§ 5.1. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения
Для плавного регулирования напряжения возможно применение скользящих по поверхности витков обмотки контактов, аналогично тому, как это сделано в регулировочном автотрансформаторе (см. рис. 3.5). При этом плавность регулировки ограничивается значением напряжения между двумя смежными витками (0,5—1,0 В). По такому принципу выполняют однофазные и трехфазные трансформаторы и автотрансформаторы мощностью до 250 кВ-А. Однако наличие скользящих контактов снижает надежность и ограничивает применение этих трансформаторов.
Более надежны бесконтактные конструкции регулировочных трансформаторов. Рассмотрим некоторые из них.
Трансформатор с подвижным сердечником. Первичная обмотка этого трансформатора. выполнена из двух катушек, уложенных в кольцевых выемках магнитопровода (рис. 5.1, а). Катушкиw’1 иw’2 включены так, что создают магнитные потоки, направленные встречно друг другу. Внутри неподвижной части магнитопровода расположен подвижный сердечник ПС со вторичной обмоткой w2. При среднем положении ПС в обмотке w2 не наводится ЭДС, так как действие первичных катушек взаимно компенсируется.
Рис. 5.1. Трансформатор с подвижным сердечником
При смещении ПС влево или вправо от среднего положения вторичной обмотки в последней наводится ЭДС 
. При этом фаза (направление) 
зависит от того в зоне какой из первичных катушек находится вторичная обмотка: при перемещении этой обмотки из зоны одной первичной катушки в зону другой катушки фаза ЭДС 
изменится на 180°. Если такой трансформатор включить в сеть аналогично вольтдобавочному трансформатору (см. § 1.15), как это показано на рис. 5.1,6, то, изменяя положение сердечника вторичной обмотки (ПС), можно плавно регулировать вторичное напряжение (продольное регулирование) 
Трансформатор, регулируемый подмагничиваннем шунтов. В последнее время получили применение трансформаторы и автотрансформаторы, регулируемые подмагничиванием шунтов и обозначаемые соответственно ТРПШ и АРПШ.
Рассмотрим принцип действия однофазного трансформатора ТРПШ. Магнитопровод трансформатора состоит из четырех стержней (рис. 5.2, а): двух крайних, называемых главными стержнями, и двух средних, называемыхшунтами. Первичная обмотка состоит из трех катушек: две катушки (w’1гиw’’1г) расположены на главных (крайних) стержнях и одна катушка (w2ш) —на шунтах. При этом все три катушки соединены последовательно и согласно. Вторичная обмотка также состоит из трех последовательно соединенных катушек (w’2Г, w’’2T иw2ш), расположенных аналогично первичным, но катушкаw2швключена встречно относительно катушекw’2rиw’’2r.
Кроме катушек переменного тока ТРПШ имеет две катушки постоянного тока — катушки подмагничиванияwп, расположенные на шунтах и соединенные последовательно.
При включении первичной обмотки в сеть переменного тока катушкиw’1гиw«1r создают переменный магнитный поток Фг, который замыкается по главным стержням и ярмам, сцепляется с катушкамиw’2rиw’’2rи наводит в них ЭДС 
и
. Катушкаw1ш также создает переменный магнитный поток Фш, разделенный на две части, каждая из которых замыкается по одному из шунтов и одному из главных стержней. При этом в одном изстержней (правом) потоки 
и 
складываются, а в другом (левом) — вычитаются. Магнитный поток 
, сцепляясь с катушкойw2ш, наводит в ней ЭДСE2ш, но так какw2швключенавстречно вторичным катушкам главных стержней, то напряжение на выходе трансформатора
(5.1)
Рис. 5.2. Трансформатор, регулируемый подмагничиванием
При прохождении постоянного тока по катушкам подмагничивания wп возрастает магнитное насыщение шунтов, при этом их магнитное сопротивление увеличивается и магнитный поток Фш шунтов уменьшается. В итоге уменьшается ЭДС 
, что ведет к росту вторичного напряжения (5.1). Следовательно, плавному изменению постоянного тока в цепи подмагничивания соответствует плавное изменение напряжения на выходе ТРПШ (рис. 5.2, б).
Электрическое управление вторичным напряжением трансформатора упрощает дистанционное управление трансформатором или же его автоматизацию. Наряду с однофазными существуют трехфазные ТРПШ и АРПШ.
Общие сведения о трансформаторах — Трансформаторы с плавным регулированием напряжения
Способы ступенчатого регулирования напряжения получили наибольшее распространение в сетях среднего напряжения как более простые и надежные. Для получения широких пределов изменения напряжения на выходе трансформатора схемы ступенчатого регулирования малопригодны, так как при этих схемах усложняется переключающая аппаратура, в трансформаторе нарушается равномерное распределение магнитного поля, что приводит к возникновению механических усилий в обмотках, особенно возрастающих при коротких замыканиях. Поэтому лучше регулировать напряжения без переключения витков. Из ряда известных способов такого регулирования приводятся некоторые, представляющие общий интерес, или более перспективные в отношении возможного распространения в сельской электрификации.
Плавное регулирование напряжения возможно при плавном изменении числа включенных в работу витков вторичной обмотки перемещением контактных щеток по неизолированной части внешней поверхности обмотки. Такую конструкцию используют для маломощных автотрансформаторов. В мощных трансформаторах и автотрансформаторах необходимо применить двойные комплекты щеток и сопротивления для ограничения тока при замыкании щетками соседних витков (рис. 71). Вдоль обмотки может передвигаться ряд контактов, раздельно регулирующих напряжения нескольких вторичных цепей. Недостаток этого способа заключается в сравнительно сложной конструкции подвижных щеточных контактов.
