Электротехника и электроника

71

Автотрансформатор. Его особенности(рис. 3.12).

1. Вторичная обмотка bc (число витков w2) является частью первичной ac (число вит-

ков w1).

2. Электрическая энергия во вторичную обмотку передается не только через магнитный поток, но и через электрическую связь между обмотками.

Под нагрузкой по участку bс протекает разность токов I1 − I 2 . Работа автотрансформатора описывается теми же урав-

нениями, что и работа обычного двухобмоточного трансформатора. В подтверждение этого выведем уравнение намагничивающих сил автотрансформатора. Намагничивающая сила в режиме холостого хода I 0 w1 , намагничивающая сила под нагрузкой

I1 (w1 − w2 ) + ( I1 − I 2 ) w2 . Приравнивая намагничивающие силы,

получаем уравнение намагничивающих сил, которое не отличается отаналогичногоуравнения длядвухобмоточного трансформатора.

I 0 w1 = I1 (w1 − w2 ) + ( I1 − I 2 ) w2 ;

I 0 w1 = I1w1 − I1w2 + I1w2 − I 2 w2 ;

форматоре.

Преимущества автотрансформатора: при k = 0,5...2,0 по вторичной обмотке (bc) протекает малый ток, равный ( I1 − I2 ) , следовательно, эту часть обмотки можно сделать более тон-

72

ким проводом, в результате чего уменьшатся ее габариты, вес и стоимость.

Выполнив контакт b (см. рис. 3.12) скользящим, можно получать разные коэффициенты трансформации.

Недостатком такого трансформатора является наличие гальванической связи, обусловливающей возможность попадания высокого первичного напряжения на вторичную обмотку. Поэтому на большие коэффициенты трансформации эти трансформаторы не делают.

Сварочный трансформатор (рис. 3.13). Всегда понижаю-

щий. Обычно U20 = 60 B. Предъявляемые к нему требования:

1.Длительная работа в режиме короткого замыкания.

2.Возможность изменения тока короткого замыкания (сварочного тока).

Рис. 3.13. Схема сварочного трансформатора (а) и его ВАХ (б)

73

На рис. 3.13 приведен один из возможных вариантов конструкции сварочного трансформатора.

Сварочный трансформатор состоит из двух элементов: собственно трансформатора и дросселя с изменяющимся воздушным зазором d (рис. 3.13, а). Дроссель имеет большое индуктивное сопротивление, X Lдр = ω Lдр, за счет этого ограничива-

ется ток короткого замыкания Iк.з. Изменяя зазор d, изменяем индуктивность дросселя, за счет чего меняется X Lдр и сопротив-

ление всей цепи вторичной обмотки трансформатора, а следовательно, и ток короткого замыкания (сварочный ток).

Тесты по теме «Трансформаторы»

1.Почему сердечник в трансформаторе делают шихтованным? Укажите правильный ответ.

1) для увеличения магнитной индукции;

2) для ослабления магнитного потока;

3) для уменьшения потерь мощности;

4) для упрощения изготовления.

2.Сколько обмоток в 3-фазном двухобмоточном трансформаторе? Укажите правильный ответ.

3.Какой из перечисленных ниже законов лежит в основе принципа действия трансформатора? Укажите правильный ответ.

1) закон Гука;

2) закон Ампера;

3) закон электромагнитной индукции;

4) второй закон Ньютона.

4.Как изменяют напряжение, подведенное к трансформатору, при проведении опыта короткого замыкания? Укажите правильный ответ.

1) увеличивают;

2) оставляют номинальным;

74

3)уменьшают;

4)в начале опыта повышают, а потом понижают.

5. В каком из режимов работы трансформатора можно определить коэффициент трансформации трансформатора по фор-

муле K = U1 ? Укажите правильный ответ.

U2

1)в режиме короткого замыкания;

2)в согласованном режиме;

3)в номинальном режиме;

4)в режиме холостого хода.

6.Как изменится ток первичной обмотки трансформатора I1 при увеличении тока I2? Укажите правильный ответ.

1) не изменится; 2) увеличится; 3) уменьшится.

7.В опыте короткого замыкания трансформатора опре-

деляют:

1) потери в меди; 2) потери в стали; 3) потерина трение.

Укажите правильный ответ.

8.В каком режиме работает сварочный трансформатор при проведении сварки? Укажите правильный ответ.

1) холостого хода;

2) короткого замыкания;

3) в согласованном режиме.

9.Трансформатор преобразует:

1)электрическую энергию в механическую;

2)механическую энергию в электрическую;

3)электрическую энергию одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.

Укажите правильный ответ.

75

3.2. АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Принцип действия асинхронного двигателя (АД) (рис. 3.15, 3.16) основан на явлении вращающегося магнитного поля (рис. 3.14).

Для получения вращающегося магнитного поля необходимо иметь систему нескольких катушек, оси которых сдвинуты в пространстве, и подавать в них токи, сдвинутые по фазе. Возьмем три катушки, оси которых сдвинуты на угол 120°, и подадим в них токи, сдвинутые по фазе на такой же угол.

Суммируя магнитные потоки, создаваемые тремя катушками в различные моменты времени, получаем результирующий магнитный поток ΦΣ. Из временной диаграммы видно, что при трёх катушках вектор ΦΣ вращается с частотой сети.

Рис. 3.14. Пояснение к получению вращающегося магнитного поля

76

Обозначим n0 скорость вращения магнитного поля в оборотах в минуту. Из рис 3.14 видно, что при трех катушках частота вращения вектора ΦΣ равна частоте сети. Поэтому при измерении скорости в оборотах в минуту имеем

n0 = 60 f , p

где f – частота сети; р – число пар полюсов, p = k . Число ка- 3

тушек k всегда кратно трем. Чем больше k, тем меньше n0. При частоте сети f = 50 Гц имеем:

3.2.1. Конструкция и принцип действия АД

Упрощенная конструкция АД показана на рис. 3.17.

В фазном роторе есть возможность подключать внешние элементы.

С целью уменьшения потерь сердечники статора и ротора набираются из пластин электротехнической стали.

Под воздействием тока, протекающего по обмоткам статора, создается намагничивающая сила и вращающееся магнитное поле. Оно индуцирует в роторе ЭДС и ток. На проводники с током в магнитном поле действует сила, заставляющая ротор вращаться. Он вращается с некоторым отставанием от поля (индекс 1 – для статорной цепи, 2 – для роторной):

78

где K01 , K02 – обмоточные коэффициенты статора и ротора, учитывающиераспределениеобмотокпопазам, K01 , K02 ≈ (0,92...0,95) ;

E2 = 4, 44w2 f2Фm K02 = 4, 44w2 f1Фm K02 S = E2k S ,

где E2k – ЭДС заторможенного ротора. Изменение E2 при разгоне:

= 2πf1L2 S = X 2 S ,

где X2 – сопротивление ротора на частоте сети.

Индуктивное сопротивление ротора зависит от скорости вращения:

n2 ↑ , S ↓ , X 2 ↓ .

80