Автор работы: Пользователь скрыл имя, 30 Апреля 2014 в 23:14, шпаргалка
Работа содержит ответы на вопросы для экзамена по дисциплине "Трасформаторы".
При питании однофазных нагрузок от сети трехфазного тока из-за неравномерности нагрузки отдельных фаз могут возникать значительные искажения симметрии трехфазного напряжения. В этом случае для выравнивания нагрузок фаз применяют специальные схемы включения трансформаторов: схему трехфазно-двухфазного преобразователя и схему включения двух однофазных трансформаторов. В схеме трехфазно-двухфазного преобразователя (рис. 1) используют два однофазных трансформатора с различными коэффициентами трансформации. Трансформатор ТР1 называется базовым и включают между двумя фазами трехфазной сети. ТР2 называется высотным и включается между третьей фазой сети и средней точкой первичной обмотки трансформатора ТР1. При таком включении напряжение UBC и UA0 будут сдвинуты по фазе на угол 90°, на такой же угол будут сдвинуты и вторичные напряжения U1 – U2. Для получения одинаковых по величине вторичных напряжений коэффициент трансформации трансформатора ТР2 должен быть в раз больше, чем трансформатора ТР1. При симметричной нагрузке вторичной цепи токи в первичной цепи будут также симметричными. Если нагрузки Zн1 и Zн2 не равны, то одна из фаз трехфазной сети будет загружена эквивалентной мощностью
При использовании схемы «открытый треугольник» (рис. 2) используются два однофазных трансформатора, которые общей точкой включаются в третью фазу.
4. Импульсные трансформаторы
Основным требованием, предъявляемым к импульсным трансформаторам, является минимальное искажение формы передаваемого сигнала, которое происходит из-за влияния индуктивности рассеяния, емкостных связей между обмотками и витками обмоток и вихревых токов.
В результате вместо идеального прямоугольного импульса получается искаженный импульс (сплошная линия) с передним фронтом – цифра «1» – уменьшенной крутизны, срезом импульса – «2» – и послеимпульсовой хвостовой частью –«3».
Для минимального искажения формы передаваемого импульса трансформатор должен обладать линейными характеристиками и иметь постоянную времени близкую к 0. Линейность характеристик обеспечивают уменьшением индукции в магнитопроводе и применением ферромагнитных материалов с улучшенными магнитными свойствами при высоких частотах. Для уменьшения постоянной времени трансформатора, его обмотки размещают таким образом, чтобы индуктивность рассеяния у них были минимальными. В импульсных трансформаторах часто используют тороидальные сердечники, имеющие малые потоки рассеяния.
2.Трансформаторы для преобразования частоты.
Наиболее распространение получили трансформаторные схемы для удвоения и утроения частоты. В частности, утроение частоты необходима для устранения скачков напряжения при работе с малой нагрузкой. Представленная схема состоит:
Для управления вентилями необходимо иметь импульсы резко заостренной пикообразной формы. Такие импульсы можно получить от синусоидально меняющегося напряжения с помощью пик-трансформаторов. Пик-трансформатор представляет собой обычный двухобмоточный трансформатор с сильнонасыщенным сердечником.
Первичную обмотку подключают к сети переменного тока через большое сопротивление Rдоб или линейное индуктивное сопротивление. При достаточно большом активном сопротивлении по первичной обмотке Пик-трансформатора протекает синусоидальный ток I1, при этом магнитный поток Ф изменяется не по синусоиде, так как он возрастает пропорционально току только при малых его значениях, когда сердечник не насыщен. В результате кривая изменения потока имеет плоскую форму, а во вторичной обмотке индуцируется пикообразное напряжение U2. Пик напряжения возникает в тот момент, когда магнитный поток Ф и ток I1 проходит через нулевое значение и скорость их изменения максимальна.
При включении трансформатора через активное сопротивление пик напряжения образуется в тот момент, когда напряжение U1 и ток I1 совпадают по фазе. При этом напряжение U1 проходит через нулевое значение.
