Шпаргалка по дисциплине "Трасформаторы"

Недостатки:

1. сложность конструкции звена обеспечивающего передачу несоосного вращения на вал машины, требуются механизмы типа кардана;
2. вибрации и шум, вызванные действием центробежных и аксиальных сил из-за несоосных вращений больших масс;
3. сравнительно небольшой срок службы вследствие износа катков.

1 – корпус;

2 – стальной каток статора;

3 – ферромагнитное кольцо статора;

4 – тороидальная катушка, питаемая  постоянным током и создающая  униполярное магнитное поле;

5 – статор с обмоткой, создающий  вращающееся магнитное поле;

6 – стальной каток ротора;

7 – магнитопровод необходимый для замыкания униполярного потока;

8 – сердечник ротора без обмотки. 

 

38.Двигатели с волновым ротором.

1 – корпус;

2 – статор с обмоткой, создающий  вращающее магнитное поле;

3 – жесткий зубчатый венец  статора;

4 – гибкий зубчатый венец  ротора;

5 – ротор, выполненный в виде  тонкостенного стакана;

6 – эластичный магнитопровод  ротора.

Волновые двигатели представляет собой конструктивное объединение электрической машины и волновой передачи. Отличие данных двигателей является наличие гибкого деформирующего в радиальном направлении ротора.

При отсутствии питания ротор имеет правильную цилиндрическую форму. Его зубчатый венец не сцепляется с рогатыми венцами статора. При подаче питания на обмотки статора возникает вращающееся магнитное поле, в котором на магнитопровод ротора действуют силы магнитного притяжения. Ротор деформируется и его зубчатый венец входит в зацепление с венцом статора. Количество точек зацепления равно количеству полюсов машины. Точки зацепления бегут с синхронной скоростью и гибкий венец катится по поверхности жесткого при этом он вместе с ротором медленно поворачивается в сторону противоположную вращению поля. Скорость ротора равна

,

где , – число зубцов гибкого и жесткого венцов.

Достоинства волновых двигателей:

1. большие вращающие моменты при относительно малой массе;
2. высокие значения момента самоторможения и практически отсутствие выбега;
3. способность к частым пускам и реверсам.

Недостатки волновых двигателей:

Сложность конструкции и технологии изготовления эластичного ротора.

 

3.Трансформаторы малой мощности. Микротрансформаторы.

Трансформаторы малой мощности и Микротрансформаторы бывают стержневыми, броневыми и тороидальными.

Трансформаторы стержневого типа выполняют как с одной, так и с двумя катушками. Броневые трансформаторы имеют более низкую стоимость по сравнению со стержневыми из-за меньшего числа катушек, а также упрощения в сборке и изготовлении.

Тороидальные трансформаторы имеют небольшой ток холостого хода, так как в их магнитной системе отсутствуют воздушные зазоры, что значительно уменьшает магнитное сопротивление магнитопровода.

В трансформаторе малой мощности магнитопровод собирают из штампованных пластин П, Ш, О – образной формы.

Сборку пластин «в стык» применяют при необходимости введения в магнитопровод воздушного зазора. В этом случае в месте стыка устанавливают изоляционные прокладки. Большое распространение получили магнитопроводы из узкой ленты электротехнической стали или из специальных сплавов железоникелевых сплавов типа пермолой.

Основным преимуществом таких трансформаторов перед шихтованными является лучшее использование ферромагнитного материала, благодаря ориентации магнитного потока в направлении прокатки стали или пермолоя, в результате чего появляется более высокое сопротивление вихревым токам, что обуславливает уменьшения потерь мощности особенно при повышенных частотах.

Обмотки.

В трансформаторах малой мощности используют однослойные и многослойные обмотки из крупного провода с эмалевой или хлопчатобумажной изоляцией. В микротрансформаторах часто обмотки выполняют из алюминиевой фольги толщиной 20 – 30 мкм. Изоляцией служит окисная пленка фольги, которая обладает достаточно теплоемкостью и теплопроводностью, чтобы выдерживать напряжение до 100 В

Охлаждение трансформаторов малой мощности выполняют как правило с естественным воздушным охлаждением. В некоторых случаях их помещают в корпус, залитый термореактивным компаундами выполненными на основе эпоксидных смол. Такие компаунды обладают высокими изоляционными и влагозащитными свойствами. После затвердения они не расплавляются при повышенной температуре и обеспечивают надежную защиту от механической и атмосферных воздействий

В связи с увеличенными электромагнитными нагрузками (плотность тока в обмотках) КПД трансформаторов малой мощности существенно меньше, чем мощных трансформаторов. Для трансформаторов с мощностью меньше 50 Вт КПД составляет 0,6 – 0,8.

