Слайд 1ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Луценко Владимир Никифорович
Ст. преподаватель
Для студентов неэлектротехнических специальностей
Один семестр
ЗАЧЁТ
Слайд 2ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Библиографический список
Основной:
1. Электротехника. Под. ред. В. С. Пантюшина- М.:
Высшая школа, 1976.
2. Электротехника. А. С. Касаткин, М. В.
Немцов – М.:Академия, 2005, (2003).
Дополнительный:
Основы промышленной электроники. Под. Ред. В. Г. Герасимова – М.: Высшая школа, 1978.
Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника.- М.: Высш.шк., 1991.
Слайд 3Основы электрооборудования
Введение
Электрооборудование – комплекс электрических устройств для получения, распределения и
использования электроэнергии.
Состав э.о. – трансформаторы, эл. машины,
электронные приборы, выпрямители и множество пусковой и распределительной аппаратуры
Трансформаторы
Трансформатором называется статический
электромагнитный аппарат,предназначенный
для
преобразования переменного тока одного
напряжения в переменный ток другого напряжения при той же частоте.
По конструкции и применению трансформаторы разделяют на силовые, сварочные, измерительные, специальные
Слайд 5Историческая справка
1876 г.- П. Я. Яблочков изобрёл трансформатор с разомкнутым
магнитопроводом и применил для питания электрической свечи.
1885 г.- венгры М.
Дери, О. Бладт, К Ципер-
новский разработали однофазные трансфор-
маторы для промышленности.
1889г.- 91г.– М.О.Доливо –Добровольский,
Н.Тесла разработали трёхфазные трансфор-
маторы.
По конструкции и применению трансформаторы разделяют на силовые, сварочные,
измерительные, специальные.
Слайд 6Принцип действия однофазного трансформатора
Слайд 7Принцип действия однофазного трансформатора
Принцип работы в режиме холостого хода
Вторичная обмотка
разомкнута. В первичной синусоидальное напряжение U1 и I1x – ток
х. х.
МДС F1= I1xW1 вызывает поток Ф и в обмотках
индуктируется ЭДС е1 и е2 Действующие значе-
ния ЭДС пропорциональны числам витков:.
E1 = 4,44fW1Фm;
E2 = 4,44fW2Фm.
Слайд 8Коэффициент трансформации
.
Отношение Э.Д.С., равное отношению чисел витков наз.коэффициентом трансформации трансформатора
: Е1 /Е2 = w1 /w2 = n.
При Е1 < Е2, - трансформатор повышающий, при Е1 > Е2 - трансформатор понижающий.
Так как при холостом ходе E1≈ U1, а E2= U2, то для понижающего трансформатора U1> U2, n = U1ном./U2 ном.= W1/W2, для повышающего трансформатора U2>U1,
Слайд 9Коэффициент трансформации З А Д А Ч А 1.
Задача № 1.1 Д а н о: номинальная мощность
трансформатор S1ном= 3кВ*А,
напряжение питающей сети U1ном= 127 В, вторичное напряжение при холостом ходе U20= 60 В, число витков вторичной обмотки w2 = 40.
О п р е д е л и т ь: коэффициент трансформации n, число витков первитчной обмотки трансформатора w1, номинальные токи в обмотках трансформатора I1ном. и I2ном
Ответ: n = 2,11; w = 84,4; I1НОМ= 23,6 А; I2НОМ= 50 А.
Слайд 11Уравнение электрического состояния трансформатора
Режим холостого хода
Часть потока Ф1d- поток рассеяния.
Он наводит
в витках e1d– ЭДС рассеяния, в расчётах их представим
как u1d падение напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния x1d= ωL1d , где L1d=Ψ1d/i1x, Ψ1d- потокосцепление рассеяния первичной обмотки u1d= L1ddi1x/dt или в комплексной форме U1d= jX1dI1x.
Слайд 12Уравнение электрического состояния для первичной обмотки трансфор-а.
По второму закону Кирхгофа,
для контура первичной обмотки: u1= -e1 + R1i1x+ L1ddi1x/dt
u1= - e1+ R1i1x+ u1d.
Где u1d= L1ddi1x/dt – падение напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния.
В комплексной форме U1d = jX1dI1x,
U1= - E1+ R1I1X + jX1dI1X Этому уравнению соответствует векторная диаграмма.
Слайд 13Векторная диаграмма трансформатора в режиме холостого хода
Слайд 14Построение векторной диаграммы при холостом ходе трансфрматора
Откладываем вектор Ф=ФmSin ωt, I0- опережает Ф на угол потерь δ. ЭДС Е1 и Е2- отстают от Ф на π/2.
Ток хол. хода , где IP – является намагничивающим током, Ia – определяется потерями в стали магнитопровода, φ0 – сдвиг фаз близок к 900.
Ток х.х. очень мал. Поэтому можно принять
На диаграмме вектор U1, равный и противоположный вектору Е1
Слайд 16Уравнения для первичной обмотки:
e1 = - u1+ R1i1+ L1ddi1/dt,
u1= - e1+R1i1+u1d, или в комплексном виде : U1= - E1+R1I1+jX1dI1, где
R1 + jX1d = Z1
Для вторичной цепи: e2=u2- R2i2- u2d, где
u2d=L2ddi2/dt – падение напряжения на сопротивлении рассеяния. В комплексной форме
U2=E2+ R2I2+ jX2dI2 , где
R2 + jx2 = Z2
Рабочий режим трансформатора
Слайд 17Уравнение магнитодвижущих сил
МДС для мгновенных значений:
i1w1 - i2w2=
F1 – F2 = F.
В режимах от х.х. до номинального
поток Ф не изменяется при неизменном U1, поэтому:
i1w1 - i2w2 = i1xw1 или I1w1 + I2w2 = I1Xw1.
Разделив на w1 получим I1 – I2w2/w1 = I1X.
Обозначив I2w2/w1 = I2’; I1 – I2’ = I1x или
I1X + I2’ = I1
I1X – определяет основной магнитный поток Ф;
I2’–компенсирует размагничивающее действие тока I2. Пренебрегая I1X имеем I1/I2 =W2/W1 или
с индексами В и Н, IBH/IHH = WHH/WBH
Слайд 18Последовательность построения диаграммы
Строим вектор I2’ в произвольном направлении.
