Электрическая цепь и ее основные законы

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

по дисциплине

«Электротехника»

 

 

 

Барановичи 2013

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение 4

Электрическая цепь и ее основные законы

1.1 Основные сведения о строении вещества и физической природе электричества 5

1.2 Электрическое поле. Электрический потенциал, ЭДС и напряжение 6

1.3 Электрический ток, электрическое сопротивление и проводимость 9

1.4. Электрическая цепь и ее основные элементы 11

1.5 Основные законы электрической цепи 12

1.6. Виды соединений потребителей. 14

1.7 Работа и мощность электрической цепи. 16

2. Электромагнетизм и электромагнитная индукция 19

2.1. Магнитное поле и его основные характеристики 19

2.2 Магнитные свойства различных веществ 22

2.3Электромагнитная индукция. Самоиндукция и взаимоиндукция 24

2.3 Вихревые токи 26

3. Электрические машины постоянного тока 28

3.1 Основные части электрических машин и их назначение 28

3.2 Принцип действия машин постоянного тока 30

3.3. Обратимость электрических машин. 31

3.4. Реакция якоря, коммутация. 33

3.5. Электрические схемы возбуждения и сравнительные характеристики генераторов постоянного тока. 36

3.6. Электрические схемы возбуждения и электромеханические характеристики электродвигателей постоянного тока. 40

4. Переменный ток. 45

4.1 Переменный ток и его параметры. 45

4.2 Виды нагрузки в цепи переменного тока. 46

4.3 Мощность в цепи переменного тока 48

4.4. Трехфазный переменный ток. Соединения «звездой» и «треугольником». 49

4.5. Резонанс напряжений и резонанс токов 51

5. Электрические машины переменного тока 53

5.1. Генераторы переменного тока. 53

5.2. Электродвигатели переменного тока. 55

5.3. Асинхронный расщепитель фаз 56

5.4. Назначение и принцип действия синхронной машины 58

6. Трансформаторы. реакторы. магнитные усилители. 60

6.1. Трансформаторы. 60

6.2. Дроссели, реакторы, индуктивные шунты. 61

6.3 Магнитные усилители 64

7. Химические источники тока. 66

7.1. Способы соединения аккумуляторов в батареи 67

8.Полупроводниковые приборы 70

8.1. Полупроводники и их свойства. Основные полупроводниковые приборы. 70

8.2. Полупроводниковый диод 71

8.3. Биполярный транзистор 72

8.4. Выпрямление переменного тока 76

9. Электроизмерительные приборы 80

10. Импульсные устройства 83

10.1. Импульсные сигналы 83

Заключение 85

ВВЕДЕНИЕ

 

Электротехника – наука о техническом использовании электричества и магнетизма во всех отраслях промышленности. Электрическая энергия оьладает рядом ценных свойств:

электрическую энергию легко преобразовать в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и др.) и, наоборот, в электрическую энергию легко преобразуются любые другие виды энергии;

электрическую энергию можно передавать практически на любые расстояния, удобно дробить на любые части в электрических цепях;

процессы, в которых используется электрическая энергия, допускают простое управление (нажатие кнопки, выключателя и т. д.)

Использование электрической энергии позволило повысить производительность труда во всех областях деятельности человека, автоматизировать почти все технологические процессы в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и в быту, а также создать комфорт в производственных и жилых помещениях. Кроме того, электрическую энергию широко используют в технологических установках для нагрева изделий, плавления металлов, сварки, электролиза, получения плазмы, очистки материалов и газов.

В данном учебном пособии рассматриваются основные теоретические сведения по формированию представлений, понятий, знаний основных законов электротехники, ознакомлению с устройством и принципом действия, использованием электрических машин, трансформаторов, полупроводниковых приборов.

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Закон Кулона.

Сформулирован французским ученым Кулоном в 1775 г.

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел прямо пропорциональна произведению зарядов этих тел, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от среды.

 

 

Рисунок 2- Схемы взаимодействия электрических зарядов.

 

[Н],

 

где - заряды точечных тел [Кл];

- расстояние между их центрами [м];

- абсолютная диэлектрическая проницаемость [Ф/м];

- сила [Н].

