Методичні вказівки до самостійного вивчення розділу
Скачати 473.86 Kb.
|
|
міністерство освіти і науки україни ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО САМОСТІЙНОГО ВИВЧЕННЯ РОЗДІЛУ „ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ ТА ЕЛЕКТРОПРИВОД” (для студентів 2 – 3 курсів усіх форм навчання спеціальностей: 6.0921.01 – „Промислове та цивільне будівництво”, 6.0921.03 – „Міське будівництво та господарство”, 6.0921.15 – „Технічне обслуговування і ремонт”, 7.0921.12 – „Реконструкція будівель”, 6.0921.12 – „Охорона праці в будівництві”, 6.0921 – „Теплогазопостачання і вентиляція”, 6.0926.01 – „Водопостачання та водовідведення”) ^ Методичні вказівки до самостійного вивчення розділу „Електричні машини та електропривод” (для студентів 2-3 курсів усіх форм навчання фахових напрямків „Міське будівництво” та „Інженерія навколишнього середовища”). Укл. А.А.Харісов, О.П.Волкова. – Харків: ХНАМГ, 2006. – 44 с. Укладачі: А.А.Харісов, О.П.Волкова Рецензент: доц., к.т.н. В.П.Самошкін Рекомендовано кафедрою електротехніки, п ротокол №10 від 20.04.2006 р. В С Т У П Електричні машини призначені для перетворення механічної енергії в електричну (їх ще називають генераторами електричної енергії). Крім того, до електричних машин також відносяться трансформатори, які перетворюють величину або форму напруг, а також електричну енергію в механічну для приведення в дію різних механізмів. Практично весь промисловий привод та значна частина будівельного виробництва тримаються на застосуванні електричних машин. Електричні двигуни легко управляються, мають високий ККД, а електричний привод можна автоматизувати з найменшими витратами та використовувати гнучкі способи керування на ЕОМ. У розділі „Електричні машини” вивчаються трансформатори, асинхронні й синхронні машини, машини постійного струму. Методичні вказівки допоможуть студентам засвоїти поняття електроприводу, знання, що розглядаються у відповідних розділах. Знання основ застосування електричних машин у сучасному виробництві дозволяє інженеру-неелектрику формулювати вимоги до складання технічного завдання на нові електрифіковані приводи, грамотно й економно експлуатувати електроустановки з дотриманням правил безпечної роботи. Перед вивченням цього розділу необхідно згадати матеріал, пов’язаний з аналізом електричного кола, постійного та змінного струму, а також згадати розділи фізики „Електромагнітні явища”. 1. ТРАНСФОРМАТОРИ 1.1. Види і призначення трансформаторів Трансформатором називається статичний електромагнітний пристрій, призначений для перетворення змінної напруги одного виду в змінну напругу іншого виду. При цьому може перетворюватися величина напруги при збереженні синусоїдальної форми, форма напруги, число фаз. Трансформатори, призначені для перетворення величини напруги при збереженні форми і встановлювані на лініях електропередач, називаються силовими. Силові трансформатори можуть бути одно- або трифазними, що підвищують або знижують, двох- або багатообмоточними. Є трансформатори для живлення установок технологічним струмом, наприклад, грубні, зварювальні і т.д. Вимірювальні трансформатори призначені для розширення меж виміру приладів змінного струму, ізоляції високовольтних кіл від вимірювальних. Вони також знаходять застосування в системах електропостачання в апаратурі релейного захисту й автоматики. Особливу групу складають трансформатори, які застосовуються в радіоелектронних пристроях (мікротрансформатори). Тут розрізняють такі їх види: силові трансформатори, що застосовуються в блоках живлення, імпульсні трансформатори, пік-трансформатори, високочастотні трансформатори, міжкаскадні трансформатори і т.д. Група мікротрансформаторів найчисленна за видами, властивостями, конструктивними особливостями і призначенням. ^ Тут і далі будемо розглядати силові трансформатори. Трансформатор має сталеве осердя (магнітопровід) і розташовані на ньому котушки-обмотки.  Рис.1.1 – Умовне позначення трансформатора Одна з котушок (первинна обмотка) підключається до мережі змінного струму на напругу  (рис.1.2).