Вектор U2’ опережает
I2’ на угол φ2.
Строим E2’= U2’ + R2’I2’
+ jX2dI2’.
Строим I1 = I2’ + I1x, где
I1x – опережает вектор Ф на угол потерь δ.
Вектор напряжения первичной обмотки строим
по уравнению электрического состояния
U1 = E1 + R1I1 + jX1dI1.
Слайд 19Векторная диаграмма приведенного трансформатора
Слайд 20Рабочий режим трансформатора
задача 3.
Задача 1.5 О п
р е д е л и т ь ток I1
в линии, если амперметр , включенный в цепь вторичной обмотки трансформатора тока, показывает I2= 4A, а номинальные первичный и вторичный токи трансформатора тока I1ном= 50А, I2ном= 5А.
Ответ: I1= 40A.
Слайд 21Рабочий режим трансформатора Задача № 4
Д а н о: частота
питающей сети f = 50Гц, число витков обмоток трансформатора w1=250
и w2=1250, площадь поперечного сечения магнитопровода S = 4 см2, амплитудное значение магнитной индукции Bm= 1Тл.
О п р е д е л и т ь: коэффициент трансформации трансформатора n и действующие значения ЭДС обмоток однофазного трансформатора Е1 и Е2.
Слайд 22
Примем W2’=W1=nW2 тогда E2’=E1=nE2; U2’=U1=nU2 ;
I2’=I2W2/W1=I2/n;
R2’=R2(I2/I2’)2=n2R2 ;
аналогично
X2’=n2X2.
С учётом указанных соотношений система уравнений имеет вид:
U1=E1+ R1I1+
jX1I1,
E2’=E1=U2’+ R2’I2’+ jX2’I2’,
I1X=I1- I2’.
Приведение параметров вторичной
обмотки к числу витков первичной обмотки
Слайд 23Схема замещения приведенного трансформатора
Слайд 24Приведенный трансформатор математически описывается уравнениями электрического состояния: U1 = E1
+ R1I1 + jX1dI1
U2’= E2’- R2’I2’- jX2dI2’
I1 = I1X+ I2’.
При токе I1X , мощность потерь в сопротивлении ветви холостого хода R0 , эквивалентна потерям в магнитопроводе, т.е. R0I21X= DP
Комплексное сопротивление ветви холостого хода Z0 = R0 + Jx0.
Падение напряжения на ветви холостого хода при токе I1X: U0= I1XZ0= E1 = E2’.
Схема замещения приведенного трансформатора
Слайд 25Упрощённая схема замещения трансформатора
В упрощённой схеме замещения не учитывают ток
холостого хода из-за его малости. Сопротивления короткого замыкания
RK= R1+ R2’
и XK= X1d+ X2d.
Слайд 26ЗАДАЧА № 5
Задача № 1.6 Д а н о:
трёхфазный трансформатор S1ном= 50 кВ*А. Обмотки соединены по схеме «звезда»;
номинальные напряжения обмоток: U1ном= 6 Кв, U2ном= 0,525 Кв, частота питающего напряжения fном= 50 Гц, ток холостого хода I0= 7%I1ном, мощность холостого хода Р0= 0,350 кВт, напряжение к. з. Uk= 5,5%, мощность к. з. Рк= 0,325 кВт. О п р е д е л и т ь параметры упрощённой (Г – образной) схемы замещения (см. рис.) трансформатора.
Слайд 27Потери и КПД трансформатора
Уравнение баланса мощности в цепи с транс-
форматором:
P1= P2+ DP = P2+ DPСТ+ DPM.
P1 – активная мощность,
поступающая из сети.
P2=U2I2cos j2-активная мощность потребителей.
PСТ- мощность потерь в стали.
PM- мощность потерь в проводах обмоток.
P = DPCT+ DPM – суммарная мощность потерь в
трансформаторе.
Слайд 28 КПД трансформатора можно вычислить по
формуле:
Введём понятие
коэффициента нагрузки b = P1/P1.ном=P2/P2.ном Из опытов х.х. и к.з. имеем:
DPст= Px; DPM= RkI12=b2RkI12= b2PK.НОМ. Тогда К.П.Д.
Где Px – показание ваттметра при опыте хол. Хода.
PK.HOM= R1I12HOM= R2.I2.2HOM- показание ваттметра при к.з.
КПД трансформатора
Слайд 29 КПД трансформатора
Задача 6.
Задача
№ 1.7 Д а н о: трёхфазный трансформатор ТМ –
100/6, обмотки включены по схеме «звезда», S1ном= 100 кВ*А, линейные напряжения U1ном= 6 кВ, U2ном= 0,525 кВ, потери холостого хода Р0= 600 Вт, потери короткого замыкания при номинальном токе Рк= 2400 Вт.
О п р е д е л и т ь: коэффициент трансформации n и КПД η трансформатора при номинальной нагрузке (cos φ2 = 0,8).
Слайд 30Коэффициент трансформации З А Д А Ч
А 2.
Задача № 1.3 Д а н о: трёхфазный
трансформатор, число витков первичной обмотки w1= 2002, вторичной w2= 134, номинальное линейное напряжение первичной обмотки U1ном= 6000 В.
О п р е д е л и т ь: коэффициент трансформации n и номинальные действующие значения первичного и вторичного фазных U1ф ном, U2ф ном и линейных U1л ном и U2л ном напряжений, при соединении обмоток соответственно «звезда – звезда» и «звезда – треугольник».
Однофазные трансформаторы
Основная литература: [1],c.258-279, [2],c.
193-210.
Контрольные вопросы:
Назначение трансформаторов. Основные элементы однофазных трансформаторов.Назначение магнитопровода трансформатора.Какие явления положены в основу принципа действия трансформатора.Что такое коэффициент трансформации? Области применения трансформаторов. Потери мощности в однофазных трансформаторах. Цель испытания трансформаторов. Зависимость КПД трансформаторов от коэффициента нагрузки. Схемы лабораторных установок для проведения опытов холостого хода и короткого замыканиятрансформаторов.
