunt realizate din materiale cu permeabilitate magnetică ridicată în câmpuri magnetice alternante puternice. Materialele trebuie să aibă pierderi mici de curent turbionar pentru a nu supraîncălzi circuitul magnetic la valori suficient de mari ale inducției magnetice, să fie destul de ieftine și să nu necesite tratament mecanic și termic complex.

Materiale magnetice, utilizate pentru fabricarea miezurilor magnetice, sunt produse sub formă de foi separate, sau sub formă de benzi lungi de o anumită grosime și lățime și se numesc oteluri electrice.
Tablele de oțel (GOST 802-58) sunt produse prin laminare la cald și la rece, oțelurile texturate cu bandă (GOST 9925-61) numai prin laminare la rece.

De asemenea, sunt utilizate aliajele fier-nichel cu permeabilitate magnetică ridicată, de exemplu, permalloy, permindur etc. (GOST 10160-62) și ferite magnetice moi de joasă frecvență.

Pentru fabricarea unei varietăți de transformatoare relativ ieftine, acestea sunt utilizate pe scară largă oteluri electrice, care au un cost redus și permit transformatorului să funcționeze atât cu cât și fără magnetizare constantă a circuitului magnetic. Oțelurile laminate la rece, care au caracteristici mai bune în comparație cu oțelurile laminate la cald, au găsit cea mai mare aplicație.

Aliaje cu permeabilitate magnetică ridicată utilizat pentru fabricarea transformatoarelor de impulsuri și a transformatoarelor concepute pentru a funcționa la frecvențe ridicate și înalte de 50 - 100 kHz.

Dezavantajul unor astfel de aliaje este costul lor ridicat. De exemplu, costul permalloy este de 10-20 de ori mai mare decât costul oțelului electric, iar permendur este de 150 de ori mai mare. Cu toate acestea, în unele cazuri, utilizarea lor poate reduce semnificativ greutatea, volumul și chiar costul total al transformatorului.

Un alt dezavantaj este influența puternică a magnetizării permanente și a câmpurilor magnetice alternative asupra permeabilității magnetice, precum și rezistența scăzută la influențe mecanice - șoc, presiune etc.

Din ferite magnetice moi de joasă frecvență fabricate cu permeabilitate inițială ridicată miezuri magnetice presate, care sunt utilizate pentru fabricarea transformatoarelor de impulsuri și a transformatoarelor care funcționează la frecvențe înalte de la 50 - 100 kHz. Avantajul feritelor este costul lor scăzut, dar dezavantajul este inducția de saturație scăzută (0,4 - 0,5 T) și instabilitatea puternică a temperaturii și a amplitudinii permeabilității magnetice. Prin urmare, ele sunt utilizate numai în câmpuri slabe.

Alegerea materialelor magnetice se face pe baza caracteristicilor electromagnetice, luând în considerare condițiile de funcționare și scopul transformatorului.

2.2. Tipuri de circuite magnetice.

Miezurile magnetice ale transformatoarelor sunt împărțite în laminat(ștampilat) și bandă(rasucite), realizate din materiale din tabla si presate din ferite.

Laminat Miezurile magnetice sunt asamblate din plăci plate ștanțate de forma corespunzătoare. Mai mult, plăcile pot fi realizate din aproape orice materiale, chiar foarte fragile, ceea ce reprezintă un avantaj al acestor miezuri magnetice.

Bandă Miezurile magnetice sunt realizate dintr-o bandă subțire înfășurată sub formă de spirală, ale cărei spire sunt ferm legate între ele. Avantajul nucleelor ​​magnetice de bandă este utilizarea deplină a proprietăților materialelor magnetice, ceea ce face posibilă reducerea greutății, dimensiunii și costul transformatorului.

În funcție de tipul de circuit magnetic, transformatoarele sunt împărțite în tijă, blindatȘi toroidal. Mai mult, fiecare dintre aceste tipuri poate fi fie tijă, fie bandă.

tijă.

În circuitele magnetice tip tijăînfășurările sunt situate pe două tije ( tijă numită partea din circuitul magnetic pe care sunt aşezate înfăşurările). Acest lucru complică proiectarea transformatorului, dar reduce grosimea înfășurării, ceea ce ajută la reducerea inductanței de scurgere, a consumului de sârmă și la creșterea suprafeței de răcire.