 

Диэлектрическая проницаемость и электрическая постоянная. Различные вещества имеют разную абсолютную диэлектрическую проницаемость. Абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума называется электрической постоянной в СИ à Ф/м.

Опытным путем установлено .

Материал
Воздух	1,0
Бумага парафинированая	4,3
Масло минеральное	2,2
Мрамор	8,3
Миканит	9,2
Резина	2,7
Фарфор	5,8

Режим холостого хода.

Рисунок 6 – Режим холостого хода

 

Электрическая цепь разомкнута, тока в цепи нет ; . Можно использовать такой режим для измерения ЭДС источник электрической энергии. Для того чтобы измерить ЭДС генератора необходимо контроллер поставить в нулевую позицию, при этом вольтметр покажет ЭДС.

Режим нагрузки.

Рисунок 7 – Режим нагрузки

 

Цепь замкнута, по ней проходит ток, зависящий от R потребителя. Чем больше ток нагрузки, тем меньшее напряжение покажет вольтметр на зажимах генератора. Для того чтобы увеличить КПД уменьшают сопротивление обмотки якоря . – закон Ома для режима нагрузки.

 

3. Режим короткого замыкания – аварийный режим.

 

Рисунок 8 – Режим холостого короткого замыкания

Режим КЗ возникает, когда зажимы источника замкнуты проводником малого сопротивления, т.е. R

при КЗ ; ;

, то ток очень большой.

Для защиты генератора используются плавкие предохранители, а человека защищают от пробоя напряжения, на корпус, заземляя его. При этом короткое замыкание между корпусом и «землёй» является полезным и выполняет защитную функцию (защитное заземление, охрана труда).

 

Первый закон Кирхгофа (для параллельной цепи). Кирхгоф в 1847 г. установил законы для электрических цепей, названные его именем.

Сумма токов, направленных к точке разветвления, равна сумме токов, направленных от нее. т.е. алгебраическая сумма токов в узловой точке равна нулю.

или или

 

Токи, направленные в узел считаются «+», а от узла «-».

Рассмотрим пример. Для узла А первый закон Кирхгофа будет выглядеть:

Второй закон Кирхгофа (для последовательной цепи). Устанавливает зависимость между ЭДС и падениями напряжения в замкнутой электрической цепи.

Во всякой замкнутой электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений в отдельных сопротивлениях, входящих в эту цепь.

 

ЭДС и U считаются положительными, если направление ЭДС и I на участках цепи совпадает с выбранным направлением обхода цепи и отрицательным, если противоположно направлению. Направление обхода контура выбирают по часовой стрелке.

 

Вихревые токи

Возникновение вихревых токов. Изменяющийся магнитный поток способен индуцировать ЭДС не только в проводах или витках катушек, но и в массивных стальных сердечниках, кожухах и других металлических деталях электротехнических установок. Эти ЭДС являются причиной появлений индуцированных токов, которые действуют в массивных металлических деталях, замыкаясь накоротко в их толще. Такие токи получили название вихревых.

Способы уменьшения вредного действия вихревых токов. В электрических машинах и аппаратах вихревые токи обычно нежелательны, так как они вызывают нагрев металлических сердечников, создают потери энергии (так называемые потери от вихревых токов), снижают к. п. д. электрических машин и аппаратов и оказывают согласно правилу Ленца размагничивающее действие. Для уменьшения вредного действия вихревых токов применяют два основных способа.

1. Сердечники электрических машин и аппаратов выполняют из отдельных стальных листов толщиной 0,35—1,0 мм, изолированных один от другого слоем изоляции (лаковой пленкой, окалиной, образующейся при отжиге листов, и пр.).

2. В состав электротехнической стали, из которой изготовляют сердечники электрических машин и аппаратов, вводят 1—5 % кремния, что обеспечивает повышение ее электрического сопротивления.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое магнитное поле, и как определяется его направление?

2. Что такое магнитная индукция и магнитный поток?

3. Что называется катушкой и электромагнитом?

4. Как возникает выталкивающая сила?

5. Как определить величину и направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

6. Какие существуют способы усиления магнитных полей?