Слайд 32Тема 1.2 Трёхфазные и измерительные трансформаторы. Автотрансформаторы
В
трёхфазной цепи применяется группа из трёх
однофазных тр-ов или один трёхфазный.Обмотки
Соединяют
звездой или треугольником. Начала
обмоток обозначаются А,В,С,а,в,с, концы X,Y,Z,x
Y,z. Наиболее распространённые схемы и группы
соединения обмоток трансформаторов:
Y/Y – 12 – звезда-звезда, группа 12;
Y/D – 11 – звезда – треугольник, группа 11;
Y/Y0- 12 – звезда – звезда с нулём, группа 12.
Слайд 33Группа из трёх однофазных трансформаторов
Слайд 34Устройство и особенности трёхфазных трансформаторов
Трёхфазный трёхстержневой трансформатор имеет на каждом
стержне две обмотки. Магнитные потоки в фазах сдвинуты между собой
на 1200 и их сумма равна О, т. е. ФА + ФВ + ФС = О.
Угол сдвига фаз между одноимёнными напряжениями
в первичноё и вторичноё обмотках, определя-
ет группу соединения обмоток и обозначается в
соответствии с направлением часовой и минутной
стрелками часов.
Слайд 37Коэффициент трансформации трёхфазного трансформатора
В трёхфазных трансформаторах различают два коэффициента трансформации.
Фазный nф= U1ф/U2ф= W1/W2 .
Линейный nл= U1Л/U2Л .
В схемах Y/Y и D/D коэффициенты трансформации равны, nл= nф.
Для схемы Y/D, nл= nф / √3
Для схемы D/Y, nл= nф√3
Слайд 38Паспортные данные трансформаторов
В паспорте и на щитке трансформатора указывается:
Полная мощность:Sн
= U1номI1нм= U2номI2ном kBA.
Номинальные напряжения в
режиме х.х: U1ном,U2ном
Мощность потерь в режимах х.х. и к.з.: Px,, Pk ном.
Напряжение к. з. в процентах номинального uk%.
Ток х.х. в процентах номинального I1.x.%.
Схема и группа соединений Y/Y-0, Y/D-11.
Слайд 39Внешние характеристики трансформатора
Для определения эксплуатационных свойств трансформаторов пользуются
Зависимость :
Cos
j1=f(b)
h = f(b)
U2= f(b)
I1= f(b)
DPM=f(b)
DPCT=f(b)
Слайд 40Напряжение короткого замыкания
Из схемы замещения U1K=ZKI1ном
Обычно U1K=(5-8)%U1ном
Активная составляющая
Реактивная
составляющая
Процентное значение
напряжения короткого
замыкания
Слайд 41ЗАДАЧА № 7
Дано: ТМ-25/6, U2НОМ=0,23кВ, Р0=0,13кВт, РК=0,6кВт, UК%=4,5, β=0,5, cosφ2=1,
Т1=103ч/год-время работы трансформатора с полной нагрузкой, Т2=3,5*103ч/год – время работы
с нагрузкой, равной 50% (β = 0,5) от номинальной, Т0=1,4*103ч/год – время работы без нагрузки (β = 0). Определить: n, ηном при β = 1 и cosφ2=0.8, I1ном и I2ном, RК, ХК, R1, R2”, X1, X2”, UкR, UкL, U2 при токе нагрузки I2= 2I2ном и cosφ2= 0,7, среднегодовой КПД ηг при активной нагрузке (cosφ2=1).
Слайд 42Измерительные трансформаторы
И.Т.подразделяются на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Они
применяются для расширения пределов измерений, для питания цепей Р.З. и
авто –
матики.
И.Т. изолируют измерительные приборы от цепей высокого напряжения.
Измерительные приборы и цепи Р.З. и А. подключаются ко вторичным обмоткам трансформаторов.
Слайд 43Измерительные трансформаторы напряжения
Они работают в режиме близком к режиму холостого
хода. Номинальный коэффициент трансформации: nu= W1/W2 = U1ном/U2ном.
Из-за падения напряжения
в обмотках трансформатора, действительный коэффициент трансформации отличается от номинального ( паспортного ) и вызывает погрешность измерения.
Фазовый сдвиг между напряжениями U1 и U2 вносит ещё и угловую погрешность.
Слайд 44Типовые схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения
Слайд 45Типовые схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения
Однофазный трансформатор включен на линейное
напряжение.
Два трансформатора включены в открытый треугольник.
Три трансформатора включены в “звезду”.
Разомкнутый
треугольник. ( Фильтр напряжений нулевой последовательности).
Слайд 46Пятистержневой трансформатор
В нормальном режиме:
UA+ UB+ UC= O.
U01-02= O.
При однофазном замыкании.
U01- 02 O
Слайд 47Измерительные трансформаторы тока
Первичная обмотка включается в сеть последовательно. Через неё
протекает весь ток нагрузки или к.з. Коэффициент трансформации т.тока I1/I2
= W2/W1 откуда
I2= W1 / W2 * I1 = nTI1. Справедливо при IX= 0, но так как IX не равно 0, возникает погрешность при определении I1. Сдвиг фаз между I1 и I2 вызывает угловую погрешность.
Т.тока выпускают с I2ном= 5 или 1 А.
Коэффициент трансформации указывается дробью. Например: 600/5 или 600/1.
Где числитель – ток первичный, знаменатель
ток вторичный.
Слайд 48Схемы соединения обмоток трансформаторов тока
Слайд 49Схемы соединения обмоток трансформаторов тока
1. Схема соединения обмоток т.т. в
“звезду.”
2. Схема соединения в неполную “звезду.”
3. Схема соединения в “треугольник”.
5.
Фильтр токов нулевой последовательности.
6. Схема соединения обмоток на разность токов двух фаз.
Слайд 51Автотрансформаторы
Не учитывая падение напряжения в обмотках и пренебрегая током х.х.
n = UВном/ UHном= WB/WH.
В общей части обмотки ток
I12= I2-
I1= I1n – I1 = I1(n-1).
Автотрансформаторы применяются при
1< n < 3.
Слайд 52ЗАДАЧА № 8
Дано: автотрансформатор, U1ном=127 В, при активной нагрузке Rн
cosφ2= 1, I2ном= 4 А, U2ном= 220 В.