Miezurile magnetice de tijă sunt utilizate în transformatoarele de ieșire cu un nivel scăzut de interferență, deoarece sunt insensibile la efectele câmpurilor magnetice externe de joasă frecvență. Acest lucru se explică prin faptul că, sub influența unui câmp magnetic extern, în ambele bobine sunt induse tensiuni care sunt opuse în fază, care, atunci când spirele înfășurărilor sunt egale, se compensează reciproc. De regulă, transformatoarele de putere mare și medie sunt fabricate de tip tijă.

Blindat.

În circuitul magnetic tip de armură infasurarea este situata pe tija centrala. Acest lucru simplifică designul transformatorului, permite o mai mare utilizare a ferestrei de către înfășurare și oferă, de asemenea, o anumită protecție mecanică pentru înfășurare. Prin urmare, astfel de circuite magnetice sunt cele mai utilizate.

Unele dezavantaje ale miezurilor magnetice blindate este sensibilitatea lor crescută la câmpurile magnetice de joasă frecvență, ceea ce le face nepotrivite pentru utilizare ca transformatoare de ieșire cu niveluri scăzute de zgomot. Cel mai adesea, transformatoarele de putere medie și microtransformatoarele sunt blindate.

Toroidal.

Toroidal sau inel transformatoarele fac posibilă utilizarea mai deplină a proprietăților magnetice ale materialului, au fluxuri de disipare scăzute și creează un câmp magnetic extern foarte slab, care este deosebit de important în transformatoarele de înaltă frecvență și impulsuri. Dar, din cauza complexității fabricării înfășurărilor, acestea nu au fost utilizate pe scară largă. Cel mai adesea sunt făcute din ferită.

Pentru a reduce pierderile datorate curenților turbionari, circuitele magnetice laminate sunt asamblate din plăci ștanțate de 0,35 - 0,5 mm grosime, care sunt acoperite pe o parte cu un strat de lac de 0,01 mm grosime sau o peliculă de oxid.

Banda pentru miezuri magnetice de bandă are o grosime de la câteva sutimi până la 0,35 mm și este acoperită și cu o suspensie sau peliculă de oxid izolatoare electric și în același timp adezive. Și cu cât stratul de izolație este mai subțire, cu atât secțiunea transversală a circuitului magnetic este umplută cu material magnetic mai dens, cu atât dimensiunile totale ale transformatorului sunt mai mici.

Recent, alături de tipurile considerate „tradiționale” de circuite magnetice, au fost utilizate noi forme, care includ circuite magnetice de tip „cablu”, „tor inversat”, tip bobină etc.

Să lăsăm așa deocamdată. Să continuăm în.
Noroc!

Literatură:

1. V. A. Volgov - „Piese și componente ale echipamentelor radio-electronice”, Energia, Moscova 1977
2. V. N. Vanin - „Transformatori de curent”, Editura „Energia” Moscova 1966 Leningrad.
3. I. I. Belopolsky - „Calculul transformatoarelor și bobinelor de putere mică”, M-L, Gosenergoizdat, 1963.
4. G. N. Petrov - „Transformers. Volumul 1. Fundamentele teoriei”, Editura State Energy, Moscova 1934 Leningrad.
5. V. G. Borisov, „Tânărul amator de radio”, Moscova, „Radio și comunicații” 1992

PRACTICUM

PE MAȘINI ELECTRICE

SI APARATE

Tutorial

Pentru studenți cu normă întreagă și cu fracțiune de normă

în domeniul ingineriei instrumentelor și al opticii

ca ajutor didactic pentru studenţii din învăţământul superior

instituții care studiază în specialitatea 200101 (190100)

„Fabricarea instrumentelor”

Kazan 2005

UDC 621.375+621.316.5

BBK 31.261+31.264

Prokhorov S.G., Khusnutdinov R.A. Atelier de masini electrice

și dispozitive: Manual: Pentru studenți cu normă întreagă și cu fracțiune de normă. Kazan: Editura Kazan. stat tehnologie. Univ., 2005. 90 p.

