Слайд 1Лекция 9
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ и АППАРАТЫ
Магнитные цепи.
Трансформаторы
Слайд 2Основные понятия
Магнитное поле, как и электрическое, является одним из видов
материи.
Электромеханическое действие магнитного поля заключается в действии силы на проводник
с током или ферромагнитное тело
Индукционное действие магнитного поля связано с созданием индуктированного э.д.с. в замкнутом контуре при изменении потокосцепления.
Слайд 3Электротехнические устройства,
предназначенные для создания
магнитного поля, задания ему
конфигурации и интенсивности
называются магнитными цепями.
Магнитная цепь состоит из элементов:
1. Магнитопровода, по которому
замыкаются линии магнитного поля
Слайд 42. Элементов возбуждения
магнитного поля (катушки с током, помещенные на
магнитопровод)
i
U
B = Ф•S
Ф- магнитный поток,
S- сечение сердечника
Слайд 5Основные параметры магнитного поля
В
- вектор магнитной индукции [Тл]
Величина магнитной индукции
определяет силу, действующую в данной
точке на движущейся заряд или
на
замкнутый контур.
Слайд 6Напряженность магнитного поля
Магнитное поле изображают в виде
замкнутых линий магнитной
индукции при В = const. (Аналогично силовым линиям электрического поля).
Плотность
этих линий определяется
напряженностью магнитного поля - H [A/M]
B = μB•H
Где μB – магнитная
проницаемость вещества
Слайд 7Законы электромагнитной индукции
1. Если проводник пересекается изменяющимся магнитным полем, то
в нем наводится э.д.с. индукции:
еи = - dФ/dt
Ф – магнитный поток
W –число витков
Ψ - потокосцепление
Слайд 82.Если в замкнутом контуре течет
ток, создающий магнитный поток, пересекающий
этот же контур, то в нем возникает э.д.с. самоиндукции
Т.к.
Слайд 9Правило Ленца
Э.д.с. индукции и самоиндукции стремятся противодействовать причине, их вызывающих.
Это
объясняет наличие знака ( - ) перед их значениями, т.е.
направление этих э.д.с. обратное.
Слайд 10Закон Ампера
На каждый проводник с током,
помещенным в магнитное поле,
действует
сила, пропорциональная
току, длине проводника и индукции
магнитного поля
Где α
– угол между I и В
Слайд 11Магнитные свойства вещества
Все вещества на земле намагничиваются и делятся на
диамагнетики и парамагнетики
Диамагнетики – ослабляют внешне МП, что связано с
равновесием магнитных моментов атомов вещества (фосфор, сера, золото, серебро, углерод и т.д.)
Парамагнетики – усиливают внешнее МП- у них равновесие магнитных моментов атомов вещества нарушено и они обладают исходным магнитным моментом (кислород, азот, алюминий, платина, железо и т.д.)
Слайд 12Величина, показывающая во
сколько раз индукция результирующего поля в
магнетике
(В/) больше или
меньше индукции внешнего
магнитного поля(В), называется
относительной
магнитной
проницаемостью вещества
Слайд 13μ – безразмерная величина, характеризующая магнитные свойства вещества (способность намагничиваться)
относительно магнитных свойств вакуума
(μ0 = 2π•10-7 ом•с/м)
μ = 1
–это вакуум, μ ≤ 1- диамагнетик
μ ≥ 1 - парамагнетик
Слайд 14Абсолютная магнитная проницаемость
вещества: μВ =
μ0 •μ
Среди парамагнетиков выделяется группа ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (железо, никель, кобальт, их
сплавы и т.д.), которые вызывают резкое увеличение внешнего магнитного поля (μ ≈ 102 – 105)
У ферромагнетиков не сбалансированы магнитные моменты не только у атомов, но и у крупных областей вещества (домены).
Слайд 15В исходном состоянии без приложения
внешнего магнитного поля
ферромагнетик не
намагничен (магнитные моменты расположены хаотично).
При приложении к такому веществу
магнитного
поля магнитные моменты
выстраиваются по направлению поля,
усиливая его. Этот процесс требует
времени и энергии.