Определить:
номинальный ток I1ном
первичной цепи, ток в нагрузке I и
коэффициент
трансформации n, если
КПД ηном= 0,95, а
cosφ1ном= 0,9.
Слайд 53Тема 1.2 Трёхфазные и измерительные трансформаторы. Автотрансформаторы
Основная
литература: [1], c. 285-295. [2], c.218-226. Контрольные вопросы: Способы трансформации
трёхфазного тока. Основные элементы трёхфазных трансформаторов. Назначение измерительных трансформаторов. Особенности устройства измерительного трансформатора тока. Схемы включения измерительных трансформаторов напряжения и тока в электрические цепи. Отличительная особенность автотрансформаторов. Повышающие и понижающие автотрансформаторы с нерегулируемым коэффициентом трансформации. Автотрансформаторы с регулируемым коэффициентом трансформации.
Слайд 54Тема 2. Асинхронные машины
Общие сведения
А.М. называется беcколлекторная машина переменного тока,
у которой в установившемся режиме частота вращения магнитного поля не
равна частоте вращения ротора.
А.М. применяют в основном в качестве электродвигателей. По числу фаз статорной обмотки различают одно-, двух- и трёхфазные двигатели.
Двухфазные двигатели применяют в системах автоматического управления, однофазные – в бытовых машинах и приборах.
Слайд 55Тема 2.1 Устройство, принцип действия и режим работы трёхфазных асинхронных
машин
Слайд 56Асинхронный двигатель.
Устройство
Слайд 57Конструкция статора асинхронной машины
Статор цилиндрической формы состоит из корпуса, сердечника
и обмотки. Корпус стальной, чугунный или алюминиевый. Сердечник из тонких
листов электротех-ой стали на внутренней поверхности имеет пазы для размещения обмотки. Обмотки соединяют звездой или треугольником.
Слайд 58Конструкции ротора асинхронной машины
Ротор состоит из стального вала, сердечника и
обмотки.
Получили распространение два типа обмотки: фазная и короткозамкнутая.
Фазный ротор
имеет трёхфазную обмотку, соединённую звездой. Выводы обмоток соединены с контактными кольцами закреплёнными на валу. Контактные кольца через щётки подключаются к реостату.
Слайд 59Конструкции ротора асинхронной машины
Слайд 60Асинхронная машина с фазным ротором
Слайд 61Вращающееся магнитное поле трёхфазного тока
По графику, в промежуток времени от
0 до t1 ток в фазе А возрастает от 0
до Im с положительным знаком. В фазе В ток отрицательный и к моменту t0 ток в фазе С также имеет отрицательный знак. Фаза токов меняется в момент времени t1.
Слайд 62Вращающееся магнитное поле трёхфазного тока
Слайд 63Вращающееся магнитное поле трёхфазного тока
Обозначив на рис.3.7 положительное направление тока
в фазах (+), а отрицательное (.), то для каждого
момента времени получим картину распределения магнитного поля в момент t0. Ось результирующего магнитного поля расположена горизонтально ( рис. 3.7а ). Момент времени t1 соответствует изменению фазы тока на угол a1 = 600. При частоте тока w = 2pf угол a = wt.
В момент t1 и t2 ось магнитного поля повернётся на углы a2 = wt2 и a3 = wt3 За время равное периоду Т, ось поля совершит полный оборот. Угол поворота составит aT=w T = 2pf1.
Слайд 64Принцип действия асинхронного двигателя
Принцип действия А.Д. основан на взаимодействии вращающегося
магнитного поля статора,с токами индуктированными этим полем в обмотке ротора.
Частота вращения магнитного поля статора: n1 = 60 f1/p. Ротор вращается с меньшей скоростью n < n1 . При этом n = n1 ( 1 – S ).
Где называется скольжением.
Частота тока ротора
Где ns = n1 – n.
Слайд 65З А Д А Ч А
Задача 1А. Трёхфазный
асинхронный электродвигатель с числом пар полюсов р = 1. Частота
питающей сети f1= 50 Гц. Определить синхронную частоту n1 и угловую частоту Ω1 вращения вращающегося магнитного поля.
Слайд 66Режимы работы трёхфазной асинхронной машины. Скольжение
Режим работы асинхронной машины можно
характеризовать скольжением.
Скольжением называется отношение разности n1-n
к n1, т.е.
Где n1- частота вращения поля статора, n- частота вращения ротора при нагрузке.
Слайд 67Режимы работы трёхфазной асинхронной машины. Скольжение
В режиме двигателя ( 0
асинхронная машина преобразует эл. энергию в механическую Ротор вращается медленнее
поля, токи ротора взаимодействуя с полем статора образуют вращающий момент уравновешивающий тормозной момент и нагрузку на валу. В режиме генератора (S<0) ротор вращается с большей частотой, чем поле статора в направлении вращения поля. В режиме электромагнитного тормоза (S>!) ротор вращается противоположно вращению поля. Большая часть энергии рассеивается в обмотках из-за гистерезиса и вихревых токов. Режим осуществляется пртивовключением.
Слайд 68З А Д А Ч А
Задача 2А. Трёхфазный
асинхронный электродвигатель с числом пар
полюсов р = 2. Частота
питающей сети f1= 50 Гц. Номинальное скольжение ротора sном= 0,05. О п р е д е л и т ь: частоту вращения ротора n2ном.
Ответ. n2ном= 1425 об/мин.
Слайд 69Асинхронный двигатель
Теория рабочего процесса
Вращающий момент определяется по формуле: M =
CMФI2SCosy2
Где
- величина постоянная.
R2 , X2S – активное и реактивное сопротивления фазы ротора.
Момент в относительных единицах:
Где MK = KMMHOM – критический момент. KM= 1,7– 3,4– кратность максимального момента SK= R2’/X2’ – критическое скольжение.
Слайд 70Асинхронный двигатель
Теория рабочего процесса
Вращающий момент выраженный через максимальный момент и
критическое скольжение:
Зависимость момента от полезной мощности М(Р2) определяется выражением:
М = 975 Р2/n2, кГм, или М = 9550 Р2/n2,Н*м.
Критический момент: Мкр= КмМном, где Км- кратность максимального момента.