 

41.Электродинамические преобразователи.

 

Принцип действия электрических ЭМП основан на взаимодействии магнитного потока, возникающего при поступлении управляющего сигнала в обмотки управления, с постоянными магнитами или с помощью катушек возбуждения. Рассмотрим одну из возможных схем ЭМП такого типа (рис. 1). При отсутствии управляющего сигнала ток в обмотке подмагничивания 2, протекающий за счет электрического сигнала на контактах В и Г, создает в зазоре радиальные постоянные магнитные потоки ФП. При подаче через контакты А и Б управляющего сигнала на обмотку управления 4 возникает магнитный поток управления, который, взаимодействуя с радиальными потоками ФП, создает осевое усилие деформирующее плоские пружины 1 и 5.

В результате этого взаимодействия выходное звено 6 (якорь) ЭМП перемещается в осевом направлении на определенную величину XЯ, пропорциональную управляющему току. При смене знака управляющего сигнала перемещение подвижной части ЭМП происходит в противоположную сторону. Сила взаимодействия управляющей обмотки с постоянными магнитным потоком зависит от силы тока в обмотке управления. Применение двух пружин объясняется тем, что пружина 5 служит для центрирования управляющей обмотки в зазоре магнитопровода 3. Эта пружина имеет малую жесткость. Пружина 1 в основном обеспечивает пропорциональную и однозначную зависимость перемещение подвижной части ЭМП от управляющего сигнала. Жесткость этой  пружины намного больше жесткости пружины 5.

Часто вместо обмотки подмагничивания используют постоянные магниты, что позволяет исключить непроизводительное потребление электроэнергии, уменьшить массогабаритные показатели ЭМП,  повысить надежность его работы и исключить проблему отвода теплоты от катушки подмагничивания (рис. 2).

Главной особенностью ЭМП электродинамического типа является отсутствие гистерезиса и линейность основных характеристик; возможность обеспечения (до одного мм) хода якоря. В качестве недостатка можно отметить сложность конструкции, большие размеры и массу (по сравнению с ЭМП электромагнитного типа).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40.Электромагнитные преобразователи.

Работа электромагнитных преобразователей основана на взаимодействие магнитных потоков, из которых один или несколько образуются при подаче управляющего сигнала. Результатом такого взаимодействия является возникновение усилия или момента на подвижной части ЭМП (якоря).

При наличии механической или магнитной пружины это усилие преобразуется в линейное или угловое перемещение якоря пропорциональное управляющему сигналу. Рассмотрим электромагнитный ЭМП поворотного движения с механической пружиной и обмотками поляризации, управляемого постоянным током.

Рис. 1: При отсутствии управляющего сигнала (напряжения на контактах А и Б = 0) на якорь 1 действует сила, создаваемая постоянным поляризованным магнитным потоком ФП, создаваемый обмотками подмагничивания с контактом СД, которая равна по значению (потоки) и противоположна по направлению. Якорь ЭМП находится в среднем положении также под действием центрирующих пружин 2, 3, закрепленных на статоре 4. При подаче напряжения управления возникает поток ФУ, который взаимодействует с постоянным потоком ФП, при этом в одном зазоре, например, II. Эти потоки суммируются, а в зазоре I вычитаются. В результате нарушается равновесия сил, и якорь поворачивается по часовой стрелке на некоторый угол, который определяется соотношением возникшего усилия с жесткостью центрирующих пружин. При увеличении управляющего сигнала растет усилие на якоре и увеличивается угол отклонения. При изменении полярности управляющего сигнала якорь изменит свое вращение на противоположное.