7. Что такое магнитная индукция, магнитный поток, напряженность магнитного поля?

8. Каковы основные характеристики ферромагнитных материалов?

9. Как определить магнитное сопротивление магнитной цепи?

10. В каких случаях магнитное поле создает механические силы и как они определяются?

11. Что такое индуцированная э. д. с. и как определяется ее значение и направление?

12.Что представляют собой вихревые токи и какие существуют способы уменьшения их вредного действия?

13.Что такое э. д. с. самоиндукции и взаимоиндукции?

14.Как возникают переходные процессы в электрических цепях?

15. Что характеризует постоянная времени?

Реакция якоря, коммутация.

При нагрузке машины проходящей по обмотке якоря ток создает свое собственное магнитное поле, которое называется магнитным полем реакции якоря.

Поле реакции якоря искажает основное магнитное поле машины (главный магнитный поток). Это воздействие магнитного поля на основное поле носит название реакции якоря.

Вредные последствия реакции якоря.

Поток реакции якоря оказывает размагничивающее действие на главный поток машин. В результате ЭДС машины при нагрузке окажется несколько меньше ЭДС при холостом ходе.

При работе машины генератором физическая нейтраль поворачивается по направлению вращения якоря, при работе двигателем – против направления вращения. Что ухудшает работу машины, вызывая искрение щеток (ухудшает коммутацию). Неравномерное распределение индукции вдоль окружности якоря приводит к возникновению повышенных напряжений между смежными коллекторными пластинами, так как усиливается магнитный поток под одной половиной полюса и ослабляется под другой половиной.

Сильное сгущение силовых магнитных линий под краями полюсов машин значительно увеличивает в этих местах индукцию магнитного поля.

При прохождении секциями якоря тех мест под полюсами, где усиливается магнитное поле в результате реакции якоря, в них будут индуктироваться ЭДС большей величины, что приведет к повышению U_К между соседними коллекторными пластинами, то есть возникает разность потенциалов между соседними коллекторными пластинами. Что приводи к круговому огню – электрическая дуга, возникающая на коллекторе машин постоянного тока.

 

Устранение вредных последствий реакции якоря. Вредное воздействие реакции якоря на работу щеток, вызывающее искрение на коллекторе, обычно ликвидируют при помощи дополнительных полюсов.

При работе машины в качестве генератора главные и дополнительные полюсы должны чередоваться так, чтобы по направлению вращения машины за любым главным полюсом находился разноименный дополнительный ( N – s – S – n), а при работе машины в качества двигателя – за главным находился одноименный дополнительный ( N – n – S – s).

Дополнительные полюса рассчитываются таким образом, чтобы компенсировать поток реакции якоря в зоне их действия. Однако они не уничтожают весь магнитный поток реакции якоря, поэтому крупные машины постоянного тока снабжают компенсационной обмоткой. Её располагают в пазах сердечника главных полюсов, таким образом, чтобы создаваемый компенсационной обмоткой магнитный поток, был противоположен потоку реакции якоря, в результате чего происходит полная компенсация реакции якоря.

Компенсационную обмотку включают последовательно с обмоткой якоря, что обеспечивает автоматичность компенсации потока реакции якоря при любой нагрузке машины (приводит к удорожанию).

Дополнительно: 1) увеличивают воздушный зазор под краями полюсных наконечников; 2) увеличивают магнитное насыщение стали наконечников посредством уменьшения их поперечного сечения; 3) уравнительные соединения.

Круговой огонь – электрическая дуга, возникающая на коллекторе машин постоянного тока.

Образовавшаяся дуга сильно повреждает коллекторные пластины, изоляторы щеткодержателей и изоляцию лобовых частей машин, выводя ее из строя.

Основной причиной образования кругового огня – большое U_К между сменными коллекторными пластинами (32 и 35 В в машинах средней и большой мощности). Поэтому реакция якоря способствует образованию кругового огня.

Круговой огонь на коллекторе развивается из небольших дуг, возникающих между соседними коллекторными пластинами в результате:

1) замыкания их накоротко:

угольной пылью;

осколками щеток, частицами дизельного топлива;

наволакивание меди в верхней части пластин;

высокой влажности.