Критическое скольжение: Sк= R’2/X’2.
Слайд 71Теория рабочего процесса.
Саморегулирование вращающего момента при изменении нагрузки
При изменении
нагрузки на валу, автоматически изменяется вращающий момент машины и восстанавливается
нарушенное равновесие момента на валу.
Установившийся режим с постоянной скоростью вращения возможен только при равенстве моментов на валу, т.е. М = МПР МПР – противодействующий момент.
MПР
Слайд 72ЭДС ОБМОТКИ ДВИГАТЕЛЯ.
ЭДС обмотки статора
Вращающийся магнитный поток наводит ЭДС обмоток
статора e1.
Действующее значение ЭДС:
E1= 4,44kоб1W1 f1Фm.
Где kоб1 - обмоточный коэффициент,
W1 - число витков обмотки статора,
kоб1W1 =WЭ - эффективное число витков.
Слайд 73ЭДС обмотки ротора
Для неподвижного ротора E2= 4,44 kОб2W2f1Фm.
В неподвижном роторе частота ЭДС: f2 = f1, т.е.
как и у ЭДС статора. Для вращающегося ротора:E2S= 4,44kОб2W2 f2Фm. Учитывая, что f2=Sf1, получим: E2S= 4,44kОб2W2Sf1Фm= SE2. При скольжении S%= 0,02– 0,08%; E2S=(0,02-0,08)E2. Индуктивные сопротивления: для вращающегося ротора X2S=W2L2=2πf2L2=2πf1SL2,
для неподвижного ротора X2=2πf1L2 , т.е. X2S=SX2.
Слайд 74З А Д А Ч А
Задача 5А. Трёхфазный
асинхронный электродвигатель при неподвижном состоянии и номинальной нагрузке.. Частота
питающей сети f1= 50 Гц. Магнитный поток Фm = 15*105 Мкс. Число витков обмоток статора и ротора: w1 = 200, w2 = 20. Номинальное скольжение ротора sном= 0,05. Определить ЭДС в фазах статора и ротора, Е1, Е2 и частоту тока в роторе f2.
Ответ: Е1= 625 В, Е2 = 63,8 В, ЭДС в обмотке ротора при номинальной нагрузке (т. е. при sном) Е2s = 3,19 В.
Частота тока в роторе при номинальной нагрузке
(при s = sном) f2s = 2,5 Гц., при неподвижном роторе
(т. е. при пуске, s = 1), f2пуск = 50 Гц.
Слайд 75Уравнения электрического состояния асинхронной машины.
Уравнение 2-го закона Кирхгофа для обмотки
статора: U1= E1+ R1I1+ jХ1I1 . Для
вращающегося ротора приведенного к числу витков статора: SE2’=R2’I2’+ jSX2’I2’ ,
или E2’= I2’R2’/S + jX2’I2’ .
Преобразуем , тогда
аналогично ур-ю
для вторичной обмотки трансформатора.
Слайд 76Схема замещения А. Д.
Величина
соответствует сопротивлению
нагрузки ZH. При токе I2’ , мощность на
валу
двигателя Pмех= (I2’)2R2’ .
Если пренебречь IX , то ток потребляемый
двигателем из сети:
I1=I2’=
Слайд 77Механическая характеристика
M(S)
При S= 0 и M= 0, идеальный холостой ход.
При
МНОМ , SНОМ – номинальный режим.
ОН – рабочая часть характери-
стики,
S = 0 – 0,08 и M = const.
НК –участок механической перегрузки.
ОК – участок статической устойчивости.
КП – участок неустойчивой работы.
При S > 1 – тормозной режим.
Слайд 78Механическая характеристика
n(M)
Все точки хар – ки
аналогичны точкам
на характеристике M(S). Характеристика наз. жёсткой, так как в пределах
от идеального х.х. до номинальной нагрузки частота ротора падает не более чем на 10%.
Слайд 79Рабочие характеристики асинхронного двигателя
М(Р2) определяется из М = 9550Р2
/n2 , cos j1(
Р2) определяется
Работа А.Д. при малой нагрузке невыгодна из-за малого значения коэффициента мощности.
Слайд 80Активная мощность и потери
Мощность, потребляемая двигателем из сети
P1 = m1U1I1cosj1 , где
m1 – количество фаз обмотки статора.
Мощность на валу двигателя (полезная) P2=M2w2 Уравнение энергетического баланса: P1=P2+DPЭ1+DPЭ2+DPM1+DPM1+DPM2+DPMEX.
Где DPЭ1,DPЭ2- электрические потери, DPM1 ,DPM2 – магнитные потери в обмотках статора и ротора из-за гистерезиса и вихревых токов, DPMEX.- механи- ческие потери вызваны силами трения.
Потери в эл. машинах обычно изучают по энергетическим диаграммам.
Слайд 81Энергетическая диаграмма
Мощность, потребляемая двигателем из сети P1 , отличается от
мощности на валу двигателя P2 на значение мощности потерь в
двигателе DP, т.е. Р1= Р2 + DP.
Чем меньше потери DP, тем больше КПД двигателя.
Слайд 82КПД двигателя
Это отношение полезной мощности, к потребляемой мощности из сети,
т.е. h = P2/P1.
Обозначим постоянные потери как: DPC= DPM +
DPMEX, а переменные потери DPЭ, то h = P2/(P2+ DPC+ DPЭ ),
КПД двигателя зависит от нагрузки, поэтому в формулу КПД необходимо включить коэффициент загрузки b = P2/PHOM .
Формула КПД аналогична формуле для
трансформатора .
Слайд 83Тема 2.1 Устройство, принцип действия и режим работы трёхфазных асинхронных
машин
Основная литература: [1], c. 413-440, [2], c. 411-441. Контрольные вопросы:
Определение асинхронных машин. Состав (узлы и элементы) асинхронных машин. Классификация асинхронных машин по типу их ротора. Какие явления положены в основу принципа действия асинхронных машин? Способы соединения обмотки статора трёхфазных асинхронных машин. Что такое скольжение трёхфазных асинхронных машин? Механические характеристики трёхфазных асинхронных машин.