Рис. 2: Электромагнитный ЭМП поворотного движения состоит из Ш-образного магнитопровода 1 (статора), поворотного якоря 6, обмоток управления 2, 5. Центрирующих пружин 3, 4. При равенстве тока в обмотках 2, 5 магнитного потока Ф1 и Ф2, а также усилия в зазорах I, II будут равны, в результате якорь находится в нейтральном положении. Если, например, в обмотке 2 ток управления будет уменьшаться, а в обмотке 5 одновременно увеличиваться (дифференциальное управление), то поток Ф1 будет уменьшаться, а Ф2 – увеличивается. Равновесие якоря нарушиться и он повернется на некоторый угол определяемый жесткостью пружин и дисбалансом сил.

 

13,16.Асинхронные исполнительные двигатели.

Асинхронный исполнительный двигатель – это двухфазные двигатели с двумя обмотками на статоре, сдвинутыми в пространстве на 90°. Чтобы обмотки создавали вращающее поле, необходимо временной сдвиг токов. В зависимости от способа сдвига токов различают три способа управления исполнительными двигателями:

1. амплитудный;
2. фазовый;
3. амплитудно-фазовый.

При амплитудном управлении на обмотку возбуждения подается напряжения UВ, а на обмотку управления – напряжение UУ переменное по амплитуде и сдвинутое по фазе на 90°.

Управление двигателем осуществляется изменением величины напряжения UУ. Отношение напряжения управления к UВ, приведенному к числу витков обмотки управления, называется эффективным коэффициентом сигнала.

Реверс двигателя осуществляется за счет изменения фазы напряжения управления.

При фазовом управлении на обмотку возбуждения подается напряжение сети, а на обмотку управления постоянное по амплитуде напряжение, величина которого равна приведенному напряжению возбуждения

.

Регулирование частоты вращения осуществляется изменением фазы напряжения управления.

 При  двигатель изменяет направление вращения.

Амплитудно-фазное управление чаще всего реализуется как конденсаторное. На первый взгляд этот способ кажется амплитудным, однако, при изменении амплитуды напряжения управления изменяется частота вращения, изменяется ток возбуждения , а поскольку напряжение возбуждения равно разности напряжения сети и падения напряжения на конденсаторе , то оно изменяется как по величине, так и по фазе

Анализируя сказанное, можно сделать вывод, что не смотря на способы управления, их объединяет общая идея управления: деформация магнитного поля от кругового к эллиптическому до пульсирующего.

Для обеспечения устойчивой работы двигателя во всем диапазоне частот вращения, для расширения зоны регулирования, для устранения самохода асинхронные исполнительные двигатели изготавливают с роторами, имеющими большие активные сопротивления. В результате их критические скольжения всегда больше 1 (кривая 1), у обычных машин Sкр=0,1;0,5 (кривая 2)

Рис. Механические характеристики исполнительных 1 и силовых 2 асинхронных двигателей

Большие сопротивления ротора приводят к увеличению потерь и снижению механической мощности, поэтому асинхронные исполнительные двигатели имеют                      полезную мощность в 2; 3 раза меньше, чем силовые двигатели того же габарита.

 

14.Динамические свойства асинхронных исполнительных двигателей.

Одним из главных требований, предъявляемых к исполнительным двигателям, является требование высокого быстродействия. Быстродействие определяется скоростью протекания электромагнитных и электромеханических процессов, возникающих в двигателе при подаче сигнала управления.

Благодаря большому магнитному сопротивлению ротора, электромагнитная постоянная времени становиться на порядок ниже электромеханической. Поэтому электромагнитной постоянной здесь можно пренебречь, считая, что быстродействие определяется только электромеханической постоянной времени, которую определяют при изменении M при пуске двигателя в холостую

Механические характеристики радиального исполнительного асинхронного двигателя линейны, что позволяет описать их одной формулой

,

где W0, MП – угловая скорость холостого хода и пусковой момент.

Подставив эту формулу в уравнение движения и решив его относительно ω, получим

,

где T – электромеханическая постоянная времени .

При t=TM угловая скорость

,

следовательно, постоянную времени TЭ можно рассматривать как время разгона двигателя до скорости, соответствующей 0,633·ω0.

1. При амплитудном управлении механическая характеристика не параллельна, т.е. пусковой момент пропорционален коэффициенту сигнала

,

где – пусковой момент при круговом поле.

А угловая скорость идеального холостого хода не пропорционально

.

.

Из последней формулы видно, что с уменьшением коэффициента сигнала электромеханическая постоянная времени растет, а следовательно быстродействие исполнительного движения ухудшается.