ISBN 5-7579-0806-8

Conceput pentru desfășurarea orelor practice și efectuarea muncii independente la disciplina „Mașini și dispozitive electrice” în direcția de pregătire a unui specialist certificat 653700 – „Fabricarea instrumentelor”.

Manualul poate fi util pentru studenții care studiază disciplina

„Inginerie electrică”, „Echipamente electromecanice în fabricarea instrumentelor”,

„Mașini electrice în instrumente”, precum și studenți ai tuturor

specialități de inginerie, inclusiv inginerie electrică.

Masa Il. Bibliografie: 11 titluri.

Revizori: Departamentul de Acționare Electrică și Automatizare a Instalațiilor Industriale și Complexelor Tehnologice (Universitatea de Stat pentru Energie din Kazan); profesor, candidat fizica si matematica Științe, profesor asociat V.A. Kirsanov (filiala Kazan a Institutului de rezervoare din Chelyabinsk)

ISBN 5-7579-0806-8 © Editura Kazan. stat tehnologie. Universitatea, 2005

© Prokhorov S.G., Khusnutdinov R.A.,

Testele propuse la disciplina „Mașini și dispozitive electrice” sunt destinate pregătirii practice și muncii independente. Testele sunt compilate în secțiunile „Transformatoare”, „Mașini asincrone”, „Mașini sincrone”, „Mașini cu comutator DC”, „Dispozitive electrice”. Răspunsurile sub formă de tabel sunt date la sfârșitul manualului.

TRANSFORMATORI

1. De ce golurile de aer din transformator sunt menținute la minimum?

1) Pentru a crește rezistența mecanică a miezului.

3) Pentru a reduce zgomotul magnetic al transformatorului.

4) Pentru a crește masa miezului.

2.De ce miezul transformatorului este fabricat din oțel electric?

1) Pentru a reduce curentul fără sarcină.

2) Pentru a reduce componenta de magnetizare a curentului fără sarcină

3) Pentru a reduce componenta activă a curentului fără sarcină.

4) Pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune.

3.De ce plăcile miezului transformatorului sunt ținute împreună cu știfturi?

1) Pentru a crește rezistența mecanică.

2) Pentru atașarea transformatorului la un obiect.

3) Pentru a reduce umiditatea din interiorul miezului.

4) Pentru a reduce zgomotul magnetic.

4. De ce miezul transformatorului este realizat din plăci de oțel electric izolate electric unul de celălalt?

1) Pentru a reduce masa miezului.

2) Pentru a crește rezistența electrică a miezului.

3) Pentru a reduce curenții turbionari.

4) Pentru a simplifica proiectarea transformatorului.

5. Cum sunt desemnate începuturile înfășurării primare a unui transformator trifazat?

1) A, b, c 2) X, y, z 3) A, B, C 4) X, Y, Z

6. Cum sunt conectate înfășurările primare și secundare ale unui transformator trifazat dacă transformatorul are grupa 11 (Y - stea, Δ - triunghi)?

1) Y/Δ 2) Δ/Y 3) Y/Y 4) Δ/Δ

7. Cum diferă în greutate miezul magnetic și înfășurarea unui transformator convențional față de un autotransformator dacă rapoartele de transformare sunt aceleași? LA= 1,95? Puterea și tensiunile nominale ale dispozitivelor sunt aceleași.

1) Nicio diferență.

2) Masele miezului magnetic și înfășurărilor autotransformatorului sunt mai mici decât masele

miez magnetic și, respectiv, înfășurările unui transformator convențional.

3) Masa circuitului magnetic al unui autotransformator este mai mică decât masa circuitului magnetic al unui transformator convențional, iar masele înfășurărilor sunt egale.

4) Masele miezului magnetic și înfășurărilor unui transformator convențional sunt mai mici decât cele ale valorilor corespunzătoare ale unui autotransformator.

5) Masa înfășurării autotransformatorului este mai mică decât masa înfășurărilor unui transformator convențional, iar masele nucleelor ​​magnetice sunt egale.

8. Pe ce lege a electrotehnicii se bazează principiul de funcționare al unui transformator?

1) Despre legea forțelor electromagnetice.

2) Pe baza legii lui Ohm.

3) Despre legea inducției electromagnetice.

4) Bazat pe prima lege a lui Kirchhoff.

5) Bazat pe a doua lege a lui Kirchhoff.