Слайд 84Тема 2.2
Пуск и регулирование скорости трёхфазного асинхронного двигателя
Слайд 85Пуск асинхронного двигателя
При пуске ротор двигателя преодолевает момент
нагрузки и момент инерции. Частота вращения растёт от n =
0 до n. Скольжение меняется от SП= 0 до S.
Условия пуска: MП= MС и пусковой ток IП должен быть небольшим.
Возможны различные способы пуска в зависимости от конструкции ротора, мощности двигателя, характера нагрузки.
Слайд 86Прямой пуск.
Непосредственное включение обмотки статора на напряжение сети
В
первый момент S = 1, а пусковой ток:
где I’2П- ток ротора
приведенный к току статора I1П.
По мере разгона скольжение уменьшается кратность K1= IП/ IНОМ= 5 ÷ 7.
Прямой пуск применяется на двигателях до 50 кВт.
Бросок пускового тока может вызвать большое падение напряжения в сети.
Слайд 87Пуск переключением обмотки статора
Применяется для двигателей, работающих нормально при соединении
статора « треуголь-ником». При пуске переключают обмотку на «звезду». При
этом напряжение фазное в меньше линейного, а ток линейный при пуске в 3 раза меньше чем при соединении в «треугольник». Недостаток: пусковой момент уменьшается в 3 раза, т.к. он пропорционален квадрату фазного напряжения.
Слайд 88Пуск двигателя с фазным ротором
Пуск производят ступенчатым переключением пусковых реостатов.
a-e,первая ступень пуска, в е выключается первая
ступень и момент МП скачком увеличивается до b. b-d, вторая ступенью. В точке d момент скачком увеличивается до с и двигатель выходит на естественную характеристику 3 и в точке f устанавливается МНОМ= const.
Недостатки: большие потери в пусковом реостате и высокая стоимость.
Слайд 89Пуск двигателей с улучшенными пусковыми свойствами
Все методы пуска основаны
на повышении сопротивления цепи ротора. Улучшение пусковых свойств достигается использованием
эффекта вытеснения тока в обмотке ротора за счёт специальной конструкции ротора.
Ротор с глубоким пазом. Глубина паза в 10 раз больше ширины. При пуске ток проходит по наружному слою, т.е. по меньшему сечению так как индуктивное сопротивление глубинной части обмотки велико. Происходит «вытеснение» тока в верхнюю часть стержня.
В нормальном режиме частота тока в обмотке ротора мала, процесс «вытеснения» отсутствует, активное сопротивление обмотки уменьшается.
Слайд 90Пуск двигателей с улучшенными пусковыми свойствами. Ротор с двойной «беличьей
клеткой».
Верхняя клетка выполнена из латуни,нижняя – из меди и
имеет большое сечение. В момент пуска ток вытесняется в верхнюю, латунную клетку (пусковую) с большим активным сопротивлением.
В установившемся режиме работает нижняя, рабочая клетка с малым активным сопротивлением. Пусковой момент может увеличиваться в три раза. Пусковой ток в три – четыре раза больше чем номинальный.
Слайд 91Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя
Частота вращения определяется по формуле:
Следовательно,
частоту вращения можно изменять , меняя частоту, скольжение и число
пар полюсов.
Частотное регулирование. Применяются машинные или полупроводниковые преобразователи.
Регулирование изменением числа пар полюсов. Двигатель выполняют с двумя катушками в каждой фазе и переключают на последовательное Р=2 или параллельное Р=1 соединение.
Слайд 92Тема 2.2 Пуск и регулирование скорости трёхфазного асинхронного двигателя
Основная литература:
[1], c. 443-450, [2], c. 443-452. Контрольные вопросы:
1. Способы пуска трёхфазных асинхронных двигателей. 2. Пуск трёхфазного асинхронного двигателя с фазным ротором. 3. Способы регулирования скорости трёхфазных асинхронных двигателей. 4. Способы регулирования частоты вращения магнитного поля статора.+
Слайд 93Тема 2.3
Понятие о работе трёхфазных асинхронных машин в режимах генератора
и электромагнитного тормоза. Одно- и двухфазные асинхронные двигатели. Синхронные машины.
Слайд 94Однофазные асинхронные двигатели
Имеют небольшую мощность 1-600 Вт. Применяют в бытовых
устройствах, автоматике и т.п.
В однофазном двигателе создаётся пульсирующий магнитный поток.
МДС статора и ротора равны и противоположны. Ротор будет вращаться если его крутнуть.
Слайд 95Пуск в ход однофазного асинхронного двигателя
Пусковая обмотка сдвинута в пространстве
на 90о относительно рабочей. Конденсатор С обеспечивает сдвиг между I
и U. После разгона пусковая обмотка отключается.
Конденсатор СР создаёт сдвиг между I и U, для получения вращающегося магнитного поля. Конденсатор СП включают при пуске и при большой нагрузке, когда ёмкости СР недостаточно.
Слайд 96Cинхронные машины
Электрические машины переменного тока, у которых частота вращения ротора
находится в строго постоянном соотношении с частотой электрической сети называются
синхронными.
Синхронные машины обратимы. В качестве генераторов они применяются на большинстве электростанций всех типов.
Синхронные двигатели применяются там, где необходима постоянная частота вращения, а также используются в качестве синхронных компенсаторов.
Слайд 99Принцип работы и ЭДС синхронного генератора
Принцип работы основан на
явлении электромагнитной индукции. При х.х. магнитное поле создаётся только обмоткой
возбуждения ротора ( Рис. а.).
При вращении ротора с постоянной частотой no , магнитное поле ротора наводит в обмотках статора ЭДС e = BlU. Где B – индукция в воздушном зазоре распределяется по синусоидальному закону B = Bm sina. Где a- угол от нейтральной линии.
Слайд 100Принцип работы и ЭДС синхронного генератора (продолжение).
ЭДС в одном проводнике
E= BlU=BmUsina=BmUsina. Обозначив BmU = Em то e = Emsina
т.е. изменяется по синусоидальному закону.
ЭДС отдельных проводников каждой обмотки статора суммируются геометрически. Действующее значение ЭДС одной фазы: E0= 4,44kобfwФ0m,, где kоб – обмоточный коэффициент; f = pn0/60 – частота синусоидальной ЭДС; w - число витков одной фазы; p- число пар полюсов; Ф0m- максимальный магнитный поток полюса ротора; n – синхронная частота вращения ротора. Изменяя ток IB можно регулировать Ф0m и E.