По обмотці тече змінний струм  . Цей струм створює змінний магнітний потік, основна частина якого замикається по магнітопроводу (потік  ) і невелика частина – по повітрю (потік розсіювання первинної обмотки  . Змінний магнітний потік , перетинаючи витки обмоток, буде наводити в них е.р.с.  і  . Якщо до затисків вторинної обмотки приєднати приймач електричної енергії  , то по обмотці потече струм  , а на затисках буде діяти напруга  . Рис.1.2 Струм створить свій магнітний потік, основна частина якого  буде замикатися по магнітопроводу, а мала частина – по повітрю (потік розсіювання вторинної обмотки  ). У результаті по осердю буде проходити основний (робочий) потік Ф, тобто , (1.2) обумовлений струмами обох обмоток. Коефіцієнтом трансформації К називається відношення діючих значень е.р.с. обмоток:  .Якщо магнітний потік та е.р.с. синусоїдальні, то е.р.с. можна визначити за наступними формулами, виведеними на підставі закону електромагнітної індукції:  ;  , (1.3)де  – частота мережі;  – амплітуда основного потоку;  – число витків обмотки.Тоді  . (1.4)Отже, міняючи число витків вторинної обмотки, можна змінювати вторинну е.р.с., тобто коефіцієнт трансформації. Якщо  , трансформатор називається підвищуючим, якщо навпаки – знижуючим. Затискачі обмотки вищої напруги позначають літерами А, X, нижчої напруги – а, х.Конструктивно осердя силового трансформатора набирається з тонких ізольованих лаком листів спеціальної електротехнічної сталі і шихтується. Це робиться для зменшення втрат потужності в осерді на вихрові струми. Силові трансформатори середньої і великої потужності виконують масляними – сам трансформатор розташовується в баку з маслом. Масло служить для ізоляції обмоток і відводу тепла від активних частин – осердя та обмоток. Для одержання уявлення про конструкцію масляного трансформатора необхідно ознайомитися з нею в рекомендованій літературі, по плакатах і макетах в лабораторії, звернути увагу на будову та особливості розміщення трансформаторів на підстанціях під час проходження виробничої практики. ^ Під робочим режимом розуміється режим навантаження трансформатора, тобто коли до затискачів вторинної обмотки приєднується споживач і по обмотці протікає струм. Окремим випадком робочого режиму є номінальний режим, тобто режим, на який розрахований трансформатор. Для цього режиму заводом-виготовником установлюються номінальні величини  (номінальний струм , коефіцієнт потужності).Запишемо рівняння за другим законом Кирхгофа для першого і другого кола миттєвих значень. При цьому будемо мати на увазі, що в першому колі діє напруга мережі та е.р.с., що наводиться основним потоком  і потоком розсіювання первинної обмотки  , а у вторинному контурі – е.р.с. наведена основним потоком і потоком розсіювання вторинної обмотки  : ; (1.5) , (1.6)де  – активні опори обмоток. Записавши, що  ,  ,де  ,  – індуктивні опори розсіювання обмоток, одержимо: , (1.7) . (1.8)Слід зазначити, що внаслідок насичення осердя, тобто нелінійної залежності між індукцією і напруженістю, струми або е.р.с. будуть несинусоїдальними. Для представлення рівнянь у символічній формі реальні криві зміни розмірів у часу необхідно замінити еквівалентними синусоїдальними. Еквівалентність визначається таким чином, що діючі значення розмірів залишаються незмінними. Для еквівалентних синусоїд одержимо  ; (1.9) . (1.10)В (1.9) і (1.10)  і  – індуктивні опори розсіювання обмоток. Рівняння (1.8) і (1.9) є рівняннями електричного стану трансформатора або рівняннями рівноваги е.р.с.Рівняння магнітного стану (або рівняння рівноваги магніторушійних сил) може бути отримане з рівняння потоків (1.1). Оскільки всі три потоки (реально, звичайно, по осердю проходить один сумарний потік Ф) проходять по тому самому магнітному шляху з однаковим магнітним опором, рівняння (1.1) можна замінити рівнянням для магніторушійних сил (м.р.с.)  , (1.11) де  – результуюча м.р.с. в осерді.Звичайно падіння напруги на індуктивному  і активному  опорах первинної обмотки зневажливо малі в порівнянні з е.р.с.  . Тому  .