9. Ce se va întâmpla cu transformatorul dacă este conectat la o rețea DC de aceeași mărime?

1) Nu se va întâmpla nimic.

2) Poate arde.

3) Fluxul magnetic principal va scădea.

4) Fluxul de scurgere magnetic al înfășurării primare va scădea.

10. Ce transformă un transformator?

1) Mărimea curentului.

2) Mărimea tensiunii.

3) Frecvența.

4) Valorile curentului și tensiunii.

11. Cum se transferă energia electrică de la înfășurarea primară a unui autotransformator la secundar?

1) Electric.

2) Calea electromagnetică.

3) Electric și electromagnetic.

4) Ca într-un transformator obișnuit.

12. Ce flux magnetic dintr-un transformator transportă energie electrică?

1) Fluxul de scurgere magnetic al înfășurării primare.

2) Fluxul de scurgere magnetic al înfășurării secundare.

3) Fluxul magnetic al înfășurării secundare.

4) Fluxul magnetic al miezului.

13. Ce este afectat de fem-ul autoinductiv al înfășurării primare a unui transformator?

1) Mărește rezistența activă a înfășurării primare.

2) Reduce rezistența activă a înfășurării primare.

3) Reduce curentul înfășurării primare a transformatorului.

4) Crește curentul înfășurării secundare a transformatorului.

5) Crește curentul înfășurării primare a transformatorului.

14. Ce este afectat de fem-ul autoinductiv al înfășurării secundare a unui transformator?

1) Mărește rezistența activă a înfășurării secundare.

2) Reduce rezistența activă a înfășurării secundare.

3) Reduce curentul înfășurării secundare a transformatorului.

4) Crește curentul înfășurării primare a transformatorului.

5) Reduce reactanța inductivă a înfășurării secundare

transformator.

15. Care este rolul EMF de inducție reciprocă a înfășurării secundare a unui transformator?

1) Este o sursă de EMF pentru circuitul secundar.

2) Reduce curentul înfășurării primare.

3) Reduce curentul înfășurării secundare.

4) Crește fluxul magnetic al transformatorului.

16. Selectați formula pentru legea inducției electromagnetice:

Selectați ortografia corectă a valorii efective a EMF a înfășurării secundare a transformatorului.

18. Cum se compară tensiunile de scurtcircuit ca mărime? U 1k și nominal U 1n în transformatoarele de putere medie?

1) U 1k ≈ 0,05. U 1-2) U 1k ≈ 0,5. U 1-3) U 1k ≈ 0,6. U 1n

4) U 1k ≈ 0,75. U 1-5) U 1k ≈ U 1n

19. Ce parametri ai circuitului echivalent în formă de T al transformatorului sunt determinați din experiența fără sarcină?

1) r 0 , r 1 2) X 0 , r 1 3) r' 2 , X' 2

Principiul de funcționare al transformatorului se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică (inducție reciprocă). Inducția reciprocă constă în inducerea unei feme într-o bobină inductivă atunci când curentul către cealaltă bobină se modifică.

Sub influența curentului alternativ în înfășurarea primară, se creează un flux magnetic alternativ în circuitul magnetic

care patrunde in infasurarile primare si secundare si induce un EMF in acestea

unde sunt valorile amplitudinii EMF.

Valoarea efectivă a EMF în înfășurări este egală cu

; .

Raportul EMF al înfășurărilor se numește raport de transformare

Dacă , atunci EMF secundar este mai mic decât cel primar și transformatorul se numește transformator coborâtor, în timp ce transformatorul este numit transformator crescător.

Întrebarea 8. Diagrama vectorială a circuitului deschis al unui transformator ideal.

Deoarece luăm în considerare un transformator ideal, de ex. fără disipare și pierdere de putere, atunci curentul este x.x. este pur magnetizant – , i.e. creează o forță de magnetizare, care creează un flux, unde este rezistența magnetică a miezului, constând din rezistența oțelului și rezistența la îmbinările miezului. Atât amplitudinea, cât și forma curbei curentului depind de gradul de saturație al sistemului magnetic. Dacă debitul se modifică sinusoid, atunci cu oțelul nesaturat curba curentului fără sarcină este aproape și sinusoidală. Dar când oțelul este saturat, curba curentului devine din ce în ce mai diferită de o sinusoidă (Fig. 2.7.) Curba curentului x.x. pot fi descompuse în armonici. Deoarece curba este simetrică față de axa x, seria conține doar armonici de ordin impar. Primul curent armonic i ( 01) este în fază cu fluxul principal. Dintre armonicile superioare, cea de-a treia armonică a curentului este cea mai pronunțată i ( 03) .