Слайд 16График намагничивания и размагничивания (гистерезис)
•
•
•
•
•
+в/
-В/
H=B/μ0
-H
-Bocт
+Вост
Hнас
-Hнас
В/ нас
-В/ нас
а
в
0
Слайд 17Зависимость намагничивания
и размагничивания материала в магнитном поле называется ПЕТЛЕЙ
ГИСТЕРЕЗИСА
Ширина петли (аб) – коэрцитивная сила, которая указывает на способность
материала намагничиваться.
Различают:
магнитомягкие и магнитожесткие материалы
Слайд 18Потери энергии на перемагничивание
материала называются потерями на гистерезис.
Ферромагнетики
теряют свои свойства
при определенной температуре.
Это точка Кюри.
Fr – 7700C
Ni
– 3600C
Слайд 19Трансформаторы – это
статические электромагнитные устройства, имеющие 2е или более
индуктивно связанные обмотки и предназначены для преобразования энергии одного напряжения
в энергию другого напряжения.
Слайд 20Конструктивное устройство
трансформатора
Слайд 25Принцип действия
Ф1
u1
Ф2
i1
i2
e1
e2
Z2
u2
Ф01
Ф02
Слайд 26Названия
Первичная обмотка – присоединена к источнику питания.
Вторичная обмотка – присоединена
к
нагрузке.
По уровню напряжения обмотки различают: высшая, низшая
Между обмотками нет
гальванической связи. Энергия передается магнитным полем (магнитным потоком)
Слайд 27Условная схема работы
трансформатора
U1
i1
Ф
Е1и Е2
U2
i2
W1 и W2 – число витков
в первичной
и вторичной обмотках
Слайд 28Уравнения напряжения тр-ра
Пусть Ф = Фmaxsin ωt
Учитывая, что
cosωt = - sin(ωt – π/2)
Слайд 29По аналогии:
Э.Д.С. е1 и е2 отстают по фазе от Ф
на угол π/2
Е1max = ωW1Фm
При
и ω = 2πf
Амплитуда
Слайд 30Получим действующее значение Э.Д.С.
или
Это трансформаторное
э.д.с.
По аналогии
Слайд 31Отношение э.д.с. обмотки высшего напряжения к э.д.с. обмотки низшего напряжения
называется коэффициентом трансформации
n12 = E1 / E2 = W1 /
W2
Учитывая, что Р1 ≈ Р2 или U1HI1H≈ U2HI2H
n12 ≈ U1H/ U2H ≈ I2H / I1H
Слайд 32Потоки рассеяния в тр-рах
Токи I1 и I2 в обмотках тр-ра
дополнительно создают потоки рассеяния Ф01 и Ф02, каждый из которых
сцеплен только со своей обмоткой и индуцирует в ней соответствующие э.д.с. рассеяния:
е01= -L01(di1 /dt), е02= -L02(di2 /dt)
L01 и L02 – индуктивности рассеяния
обмоток
Слайд 33Потоки рассеяния в основном
замыкаются по воздуху, маслу, меди, магнитная
проницаемость которых постоянна, соответственно:
L01 и L02 = const
Тогда действующие э.д.с.