2) плохой коммутации вследствие износа или поломки щёток.

При горении первичной дуги пространство заполняется раскаленными газами и парами меди, то есть ионизируется, поэтому может легко произойти мощная электрическая дуга, охватывающая ряд коллекторных пластин.

В машинах большой мощности первичная дуга имеет ток до 300 ампер, при этом сильно ионизируется воздух и может произойти круговой огонь.

 

Коммутация

Коммутацией называется процесс переключения секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую путем замыкания этих секций щетками.

Изменение тока в коммутируемой секции происходит быстро, поэтому в ней возникает большая ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимоиндукции, что носит название реактивной ЭДС Е_р, а также ЭДС от реакции якоря. Всё вместе вызывает в секции добавочный ток коммутации I_К, что в свою очередь приводит к искрению в результатах разрыва щеткой добавочного тока коммутации I_К.

Способы улучшения коммутации:

дополнительные полюса устанавливают между главными полюсами на геометрической нейтрали машины (то есть там же, где расположены коммутируемые секции, замыкаемые накоротко щетками) путём создания в коммутируемой секции дополнительной ЭДС направленной против Е_{реактивной} и Е от потока реакции якоря;

уменьшением тока коммутации за счет увеличения сопротивления цепи коммутируемой секции (применяются электрографитовые щетки, которые при притирке образуют на коллекторе плёнку, которая улучшает скольжение и увеличивает переходное сопротивление в месте соприкосновения щетки с коллектором);

уменьшение величины реактивной ЭДС (уменьшением индуктивности секции, уменьшая число витков – одновитковая);

одна сторона каждой секции расположена в верхнем слое, другая – в нижнем слое, так как индуктивность верхнего слоя секции меньше индуктивность нижнего слоя;

уменьшение ширины щетки обеспечивается уменьшением Е_р;

сдвинуть щетки на физическую нейтраль, то в ней не индуктируется Е от потока реакции якоря (щетки, нужно сдвинуть дальше – за физическую нейтраль, в генераторе – по направлению вращения и в двигателе – против направления вращения).

Дополнительные полюса включают последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы они индуктировали дополнительную ЭДС направленную противоположно ЭДС от потока реакции якоря и Е_{реактивной}, что приводит к их компенсации.

 

3.5. Электрические схемы возбуждения и сравнительные характеристики генераторов постоянного тока.

Генераторы постоянного тока в зависимости от способа питания обмотки возбуждения подразделяются генераторы с независимым возбуждением - питание от постороннего источника электрической энергии (аккумуляторная батарея, вспомогательного генератора так называемого возбудителя) и генераторы с самовозбуждением – от самого генератора.

Генераторы с самовозбуждением по способу соединения обмотки возбуждения делятся на следующие типы:

генераторы с параллельным возбуждением, или шунтовые, у которых обмотка возбуждения присоединяется параллельно обмотке якоря.

генераторы с последовательным возбуждением, или сериесные, у которых обмотка возбуждения соединяется последовательно с обмоткой якоря.

генераторы со смешанным возбуждением, или компаундные, имеющие две обмотки возбуждения, одна из которых включается последовательно, а другая – параллельно обмотке якоря.

ЭДС генератора зависит от величины магнитного потока и скорости вращения якоря.

Величину магнитного потока можно регулировать, изменяя ток в обмотке возбуждения регулировочным реостатом.

 

Характеристика холостого тока – геометрическая зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при отсутствии нагрузки.

В связи с наличием остаточного магнетизма кривая II лежит выше, чем кривая I при нарастании тока на 4-8% от номинального напряжения.

Внешняя характеристика генератора – графическая зависимость напряжения генератора от тока нагрузки машины.

Регулировочная характеристика – графическая зависимость, показывающая, как надо изменять ток возбуждения генератора при изменении тока нагрузки для поддержания его напряжения постоянным.

 

Внешняя характеристика

Пуск двигателя

В начальный момент пуска якорь двигателя неподвижен и в его обмотке не индуктируется ЭДС.

Ток якоря будет

.