Слайд 101Принцип действия и вращающий момент синхронного двигателя
Принцип действия двигателя основан
на явлении притяжения разноимённых полюсов двух магнитных полей – статора
и ротора.
Если поле статора вращается с частотой n0 , а ротор вращается в том же направлении, то при достижении равных частот произойдёт «сцепление» разноимённых полюсов.
Слайд 102Принцип действия и вращающий момент синхронного двигателя (продолжение).
При идеальном х.х.
(MC=0) оси магнитных полей совпадают рис. а. На полюса действуют
радиальные силы F1 и F2 которые не создают ни вращающегося момента ни момента МС.
Механическая нагрузка на валу создаёт момент сопротивления МС, ось ротора сместится на угол Q и поле статора поведёт за собой м. поле ротора и сам ротор. Тангенциальные составляющие FT сил F создают вращающий момент M=2F1R. В режиме двигателя М = МС.
При увеличении механической нагрузки, угол Q увеличивается и возрастает вращающий момент M = 2F1 R = 2FRsinQ но частота ротора n0 остаётся неизменной.
Слайд 103Тема 2.3 Основная литература: [1],
c. 451-458, [2], c. 452-457.
Контрольные вопросы:
1. Условие перевода трёхфазных асинхронных машин в режим генератора. 2. Условие и способ перевода трёхфазной асинхронной машины в режим электромагнитного тормоза. 3. Отличительные особенности устройства однофазных асинхронных двигателей. 4. Отличие одно- и двухфазных асинхронных двигателей. 5.Определение трёхфазных синхронных машин. 6.Отличительные особенности устройства синхронных машин. 7. Режимы работы синхронных машин и их области применения.
Электронные устройства
Тема 3.1 Компоненты электронных цепей.
Тема 3.2
Усилители электрических сигналов.
Тема 3.3 Логические элементы, триггеры и оптоэлектронные устройства.
Слайд 105Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Классификация полупроводниковых приборов
Полупроводниковыми называют приборы,
работа которых основана на использовании свойств полупроводников. Классификация полупроводниковых приборов
приведена на рисунке 3.1.
Рис. 3.1
Слайд 106Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Классификация полупроводниковых приборов
По функциональному назначению
полупроводниковые приборы разделяют на: 1. Преобразовательные установки
– выпрямители, инверторы, преобразователи тока, напряжения, частоты и др. 2. Усилительные установки – тока, напряжения, частоты и т.д. 3. Импульсные и логические устройства – на их основе создаются различные системы управления.
Слайд 107Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Полупроводниковые резисторы
Рис. 3.2. Классификация и
условные графические обозначения полупроводниковых резисторов
Слайд 108Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Полупроводниковые резисторы
Полупроводниковые резисторы (см. рис.3.2)
Полупроводниковым резистором называют полупроводниковый прибор с двумя выводами, в которых
используется зависимость электрического сопротивления от напряжения, температуры и других управляющих факторов.
Линейный резистор – полупроводниковый резистор, в котором применяется слаболегированный материал типа кремния или арсенида галлия. Его сопротивление практически не изменяется в широком диапазоне напряжений и токов
Слайд 109Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Полупроводниковые резисторы
Варистор полупроводниковый резистор,
сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Варистор состоит из конгломерата
зёрен карбида кремния. (рис. 1.). Зёрна карбида кремния скрепляют глинистой связкой и называют тирит, а скреплённые жидким стеклом, называют вилит.
Слайд 110Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Полупроводниковые резисторы
Электропроводность варистора обеспечивается многими
параллельными цепочками
(контактами между зёрнами). Коэффициент нелинейности для различных типов:
Варикап – конденсатор на основе полупроводников с р – n переходом. В зависимости от приложенного напряжения ёмкость конденсатора изменяется.
Слайд 111Полупроводниковые резисторы
Терморезистор – полупроводниковый резистор в котором используется зависимость электрического
сопротивления п.п. от температуры. Два типа терморезисторов:
1. Термисторы – с увеличением температуры R падает. 2. Пазисторы – с увеличением температуры R растёт. Электрическое сопротивление терморезистора: RI =Keβ/T где К – коэффициент, зависит от конструкции тер – а, β – зависит от концентрации примесей в полупроводнике, Т – абсолютная температура. Температурный коэффициент сопротивления терморезистора:
Тема 3.1 Компоненты электронных цепей.
Слайд 112Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Полупроводниковые резисторы
Тензорезистор – полупроводниковый резистор,
электрическое сопротивление которого зависит от механических деформаций. Материал- кремний с
электропроводностью типа р или п. Номинальное сопротивление Rном= 100 – 500 Ом. Коэффициент тензочувствительности и деформационные характеристики на рис.
Слайд 113Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Полупроводниковые резисторы
Фоторезистор- полупроводниковый резистор, сопротивление
которого зависит от освещённости. Фотопроводимость впервые была обнаружена у селена
в 1873 г. У. Смитом. При освещении ток в цепи с фоторезистором возрастает, при отсутствии освещения протекает темновой ток очень небольшой. Разность тока при наличии и отсутствии освещения называют световым током или фототоком.
Слайд 114Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Полупроводниковые ДИОДЫ
Классификация диодов.
Слайд 115Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Полупроводниковые ДИОДЫ
Диоды выпрямительные применяют для
выпрямления переменного тока. Плоскостные диоды применяют в силовых выпрямителях где
прямой ток до 1000 А. и обратное напряжение до 1500 В. Точечные диоды рассчитаны на небольшой прямой ток и малую межэлектронную ёмкость. Применяются при высоких частотах. Для увеличения Uобр. диоды включают последовательно. Выпускают диодные столбы – от 5 до 50 диодов. Для увеличения прямого тока диоды соединяют параллельно. Стабилитроны (опорные диоды), применяются для стабилизации напряжения.
Слайд 116Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Биполярные транзисторы
Классификация и условные обозначения.
Слайд 117Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Биполярные транзисторы
Биполярным транзистором называют электро
– преобразовательный прибор, состоящий из трёх областей с чередующимися типами
электро -проводности, пригодной для усиления мощности.