Отже, основний потік у трансформаторі в робочому режимі не залежить від навантаження і визначається тільки розміром поданого напруги. Тоді в рівнянні (1.1) можна потік у робочому режимі замінити потоком холостого ходу, тобто режиму, коли  = 0. Аналогічно в рівнянні (1.11) , (1.12)або  , (1.13)де  – струм первинної обмотки в режимі холостого ходу.Перетворимо рівняння (1.13):  , або  , (1.14)де  – приведений вторинний струм.Звідси випливає роль струму холостого ходу – це струм, що намагнічує провідник. Точніше, основне поле утворює велика складова струму холостого ходу, що намагнічує, тобто реактивна складова. Невелика активна складова струму холостого ходу обумовлена втратами енергії в магнітопроводі в змінному магнітному полі. За рівняннями (1.9), (1.10), (1.14) побудуємо векторну діаграму трансформатора в робочому режимі. Для прикладу побудуємо її для активно-індуктивного навантаження (рис.1.3). Побудову діаграми починають з вектора основного потоку  . Вектори е.р.с.  і  відстають від вектора потоку на 90" (закон електромагнітної індукції). Відкладаємо вектор струму  під кутом  до вектора  . Кут визначається параметрами приймача і вторинної обмотки:  . (1.15)Потім за рівнянням (1.10) будуємо діаграму для вторинного кола, визначаючи вектор  . Під кутом  до вектора Ф визначаємо втрати в сталі трансформатора, відкладаємо вектор струму холостого ходу  . За рівнянням (1.14) будуємо діаграму струмів, а потім за рівнянням (1.9) діаграму для первинного кола, визначаючи вектор  .  Рис.1.3 На підставі розглянутої діаграми можна зробити такі висновки: 1. Напруга на виході трансформатора  залежить від навантаження (величини і характеру). Зокрема, при активно-індуктивному навантаженні, що зустрічається частіше на практиці, напруга при навантаженні менше, ніж при холостому ході.2. Струм, споживаний трансформатором з мережі, залежить від навантаження. 3.  також залежить від навантаження. Зокрема, при холостому ході він менше, ніж при активно-індуктивному навантаженні.^ У трансформаторах є два види втрат потужності: втрати в обмотках при протіканні струму (електричні втрати) і втрати в магнітопроводі на гістерезис і на вихрові струми (втрати в сталі). Наочно втрати перетворення енергії можна представити за допомогою енергетичної діаграми (рис.1.4).  Рис.1.4 На рис.1.4  – потужність, споживана трансформатором з мережі;  ;  – втрати в обмотках;  – втрати в магнітопроводі.Втрати в обмотках залежать від навантаження, а втрати в сталі визначаються для даного трансформатора індукцією, тобто потоком, тобто розміром напруги  і не залежать від навантаження.ККД трансформатора:  .Значення ККД залежить від потужності трансформатора. У трансформаторів більшої потужності ККД більший. При різному навантаженні ККД може бути визначений за даними досвіду холостого ходу і короткого замикання:  . (1.16)В (1.16)  – втрати холостого ходу (вони рівні втратам в сталі);  – втрати короткого замикання (вони рівні втратам в обмотках);  – номінальна потужність трансформатора;  – коефіцієнт завантаження.Матеріал, присвячений розгляду дослідів холостого ходу і короткого замикання, є в методичних вказівках до відповідної лабораторної роботи [5]. ^ 1.5.1 .Автотрансформатори Автотрансформатором називається трансформатор, в якого обмотка нижчої напруги є частиною обмотки вищої напруги. На рис.1.5 подана схема трансформатора, що знижує напругу.  Рис.1.5 Обмотка нижчої напруги (у даному разі вторинна) має число витків  , обмотка вищої напруги –  , тобто фактично є тільки одна обмотка.Процес перетворення енергії в трансформаторі такий же, як у звичайному трансформаторі: основна її частина з первинного кола у друге передається за допомогою магнітного поля. Перевага трансформаторів: 1. Економія матеріалу обмоток. По-перше, замість двох обмоток одна, по-друге, частина обмотки з числом витків поможе бути виконана більш тонким проводом, тому що по ній протікає різниця струмів. 2. Економія сталі в магнітопроводі, тому що деяка частина енергії передається у вторинне коло електричним шляхом. 3.