Обмотку якоря делают с малым сопротивлением, чтобы КПД машины был больше. Поэтому пусковой ток при непосредственном подключении двигателя мгновенно достигает очень большой величины (в 10-20 раз больше номинального тока двигателя).

Для ограничения пускового тока, двигатели снабжают пусковыми реостатами.

где - сопротивление пускового реостата. Берут таким, чтобы был больше тока номинального в 1,2 – 2 раза.

При вращении якоря и в нем возникает противо ЭДС Е и растет по мере увеличения скорости вращения.

Поэтому пусковой реостат выводят так, чтобы оставался постоянным и больше номинального в 1,2 – 2 раза.

На тяговых двигателях можно регулировать пусковой ток, подавая небольшое напряжение, которое потом увеличивают по мере разгона.

 

Двигатели с параллельным возбуждением

 

Рисунок 20 - Характеристики двигателя с параллельным возбуждением:

а – холостого хода; б – рабочие

 

 

Увеличивают R регулируя реостатом, магнитный поток уменьшается, то скорость вращения увеличивается.

Если произойдет обрыв обмотки возбуждения то Ф → 0 и число оборотов возрастает до максимально недопустимой величины, то есть идет «вразнос».

Электромеханическая характеристика двигателя, то есть зависимость скорости вращения и вращающего момента от тока нагрузки.

Механическая характеристика – зависимость скорости вращения и вращающего момента.

В двигателе с параллельным возбуждением магнитный поток не зависит от нагрузки, поэтому при увеличении I_Н скорость вращения уменьшается мало 3 – 8% поэтому использовать их в качества тяговых невозможно.

Двигатели с последовательным возбуждением

 

Рисунок 21 - Характеристики двигателя с последовательным возбуждением:

а – холостого хода; б – рабочие

 

В двигателях с последовательным возбуждением существует зависимость магнитного потока от нагрузки, так как по обмотке возбуждения протекает ток якоря. При больших нагрузках вращающий момент возрастает пропорционально току, а скорость вращения уменьшается, но недостаточно. Для увеличения зависимости скорости вращения от крутящего момента применяют реостаты, включенные в цепь обмотки якоря. При малых нагрузках I_Я и Ф незначительны, поэтому скорость вращения сильно возрастает.

При сильном уменьшении нагрузки скорость вращения якоря может достичь недопустимо больших значений, двигатель идет «вразнос».

 

Пригоден в качестве тяговых электродвигателей.

 

ЭДТ200Б – ТЭМ1; ЭД118АТ – ТЭМ2,ТЭМ2М, М62, 2М62; ЭД118Б – ТЭП60, 2ТЭ10; ЭД121 – ТЭП70.

 

Техническая характеристика	ЭД118АТ	ЭД18Б	ЭД121
Мощность в кВт
Продолжительный ток (А)
Напряжение (В) V
Частота вращения, об в 1 минуту: длительная максимальная
Передаточное отношение	4,41	4,41	3,12
Воздушный зазор, мм: под серединой главного полюса под дополнительными полюсами	7,0	7,0	7,0
Число коллекторных пластин
Масса, кг

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК.

Параметры переменного тока.

Период – промежуток времени, в течение которого ток или ЭДС совершает полное колебание .

Частота ( f) – число полных колебаний, происходящих за одну секунду (величина обратная Т). Т =

f измеряется в Гц или с^-1. 1 Гц = 1 пер/с (у нас 50 Гц.) f =

Амплитуда – наибольшее положительное или отрицательное значение, принимаемое переменным током. I_м, U _м, Е_м.

Действующее значение переменного тока – такая величина постоянного тока, который, проходя, по проводнику в течение некоторого времени выделит в нем такое же количество тепла, какое выделяет в нем данный переменный ток.

I_ср= = 0,7I_м U_м = 1,41U

Работа при нагрузке.

При увеличении нагрузки синхронного генератора U его меняется по следующим причинам:

в результате реакции якоря магнитное поле статора создает свой магнитный поток, который взаимодействует с потоком обмотки возбуждения, изменяя результирующий поток машины, и уменьшает напряжение. Если индуктивная нагрузка, то ток отстает от напряжения, и реакция якоря действует размагничивающим образом. Если ёмкостная нагрузка (конденсатор), то ток опережает напряжение, и реакция якоря увеличивает результирующий поток и напряжение генератора;

падение напряжения в обмотке статора (активное и реактивное).