Ток в транзисторе определяется движением носителей заряда двух типов: электронов и дырок.
Слайд 118Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Биполярные транзисторы
Четыре режима работы биполярного
транзистора: 1.
активный режим, в котором переход эмиттер – база включён в прямом направлении, а коллектор – база - в обратном; 2. инверсный режим, в котором переход эмиттер – база включён в обратном направлении, а переход коллектор – база - в прямом; 3. режим отсечки, в котором оба перехода включены в обратном направлении; 4. режим насыщения, в котором оба перехода включены в прямом направлении.
Слайд 119Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Полевые транзисторы
Классификация и условные
графические обозначения полевых транзисторов
Слайд 120Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. Полевые транзисторы
Структура (а) и
схема включения полевого транзистора с затвором в виде p –
n –перехода (б).
Слайд 121Тема 3.1 Компоненты электронных цепей. ТИРИСТОРЫ
.
Компоненты электронных цепей
Основная литература: [2], c.
239-253. Дополнительная литература: [1], c. 19-42, 178-183, [2], c. 46-123. Контрольные вопросы: 1. Классификация полупроводниковых приборов: резисторов, диодов, биполярных транзисторов, полевых транзисторов, тиристоров. 2. Графические обозначения полупроводниковых приборов. 3. Свойства и характеристики полупроводниковых приборов: резисторов, диодов, биполярных транзисторов. Полевых транзисторов, тиристоров. 4. Структура и схема однофазных выпрямителей.
Слайд 123Тема 3.2 Усилители электрических сигналов Определение усилителя
Усилитель – устройство,
увеличивающее мощность (напряжение, силу тока) входного сигнала за счёт энергии
внешних источников питания посредством усилительных элементов (полупроводниковых приборов, электронных ламп и др.)
Различают усилители: мощности, напряжения и тока. Усилители постоянного тока fн = 0 Гц. fв = 103 - 108 Усилители низких частот fн = 20 – 50 Гц. fв = 104- 2*104 Усилители высоких частот fн = 104-105 Гц. fв = 107-108 Гц. Широкополосный усилитель fн = 20 – 50 Гц. fв = 107-108 Гц
Слайд 124Тема 3.2 Усилители электрических сигналов Усилители на биполярных транзисторах
Схема
усилительного каскада с общим эмиттером (каскад ОЭ)
+Е – для транзисторов
типа n-p-n, а для усилителей с транзистором типа p-n-p -E.
Уравнение электрического состояния для коллекторной цепи по 2му закону Кирхгофа: EK= UK + RKIK т.е. эта сумма всегда равна постоянной величине – ЭДС ЕК.
С-для подачи переменной сос. в цепь базы. Сс- выделяет переменную состав. в Rн.
Слайд 125Тема 3.2 Усилители электрических сигналов Усилители на биполярных транзисторах
Схема
усилительного каскада с общим коллектором
Схема усилительного каскада с общей базой
Слайд 126Тема 3.2 Усилители электрических сигналов Усилители на полевых транзисторах
Различают
три типа усилителей на п. т.: с общим затвором (ОЗ),
с общим истоком (ОИ), и с общим стоком (ОС).
На рисунке схема усилительного каскада с общим истоком
Усилители электрических сигналов
Основная литература: [2], c. 273-287. Дополнительная литература: [1], c. 100-165, [2], c. 215-277, 333-353. Контрольные вопросы: 1. Определение усилителя электрических сигналов. 2. Схемы усилителей на биполярных транзисторах: с общим эмиттером; с общей базой; с общим коллектором. 3. Свойства усилителей на биполярных транзисторах. 4. Схемы и свойства усилителей на полевых транзисторах. 5. Понятие о многокаскадных усилителях. 6. Усилители постоянного тока и операционные усилители. 7. Усилители в интегральном исполнении.
Слайд 128Тема 3.3 Логические элементы, триггеры и оптоэлектронные устройства
Основная литература: [2],
c. 301-304, 310-313, 318-323. Дополнительная литература: [1], c. 242-258, [2],
c. 534-585. Контрольные вопросы: 1. Назначения и обозначения: логических элементов; триггеров; оптоэлектронных устройств. 2. Выполняемые функции логических элементов. 3. Типы триггеров. 4. Отличительная особенность и схемы оптоэлектронных устройств. 5. Обозначение и структура микропроцессоров.
![Тема 1.2 Трёхфазные и измерительные трансформаторы. АвтотрансформаторыОсновная литература: [1], c. 285-295. [2], c.218-226. Контрольные](/img/thumbs/d9befa6dac27759aa30424df53625fab-800x.jpg "ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Тема 1.2 Трёхфазные и измерительные трансформаторы. АвтотрансформаторыОсновная литература: [1], c.")
![Тема 2.1 Устройство, принцип действия и режим работы трёхфазных асинхронных машинОсновная литература: [1], c. 413-440, [2], c.](/img/thumbs/1fb030a98d959e059395b4fed61c53ac-800x.jpg "ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Тема 2.1 Устройство, принцип действия и режим работы трёхфазных асинхронных машинОсновная")
![Тема 2.2 Пуск и регулирование скорости трёхфазного асинхронного двигателяОсновная литература: [1], c. 443-450, [2], c. 443-452. Контрольные](/img/thumbs/0cb406894626a1bc44b66349d6ca5220-800x.jpg "ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Тема 2.2 Пуск и регулирование скорости трёхфазного асинхронного двигателяОсновная литература: [1],")
![Тема 2.3 Основная литература: [1], c. 451-458, [2], c. 452-457.Контрольные вопросы:](/img/thumbs/32b69584703afe6fd82fa83a6ffd02b7-800x.jpg "ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Тема 2.3 Основная литература: [1], c. 451-458, [2], c.")
![Тема 3.3 Логические элементы, триггеры и оптоэлектронные устройстваОсновная литература: [2], c. 301-304, 310-313, 318-323. Дополнительная литература: [1],](/img/thumbs/99f14b79559961c27919cc3131ae2165-800x.jpg "ОСНОВЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Тема 3.3 Логические элементы, триггеры и оптоэлектронные устройстваОсновная литература: [2], c.")