Fig 2.7 Curba curentului X.X

Valoarea efectivă a curentului fără sarcină:

. (2.22)

Aici eu 1 m , eu 3 m , eu 5 m– amplitudinile primei, a treia și a cincea armonice ale curentului în gol.

Deoarece curentul fără sarcină rămâne în urmă cu 90  în urma tensiunii, puterea activă consumată de un transformator ideal din rețea este, de asemenea, zero, adică. Un transformator ideal consumă putere pur reactivă și curent de magnetizare din rețea.

Diagrama vectorială a unui transformator ideal este prezentată în Fig. 2.8.

Orez. 2.8. Diagrama vectorială a unui transformator ideal

Întrebarea 9 Schema vectorială a circuitului fără sarcină a unui transformator real.

Într-un transformator real, există împrăștiere și pierderi în oțel și cupru. Aceste pierderi sunt acoperite de energie R 0 intrand in transformator din retea.

Unde eu 0a – valoarea efectivă a componentei active a curentului în gol.

În consecință, curentul fără sarcină al unui transformator real are două componente: magnetizare - , care creează fluxul principal Fși în fază cu ea și activă:

Diagrama vectorială a unui transformator real este prezentată în Fig. 2.9.

De obicei, prin urmare, această componentă are un efect redus asupra valorii curentului fără sarcină, dar are un efect mai mare asupra formei curbei curentului și fazei acesteia. Curba curentului fără sarcină este clar nesinusoidală și este deplasată în timp în raport cu curba fluxului printr-un unghi numit unghi de întârziere magnetică

Prin înlocuirea curbei actuale a curentului fără sarcină cu o sinusoidă echivalentă, ecuația tensiunii poate fi scrisă într-o formă complexă, unde toate mărimile variază sinusoidal:

Având în vedere că EMF de scurgere,

Orez. 2.9. Diagrama vectorială a unui transformator real

Orez. 2.11. Diagrama vectorială a tensiunilor transformatorului, modul fără sarcină

Conținutul articolului

TRANSFORMATOR ELECTRIC, un dispozitiv electromagnetic care nu are părți în mișcare și este folosit pentru a transmite energie electrică printr-un câmp magnetic de la un circuit de curent alternativ la altul fără a modifica frecvența. Un transformator își poate crește tensiunea (transformatorul de creștere), scădea (de exemplu, un transformator de instrument) sau poate transfera energie la aceeași tensiune la care a primit-o (transformator de izolare). Transformatoarele au randament ridicat: de la 97% la puteri mici la peste 99% la puteri mari. Au un design destul de robust și un cost relativ scăzut pe unitatea de putere transmisă.

Transformatorul constă dintr-un miez magnetic, care este un set de plăci care sunt de obicei realizate din oțel siliconic (Fig. 1). Există două înfășurări pe circuitul magnetic - primarul P si secundar S. Pentru simplitate, înfășurările sunt afișate pe diferite miezuri magnetice. De fapt, cu acest aranjament de înfășurări, fluxul magnetic alternativ creat de înfășurarea primară în miezul magnetic nu este utilizat suficient de eficient pentru a induce o fem în înfășurarea secundară. În plus, un astfel de transformator ar fi greu de reglat. În practică, înfășurările primare și secundare sunt situate aproape una de alta (Fig. 2).

În fig. 1 alternator A furnizează curent eu 0 tensiune E 1 pe înfășurare primară P. În momentul de față, curentul din conductorul superior are o direcție pozitivă și crește, astfel încât înfășurarea primară creează un flux magnetic F în circuitul magnetic în sensul acelor de ceasornic. Acest flux, care pătrunde în ambele înfășurări, se numește flux de inducție reciprocă; modificarea sa induce forță electromotoare (EMF) atât în ​​înfășurarea primară, cât și în cea secundară. EMF indus în înfășurarea primară este direcționat împotriva curentului de alimentare din acesta și corespunde EMF din spate al motorului electric. FEM indusă în înfășurarea secundară corespunde f.e.m. a generatorului electric și poate fi aplicată sarcinii.