Включение генератора в общую сеть (параллельная работа).

Чтобы не было больших толчков тока, необходимо:

ЭДС генератора должна быть равна U сети;

частота генератора должна быть равна частоте сети;

ЭДС генератора должна быть сдвинута по фазе на полпериода относительно U сети;

фазы генератора должна быть соединены одноименными фазами сети.

Поэтому необходимо синхронизация машины. Регулируют первичный двигатель до синхронной скорости при этом f_ген ≈ f_сети. Потом регулируют I в обмотке возбуждения регулировочным реостатом, изменяют U на его зажимах так, чтобы оно стало равным U сети и перед включением точно отрегулировать частоту машины, её фазу при помощи синхроскопа (три лампочки к зажимам генератора)

КПД = 0,85 – 0,95 %.

Коэффициент мощности зависит от характера нагрузки:

режим полного возбуждения, активный ток, активная мощность ;

режим недовозбуждения , т.к. реактивный ток при индуктивной нагрузке I отстает от U;

режим перевозбуждения когда ёмкостная нагрузка I опережает U и используют для улучшения промышленных предприятий.

Асинхронный расщепитель фаз

 

На ЭПС переменного тока преобразование однофазного тока в трехфазный для питания асинхронных двигателей привода вспомогательных машин осуществляют с помощью асинхронных расщепителей фаз. Асинхронный расщепитель фаз представляет собой асинхронную машину с трехфазной обмоткой статора и короткозамкнутым ротором.

Принцип действия. В расщепителе фаз преобразование однофазного тока в трехфазный производится посредством вращающегося магнитного поля. Это поле индуцирует в обмотке статора ЭПС, сдвинутые относительно друг друга по фазе на определенные углы, равные углам между осями соответствующих катушек. В расщепителе фаз обмотка статора выполнена в виде несимметричной «звезды» (рисунок 24,а). Две фазы ее С₁—0 и С₂—0₁ образуют так называемую двигательную обмотку 2. Третья фаза С_З—С₄ называется генераторной обмоткой 3. Ее используют также для пуска расщепителя фаз. Обмотка ротора 1 выполнена в виде беличьей клетки

.

Рисунок 24 - Схема расположения обмоток ращепителя фаз (а); Векторная диаграмма обмоток (б)

 

Двигательную обмотку подключают к источнику однофазного тока, т. е. к вторичной обмотке тягового трансформатора. Она служит также для приведения во вращение расщепителя фаз. Генераторная обмотка 3 сдвинута относительно частей С₁—О и С₂—0₁ двигательной обмотки приблизительно на угол 120°. Ее присоединяют к двигательной обмотке 2 в точке О₁, которая выбирается так, чтобы обеспечить наилучшую симметрию линейных напряжений при номинальной нагрузке. Из этого исходят также при выборе числа витков обмоток (генераторная обмотка имеет несколько большее число витков, чем каждая из двух частей двигательной обмотки).

Однофазная двигательная обмотка 2 расщепителя фаз создает пульсирующее магнитное поле, которое можно представить в виде двух вращающихся в разных направлениях полей. По этой причине расщепитель фаз не имеет начального пускового момента.

Для пуска расщепителя используют в качестве вспомогательной фазы генераторную обмотку С_З—С₄, подключаемую к одному из проводов однофазной сети. В этом случае образуется система из трех фаз, сдвинутых относительно друг друга в пространстве приблизительно на 120°, т. е. так же, как и в трехфазном асинхронном электродвигателе. Для создания необходимого сдвига по фазе тока в обмотке С_З—С₄ относительно токов в двух других фазах в цепь генераторной обмотки включают при пуске пусковой резистор 4. В дальнейшем после разгона ротора этот резистор отключается от сети контактом 5. Емкость 6 служит для устранения не симметрии напряжений, возникающих при изменении нагрузки расщепителя фаз. Эту емкость распределяют в виде отдельных конденсаторов по различным двигателям так, чтобы при отключении какого-либо двигателя отключалась и соответствующая часть конденсаторов. При этом автоматически изменяется и общая емкость 6, подключенная к расщепителю фаз.