Если требуется, чтобы пик напряжения приходился на максимум напряжения U1, то в цепь первичной обмотки включается индуктивное сопротивление.
ПИК-трансформатор с магнитным шунтом Магнитную систему Пик-трансформаторов часто выполняют с магнитным шунтом рис. 2, который сильно увеличивает потоки рассеивания, а следовательно и индуктивное сопротивление обмоток. В таком трансформаторе первичную обмотку располагают на сравнительно толстом стержне, а вторичную на толстом. При этом магнитный поток Ф1, проходящий через толстый стержень, имеет синусоидальную форму и замыкается в основном через магнитный шунт. Тонкий стержень со вторичной обмоткой будет быстро насыщаться и проходящий через него магнитный поток Ф2 будет иметь плоскую форму. В результате во вторичной обмотке возникает пик напряжения в момент прохождения тока I1 и потока Ф1 через нулевое значение, т.е. при прохождения питающего напряжения U1 через максимум. Изменяя угол сдвига фаз между ними, напряжением U1 и током I1, изменяя включения активных или реактивных сопротивлений можно изменять положение пика напряжения относительно синусоиды напряжения U1.
Универсальными коллекторными двигателями называют двигатели, которые могут работать как от сетей постоянного тока, так и от однофазной сети переменного тока. Его конструкция не имеет принципиальных отличий от конструкции коллекторного двигателя постоянного тока за исключением того, что вся магнитная система: и статор, и ротор выполняются шихтованными, а обмотка возбуждения делается секционированной. Шихтованная конструкция статора и ротора обусловлена тем, что при работе не переменном токе их пронизывают переменные магнитные потоки, вызывая значительные магнитные потери. Секционирование обмотки возбуждения вызваны необходимостью изменения числа обмотки возбуждения с целью сближения рабочих характеристик при работе от сетей постоянного и переменного тока.
УКД может быть выполнен с последовательным, параллельным и независимым возбуждением. В настоящее время УКД выполняют только с последовательным возбуждением.
Рис. Мгновенные значения тока, потока, момента УКД
Рис. Механические характеристики УКД
Обмотка возбуждения делится на две части включаемые с разных сторон якоря, такое включение называют симметрированием обмоток и позволяет уменьшить радиопомехи, создаваемые двигателем.
Работа УКД на постоянном токе ничем не отличается от работы ДПТ последовательного возбуждения. Работа на переменном токе сопровождается рядом особенностей:
Однако УКД довольно широко распространены благодаря следующему:
Гистерезисным двигателем называют двигатель, вращающий момент которого создается за счет явления гистерезиса, при перемагничивании ферромагнитного материала ротора. Статор в гистерезисном двигателе выполняют, как и в других машинах переменного тока. Обмотка статора может быть трехфазной или двухфазной с конденсатором в одной из фаз. Ротор двигателя представляет собой стальной цилиндр, выполненный из магнитотвердого материала, имеющего большую петлю гистерезиса без обмотки.
Устройство гистерезисного двигателя:
1 – кольцо из магнитотвердого материала;
2 – ротор;
3 – вал;
4 – запорное кольцо.
Применение обычной электротехнической стали для изготовления ротора не позволяет получить достаточно большой электромагнитный момент, поэтому используется специальные магнитотвердые сплавы. С целью экономичности достаточно дорогих сплавов роторы в гистерезисных двигателях выполняют сборными в виде массивного или шихтованного кольца, насаженного на стальную или алюминиевую втулку.
В гистерезисном двигателе при синхронной частоте вращения ротор намагничивается под действием магнитного поля статора. При этом из-за явления гистерезиса ось намагничивания отстает от оси вращающего поля статора на некоторый угол гистерезисного сдвига, вследствие чего возникает тангенциальная составляющая сил взаимодействия между полюсами ротора и потоком статора.
Схема, иллюстрирующая возникновение гистерезисного момента
Поскольку для данной машины угол определяется только свойствами материала ротора тангенциальная составляющая и создаваемый им гистерезисный момент MГ не зависят от частоты вращения.