рассеяния:
E01 = -j I1X1
E 02 = -j I2X2
X1= ω L01
X2 = ω L02
Слайд 34Таким образом, в каждой обмотке
трансформатора индуцируется по 2е э.д.с.:
от основного потока Ф и от потоков рассеяния Ф01 и
Ф02
Для первичной цепи тр-ра, включенной
на U1, с учетом падения напряжения на
активном сопротивлении R1, можно
записать баланс напряжений:
U1 + E1 + E01 = I1R1
или
Слайд 35U1 = - E1 + jX1I1 + R1I1
или
U1 = -E1
+ I1(R1 + jX1)
или
U1 = - E1 + I1Z1
баланс напряжений в первичной обмотке:
Z1 – мала по величине, то U1≈ -E1
Слайд 36Для вторичной обмотки (без вывода)
можно записать:
E2 + E02 =
I2R2 + I2ZH
U2 = I2ZH
U2 = E2 – j
I2X2 – I2R2
U2 = E2 – I2Z2 = I2ZH
Баланс напряжений на вторичной
обмотке:
Z2 – мало, то U2 ≈ E2
Слайд 37Опытное определение параметров однофазного трансформатора
Опыт холостого хода
Слайд 38Из опыта XX можно найти
1. Параметры ветви намагничивания:
Слайд 392. Потери в стали
Рмагн=Рх
3. Коэффициент трансформации
4. Коэффициент мощности
при ХХ
Слайд 41Из опыта КЗ можно найти
Мощность потерь при КЗ и Iном
РК = R1I21ном + R2I22ном
Параметры вторичной ветви
схемы замещения:
RK=PK/I21ном
ZK
= U1K/I1ном
3. Коэффициент мощности при КЗ
Слайд 42 Потери мощности и КПД ТР-РА
Энергетическая диаграмма трансформатора
Слайд 44КПД определяют по формуле:
Оптимальный коэффициент нагрузки :
Обычно РХ /
РК ≈ 0.35 – 0.5
β опт ≈ 0.6 –
0.7
Слайд 45Зависимость магнитных, электрических потерь и КПД от коэффициента нагрузки ТР
тах
при Рмаг=РЭ
Слайд 46Внешняя характеристика тр-ра
Для трансформатора очень важной является его внешняя характеристика,
т.е. U2=f(I2) зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки при фиксированном
напряжении U1 и постоянном коэффициенте мощности приемника cosφ .
Чем больше ток нагрузки I2, тем больше падение напряжения на сопротивлении обмоток трансформатора и, значит, тем меньше напряжение U2 .
Слайд 48Трехфазные трансформаторы
A
B
C
Z
Y
X
Х
Слайд 50Принцип работы трехфазных тр-ров такой же, как и однофазных тр-ров.
При
изготовлении трехфазных трансформаторов на каждый стержень его сердечника навивают по
две обмотки: низкого напряжения, а поверх нее - высокого напряжения. Выводы обмоток принято обозначать в порядке чередования фаз: на стороне высшего напряжения выводы А, В, С – начала обмоток, X, Y, Z – их концы; на стороне низшего напряжения начала а, b, c, концы – x, y, z.
Эти выводы можно соединять по различным схемам ( в этом особенность 3х фазных трансформаторах)
Слайд 54Специальные трансформаторы
К специальным трансформаторам относятся: автотрасформаторы, измерительные трансформаторы, сварочные трансформаторы
и т.д.
Автотрансформаторы предназначены для регулирования напряжения в сетях
Измерительные трансформаторы служат
для включение в сеть измерительных приборов, элементов автоматики и т.д.
Сварочные трансформаторы используются в технологиях соединения или разъединения металлов и др.
Слайд 55Автотрансформатор
U1
I1
I2
RH
I3
W1
W2
Первичная и вторичная
обмотки гальванически
связаны.
I3 = I1- I2
n =
W1/ W2 ≈ I2/ I1≈ U1/ U2
U2
Слайд 56Трансформатор тока
Л1
Л2
U1
U2
Это повышающий
тр-р, работающий
в режиме КЗ
n= I1 /I2
I1=
nI2
I2 ≤ 5 A
Слайд 57Трансформатор напряжения
Это понижающий тр-р,
работающий в режиме
близком к ХХ.
U1/U2 =
n
U1= nU2
U2 ≤ 100 B
Слайд 58Сварочный трансформатор
δ
U1
U2
Др
UДр
i2min
i2max
UДр
U20
U2
i2
δmin
δmax
![Основные параметры магнитного поляВ- вектор магнитной индукции [Тл]Величина магнитной индукции определяет силу, действующую в данной точке на](/img/thumbs/38fde2b10ea3d5b500bc1a460de5bdf4-800x.jpg "Лекция 9 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ и АППАРАТЫ Основные параметры магнитного поляВ- вектор магнитной индукции [Тл]Величина магнитной индукции определяет")