Вище ККД. Недолік автотрансформаторів один, але дуже істотний, перешкоджаючий у ряді випадків їхньому застосуванню – наявність електричного зв'язку між первинним і колом. Цей зв'язок може призвести до порушення вимог техніки безпеки. Застосування автотрансформаторів визначається їхніми властивостями. Основне їх використання – на лініях електропередач при коефіцієнтах трансформації, близьких до одиниці (наприклад 220 кВ, 330 кВ і т.д.). Часто використовують автотрансформатори в якості регульованих джерел малої потужності (типу РНО, РНТ, ЛАТР). 1.5.2. Зварювальні трансформатори Зварювальні трансформатори призначені для живлення зварювального поста технологічним струмом. Слід зазначити, що якість зварювання при живленні від джерела постійного струму вище, але зварювання на змінному струмі знаходить широке застосування внаслідок простоти зварювального агрегату. Щодо технологічного процесу до джерела живлення (зварювальному агрегату) ставляться наступні вимоги: 1. Практична сталість вихідної напруги в широкому діапазоні робочих струмів. 2. Обмеження струму короткого замикання, тому що в процесі зварювання трапляються моменти, коли електроди мають безпосередній контакт. Якщо при цьому не обмежити струм, то в деталях, що зварюються, утворяться раковини, а трансформатор може вийти з ладу. Для зварювального трансформатора ці вимоги в значній мірі суперечливі, тому що. перше припускає жорсткість зовнішньої характеристики (залежності  ), а друге – зм'якшення її. Задовольнити обидві вимоги простими методами при живленні від джерела змінного струму не вдасться, тому на практиці виконується тільки друге. Найбільш часто для цієї мети застосовують включення у вторинне коло дроселя, як правило, з регульованою індуктивністю (рис.1.6). Рис.1.6 Обмеження струму відбувається за рахунок падіння напруги на індуктивному опорі дроселя. Змінюючи розмір індуктивності дроселя (за рахунок зміни повітряного зазору в його осерді), можемо регулювати режим зварювання – струмом поста. |
Схожі:
 | Г. В. Стадник методичні вказівки до самостійного вивчення дисципліни Методичні вказівки до самостійного вивчення дисципліни «Інноваційний менеджмент» (для студентів 5-6 курсів денної та заочної форм... | | Харківська національна академія міського господарства с. С. Родченко методичні вказівки до самостійного вивчення курсу Методичні вказівки до самостійного вивчення курсу «Система національних рахунків» (для студентів заочної форми навчання за напрямом... |
| Методичні вказівки до самостійного вивчення курсу “Фінансовий ринок” Методичні вказівки до самостійного вивчення курсу “Фінансовий ринок” І проведення практичних занять (для студентів 5 курсу спеціальності... | | Методичні вказівки до самостійного вивчення курсу «фінансова статистика» Методичні вказівки до самостійного вивчення курсу «Фінансова статистика» (для студентів 3 курсу заочної форми навчання спец. 050100... |
| Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства методичні вказівки до самостійного вивчення дисципліни „Маркетинг” Методичні вказівки до самостійного вивчення дисципліни „Маркетинг” (для студентів 4 курсу заочної форми навчання спец. 50100 „Облік... | | Методичні вказівки до самостійного вивчення та виконання контрольної роботи Методичні вказівки до самостійного вивчення та виконання контрольної роботи з курсу «Аудит» (для студентів заочної форми навчання... |
| О.Є. Власова методичні вказівки до самостійного вивчення з дисципліни «управлінський облік» Власова О.Є. Методичні вказівки до самостійного вивчення з дисципліни «Управлінський облік» (для студентів заочної форми навчання... | | Методичні вказівки до самостійного вивчення курсу "Споживачі електроенергії " Методичні вказівки до самостійного вивчення курсу "Споживачі електроенергії" (для студентів 4 курсу денної І 5 курсу заочної форм... |
| Методичні вказівки до самостійного вивчення матеріалу, індивідуальні завдання та методичні вказівки до їх виконання Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни ²Міжнародний маркетинг² для студентів напряму... | | Методичні вказівки до самостійного вивчення матеріалу, індивідуальні завдання та методичні вказівки до їх виконання Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Менеджмент в енергетиці» для студентів спеціальності... |