Чем шире петля гистерезиса ферромагнитного материала ротора, тем больше и гистерезисный момент MГ.
При пуске двигателя, когда частота вращения ротора не равна n1, кроме гистерезисного момента возникает также асинхронный момент MАС, возникающий в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с вихревыми токами.
Так как ротор имеет большое активное сопротивление, то зависимость близка к линейной и асинхронный момент будет максимальный при . Результирующий момент
Электромагнитный момент при асинхронном режиме пропорционален потерям в роторе разделенном на скольжение, следовательно, момент MАС зависит от скольжения, а момент MГ не зависит большее значение вращательного момента MРЕЗ достигается при S=1.
Одной из разновидностью гистерезисного двигателя является двигатель с экранированными полюсами.
Устройство гистерезисного двигателя с экранированными полюсами:
1 – статор;
2 – обмотка статора;
3 – экранирующие витки;
4 – ротор
Данный двигатель имеет явнополюсный статор 1 с однофазной катушечной обмоткой 2, на полюсах статора расположены экранирующие короткозамкнутые витки 3, охватывающие половину каждого полюса. Экранирующие витки создают сдвиг по фазе между экранами обмотки, проходящие через экранирующую и неэкранирующую части полюсов. В результате в двигателе создается вращающееся магнитное поле. Ротор 4 состоит из нескольких дисков, выполненных из магнитотвердого материала. Кольцевой обод в дисках позволяет получить асинхронный и гистерезисный моменты. Диаметральная перемычка в роторе обеспечивает возникновение реактивного момента.
При пуске двигателя на ротор действует асинхронный и гистерезисный моменты, по окончанию пуска ротор вращается с синхронной частотой под действием гистерезисного момента. Ротор в данном двигателе вращается в одном направлении: от экранированной части полюса к неэкранированной.
Выпускаются также реверсивные двигатели, у которых каждая половина полюса охватывается катушкой и замыкая ту или иную пару катушек можно изменять направление вращения двигателя.
Достоинством гистерезисного двигателя является: простота конструкции, надежность в работе, малый пусковой ток
,
плавность входа в синхронизм, бесшумность, сравнительно высокий КПД до 60%.
Недостатки: повышенная стоимость из-за значительной стоимости магнитотвердых сплавов и трудности их обработки. Низкий коэффициент мощности ( ) и склонность к качаниям при резких изменениях нагрузки.
Гистерезисные двигатели выпускают на мощность до 2 000 Вт и частоту 50; 400; 500 Гц в трехфазном и двухфазном исполнениях.
В некоторых устройствах (гироскопических и радиолокационных установках, в системах следящего привода и т.д.) применяют однофазный ток повышенной частоты (400 – 30 000 Гц). Синхронные генераторы нормального исполнения не могут быть использованы для получения повышенных частот, так как увеличение частоты
вращения их ротора n2 ограничивается их механической прочностью, а значительное увеличение числа полюсов невозможно по условию размещения обмоток. Поэтому в данном случае для генерирования переменного тока высокой частоты применяют генераторы особой конструкции, основанные на действии зубцовых гармоник. Эти машины называются индукторными.
1 – ротор;
2 – пакет статора;
3 – корпус;
4 – обмотка якоря;
5 – обмотка возбуждения
6 – полюсы статора.
На статоре индукторного генератора расположены обмотки возбуждения и обмотки якоря, в которой индуцируется переменная ЭДС. Обмотка возбуждения питается постоянным током и создается неподвижное относительно статора магнитное поле.
Роторы индукторных генераторов всех типов выполняются без обмоток с большим количеством зубцов. Отсутствие обмотки возбуждения на роторе, а, следовательно, и скользящих контактов существенно повышает надежность генераторов по сравнению с синхронным генератором обычного исполнения.
Зубчатый ротор индукторной машины создает в различных точках воздушного зазора магнитное сопротивление, которое зависит от того, что находится под рассматриваемой точкой зазора – зубец или паз статора.