Mărimea EMF indusă în înfășurarea transformatorului este dată de formula E= 4,44 F m fN 10 - 8 V, unde F m – valoarea maximă instantanee a fluxului magnetic F în maxwells, f– frecvența în herți și N– numărul de ture. Deoarece fluxul F m este comun ambelor înfășurări, EMF indus în fiecare dintre ele este proporțional cu numărul de spire din înfășurarea corespunzătoare:

E 2 /E 1 = N 2 /N 1 .

Într-un transformator obișnuit, tensiunile la terminale diferă de femelele electromagnetice induse cu doar câteva procente, astfel încât, pentru cele mai multe scopuri practice, tensiunile specificate sunt de fapt proporționale cu numărul corespunzător de spire, V 2 /V 1 = N 2 /N 1 .

Actual eu 0 în absența sarcinii (curent fără sarcină) creează un flux magnetic F și, împreună cu tensiunea aplicată, este o sursă de pierderi în circuitul magnetic datorate histerezisului și curenților turbionari. Pierderi în modul inactiv eu 0 2 Rîn cupru înfăşurarea primară este neglijabilă. Curent fără sarcină eu 0 este de obicei de la 1 la 2% din curentul nominal al transformatorului, deși în transformatoarele de joasă frecvență (25 Hz) poate atinge valori de 5 sau 6%.

Dacă în fig. 1 comutator X Circuitul secundar este închis și curent curge în el. Conform regulii lui Lenz, direcția curentului în înfășurarea secundară este astfel încât se opune fluxului F . Când acest flux scade, EMF spate E 1 Înfășurarea primară scade și ea, iar curentul din ea devine mai mare, asigurând transferul de putere, care este apoi îndepărtat din înfășurarea secundară. Spate EMF E 1 diferit de tensiunea aplicată V 1 cu doar 1–2%. Voltaj V 1 în mod constant. Dacă E 1 este constant, atunci fluxul de inducție reciprocă F este, de asemenea, constantă și, prin urmare, forța magnetomotoare (numărul de spire de amperi) care acționează asupra circuitului magnetic este constantă. Astfel, creșterea MMF a înfășurării secundare atunci când se aplică o sarcină trebuie echilibrată de valoarea opusă a MMF a înfășurării primare. Curentul fără sarcină este mic în comparație cu curenții de sarcină și de obicei este semnificativ defazat cu aceștia. Neglijând-o, avem

N 2 eu 2 = N 1 eu 1 și eu 2 /eu 1 = N 1 /N 2 .

Astfel, într-un transformator, curenții sunt aproape invers proporționali cu numărul de spire din înfășurările corespunzătoare.

Dependența tensiunii de sarcină.

În fig. Figura 2 prezintă o secțiune transversală a unui braț al transformatorului cu înfășurări primare și secundare conectate PȘi S, iar primarul acoperă secundarul. Aproape întotdeauna există o parte din fluxul F creat de curentul primar, care este închis numai pe înfășurarea primară P; acesta este fluxul de scurgere primar. În mod similar, există un flux de scurgere secundar. Ambele fluxuri creează o reactanță de scurgere în circuitele corespunzătoare, care, în combinație cu rezistența activă, reduce tensiunea la bornele înfășurării secundare cu sarcina pornită. În fig. a 3-a valoare V 1 reprezintă tensiunea la bornele înfășurării primare și eu 1 – curent în ea, întârziat în raport cu V 1 per q grade. Voltaj eu 1 R 01 (în fază cu eu 1) si tensiune eu 1 X 01 (deplasat în raport cu eu 1 la 90° și înaintarea lui) se însumează vectorial cu V 1, dând E 1 . Ca rezultat avem

Curentul de conducere este luat cu semnul minus. Dacă factorul de putere este 1, atunci cos q = 1 și păcatul q= 0. În acest caz, modificarea relativă a tensiunii pe înfășurarea primară a transformatorului atunci când sarcina trece de la modul optim la modul fără sarcină este determinată de relația

Pentru înfășurarea secundară avem R 02 = R 01 (N 2 /N 1) 2 și X 02 = X 01 (N 2 /N 12 . Scriind similar cu ecuația anterioară pentru E 2, obținem același raport. Pierderile la rezistența activă și de reactanță a transformatorului variază de la unu la trei procente din tensiunea terminalului (sunt prezentate la scară mărită în Fig. 3).