При вращении ротора обратное поле резко уменьшается, поэтому можно считать, что в машине практически действует лишь прямое поле. Это поле индуцирует в генераторной обмотке ЭПС, которая сдвинута приблизительно на 120° относительно ЭПС, индуцируемых в двух частях двигателей обмотки. В результате образуется трехфазная система линейных напряжений, которые подаются на асинхронные двигатели привода вспомогательных машин. При симметричной нагрузке от генераторной обмотки С_З—С₄ расщепителя подается только '/3 мощности потребителей. Остальные 2/3 необходимой мощности поступают непосредственно от однофазной сети.

 

Трансформаторы.

Трансформатор – электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Трансформатор состоит из сердечника и 2-х или 3-х обмоток изолированного провода, размещенных на сердечнике. Обмотка, подключаемая к источнику тока, называется первичной, а обмотка, с которой снимается напряжения – вторичной. Трансформаторы, у которых вторичная обмотка имеет большее число витков, чем первичная является повышающими, если наоборот, понижающими.

Действие трансформаторов основано на явлении электромагнитной индукции (ЭДС взаимоиндукции).

Работа. При подключении трансформатора к источнику переменного тока в витках его первичной обмотки протекает переменный ток, образуя переменный магнитный поток. Этот поток проходит по магнитопроводу трансформатора и, пронизывая витки первичной и вторичной обмотки индуктирует в них переменные ЭДС Е₁ и Е₂. Если по вторичной обмотке присоединен какой-либо электрический потребитель, то под действием Е₂ по цепи обмотки проходит электрический ток.

В каждом витке индуктируется одинаковая ЭДС.

Коэффициент трансформации – отношение ЭДС одной величины к ЭДС другой величины (или отношение числа их витков).

Токи в обмотке трансформатора приблизительно обратно пропорциональны напряжениям.

Работа трансформатора.

Режим холостого хода. ЭДС Е₁ практически равна U₁ приложенному к первичной обмотке и противоположны ему по фазе. Ток холостого хода равен намагничивающему току. Нельзя сильно увеличивать U₁, т.к. растет ток холостого хода.

При нагрузке. При увеличении тока во вторичной обмотке увеличивается ток и в первичной обмотке, т.е. мощность в обмотках остается постоянной.

КПД = = , КПД = 98 - 99 трансформатор большой мощности и 50 - 70 трансформатор малой мощности.

Трансформаторы делятся:

По назначению на силовые общего назначения и специальны е (сварочные, импульсные).

По числу трансформируемых фаз – на однофазные и 3-х фазные.

По числу обмоток на 2-х обмоточные, трёхобмоточные и многообмоточные.

По виду охлаждения – сухие и масляные.

По форме магнитопровода – на стержневые и броневые.

 

Рисунок 26 – Схемы магнитопроводов трансфориатора

 

Многообмоточные – на сердечнике несколько обмоток с различным числом витков и получают различные вторичные напряжения.

Автотрансформаторы – вторичная обмотка составляет часть первичной обмотки. При небольших К: выгоден т.к. экономичен; не выгоден – обмотки электрически связаны между собой.

Для плавного регулирования U применяют автотрансформаторы со скользящим контактом.

 

Х фазные трансформаторы.

включают первичную обмотку по схеме - «Звезда»

вторичную-«Звезда» с нулевым проводом и «Треугольник»

обозначают Y/Y₀-12, Y₀/ -11, Y/ -11,

На каждом стержне по две обмотке принадлежащие одной фазе: первичная и вторичная.

Магнитные усилители

Магнитным усилителем называют электромагнитный аппарат, служащий для плавного регулирования переменного тока, поступающего к нагрузке, путем изменения индуктивного сопротивления. Принцип действия магнитного усилителя основан на изменении индуктивности катушки с ферромагнитным сердечником при подмагничивании ее постоянным током. С помощью такого аппарата можно регулировать большие токи посредством сравнительно слабых электрических сигналов. Магнитные усилители широко применяют на тепловозах для автоматического регулирования возбуждения главного ген