Eficiența de conversie a transformatoarelor este atât de aproape de unitate încât măsurătorile directe la intrare și la ieșire sunt insuficient de precise. O metodă mai precisă pentru determinarea eficienței este măsurarea pierderilor P cîntr-un circuit magnetic prin măsurarea puterii uneia dintre înfășurări fără sarcină, când această înfășurare funcționează la tensiunea nominală. Apoi eficiența ( h) se poate obține din formulă

Autotransformatoare.

Un autotransformator este un transformator în care o parte a înfășurării este comună atât pentru circuitul primar, cât și pentru cel secundar. Cu un raport de transformare scăzut, autotransformatorul oferă economii semnificative de costuri și o eficiență crescută în comparație cu un transformator convențional cu două înfășurări.

În fig. 4, A prezintă un autotransformator cu un raport de transformare de 2. Se presupune că factorul de putere este 1, iar pierderile și curentul fără sarcină sunt neglijabile. Înfășurare continuă ac pe miezul magnetic al transformatorului poate fi distribuită între mai multe bobine de pe umerii opuși ai circuitului magnetic. Pentru a obține un raport de transformare de 2, se face un robinet b de la mijlocul înfăşurării ac, iar sarcina înfășurării secundare este conectată între puncte bȘi c. Pentru bobinaj de conversie a puterii ab este primară şi bc– secundar. Să presupunem că curentul de sarcină eu este de 20 A la 50 V. Un curent de 10 A curge din A La b iar de aici la sarcină dd ў . Putere generată de un curent de 10 A cu o cădere de tensiune de 50 V în zonă aw, este de 500 W; această putere induce un câmp magnetic în circuitul magnetic, care se manifestă într-un curent indus eu 2 = 10 A la 50 V între cȘi b. Astfel, dintr-o putere totală de 1000 W la sarcină, 500 W se transmit de la A La b prin fire fără transformare și 500 W - ca urmare a transformării. Într-un transformator convențional cu două înfășurări, ar fi necesară mai mult decât o înfășurare ac evaluat la 100 V și 10 A, dar și o înfășurare secundară evaluată la 50 V și 20 A și care conține aceeași cantitate de cupru. Mai mult, cu o singură înfășurare, este nevoie de mai puțin fier pentru circuitul magnetic (miez). În consecință, un autotransformator cu un raport de transformare de 2 sau 1/2 necesită jumătate din material decât un transformator cu două înfășurări, iar pierderile sunt reduse cu aproximativ jumătate.

În fig. 4, b prezintă un autotransformator cu o înfășurare primară de 100 V și un raport de transformare de 4/3. Sarcina înfășurării secundare este de 20 A la 75 V, ceea ce corespunde unei puteri de ieșire de 1500 W. Prin urmare, curentul primar trebuie să fie de 15 A. Apăsați b făcută într-un punct corespunzător la trei sferturi din numărul de spire din c La A. Un curent de 15 A curge din A La b iar de aici la sarcină dd ў . Acest curent cu o cădere de tensiune de 25 V pe suprafață ab dă 15ґ 25 = 375 W câmpului magnetic, care induce un curent între cȘi b 5 A la 75 V, deci doar 375 W sunt transformați, iar restul de 1125 W de putere este transferat de la circuitul de 100 V la 75 V prin fire. Astfel, pentru a transforma întreaga putere dată, doar un sfert din valoarea puterii pe care ar trebui să o aibă transformatorul corespunzător cu două înfăşurări este suficientă pentru transformatorul specificat.

Autotransformatoarele sunt de obicei folosite pentru a regla tensiunea secundară și a transforma cu rapoarte mici, cum ar fi 2 sau 1/2. De asemenea, sunt utilizate pentru demaroare de motoare, bobine de egalizare și pentru multe alte scopuri care necesită rapoarte de transformare scăzute.