Рис. 71. Контакты, перемещающиеся по внешней поверхности обмотки.
Рис. 73. Трансформатор с подматничиваемым шунтом, расположенным вне обмоток переменного тока.
Рис. 72. Схема регулируемого трансформатора с двумя сердечниками с подмагничиванием постоянным током:
1 и 2 — сердечники а и 3 ; 3 — обмотка подмагничивания; 4 — нагрузка.
Принцип плавного регулирования напряжения конструктивно проще реализуется в трансформаторах с элементами, подмагничиваемыми постоянным током. В этом случае нет необходимости в перемещении обмоток или сердечника.
Схема с подмагничиванием раздельных сердечников трансформатора постоянным током дана на рисунке 72. Первичные и вторичные обмотки сердечников соединены последовательно, коэффициенты трансформации должны быть различными. Изменяя магнитную характеристику одного из сердечников, подмагничивая его постоянным током, можно при неизменном значении первичного напряжения U1 получить изменение вторичного напряжения в достаточно широких пределах (до 1,5Uн). Объясняется это тем, что при подмагничивании сердечника увеличивается его насыщение и уменьшается сопротивление взаимоиндукции обмоток на этом сердечнике; соответственно происходит перераспределение первичного напряжения между последовательно соединенными первичными обмотками. При неодинаковых коэффициентах трансформации это приводит к изменению вторичного напряжения. Этой схеме, как бесконтактной, свойственны отсутствие зоны нечувствительности, сравнительно высокое быстродействие и удобство автоматизации изменения подмагничивающего тока в зависимости от требований регулирования напряжения. К недостаткам схемы можно отнести увеличение затрат активных материалов, снижение общего к.п.д. и повышенное потребление реактивной мощности.
Рис. 74. Схема регулирования напряжения автотрансформатора с подвижной короткозамкнутой катушкой.
В отличие от конструкций с двумя сердечниками трансформаторы, регулируемые подмагничиванием шунтов, выполняют, как правило, в виде единой конструкции.
На рисунке 73 показана конструкция, в которой первичная, вторичная и обмотка магнитного шунта расположены самостоятельно на отдельных стержнях.
Магнитный поток первичной обмотки делится на поток Ф2, сцепляющийся со вторичной обмоткой, и поток Фш, проходящий по стержню магнитного шунта. Изменение магнитного сопротивления шунта подмагничиванием меняет и поток Ф2 и, следовательно, вторичное напряжение трансформатора 2.
Раздельное расположение основных обмоток, ослабляя магнитную связь между ними, приводит к большому рассеянию, что является недостатком данной конструкции. Для снижения рассеяния магнитные шунты вместе с их обмотками размещают между силовыми обмотками трансформатора.
Схемы с магнитными шунтами обеспечивают регулирование напряжения в более широких пределах, чем с раздельными сердечниками, однако их распространение ограничено в основном трансформаторами малых мощностей.
На рисунке 74 показаны схема и устройство автотрансформатора с подвижной короткозамкнутой катушкой. Такой автотрансформатор можно использовать как регулятор для изменения под нагрузкой в широких пределах вторичного напряжения U2 при практически неизменном напряжении 1 и как стабилизатор для поддержания на одном уровне изменяющегося в некоторых пределах подведенного напряжения U1.
Неподвижные катушки А, Б, В и Г автотрансформатора расположены на среднем стержне замкнутого сердечника. За счет встречной намотки витков катушек А и В приложенное напряжение U1 создает в сердечнике два противоположно направленных магнитных потока.
Концентрически по отношению к катушкам А и В расположена равная им по высоте подвижная катушка Я. В зависимости от расположения катушки Я приложенное напряжение будет различно распределяться между катушками А и В. Пусть катушка П расположена вверху, концентрически охватывая катушку В. Катушки В и П представят трансформатор в режиме короткого замыкания. Напряжение короткого замыкания на первичной обмотке В такого трансформатора мало. Напряжение U1 приходится в основном на катушку А.
Последняя в соединении с катушкой Б представляет автотрансформатор с согласным включением обмоток. На зажимах ах возникает напряжение 
где AUв — надбавка напряжения за счет катушки Б.
При перемещении из крайнего верхнего положения в нижнее режим короткозамкнутого трансформатора воспроизведут катушки А и П. Напряжение U1 придется теперь в основном на катушку В, соединенную встречно с катушкой Г по схеме автотрансформатора. Напряжение на вторичной стороне ах
.В промежуточных положениях
при перемещении катушки Я между крайними положениями вторичное напряжение будет плавно меняться в пределах от U’2 до U"9.
К недостаткам автотрансформатора рассмотренного типа относятся значительный ток холостого хода, относительно большие потери напряжения. некоторая сложность и недостаточная надежность конструкции. При малых выдержках времени и отсутствии надежной тормозной системы в процессе регулирования может произойти перерегулирование.
Плавное регулирование, несмотря на свойственные ему преимущества, на трансформаторах средней и большой мощности не получило практического применения из-за трудного выполнения и высокой стоимости.
Кхъ. Варианты тестовых заданий по дисциплине Электротехника и электроника
8. Какое напряжение допустимо в особо опасных условиях?
в)12 В г ) 380 / 220 В
9. В соответствии с требованиями к защите от воздействий окружающей среды электродвигатели выполняются:
а) защищенными б) закрытыми
в)взрывобезопасными г ) все перечисленными
10. Какой ток наиболее опасен для человека при прочих равных условиях?
а)Постоянный б) Переменный с частотой 50 Гц
в)Переменный с частотой 50 мГц г) Опасность во всех случаях
11.Какое напряжение допустимо в помещениях с повышенной опасностью ?
в)12 В г ) 180 / 220 В
12.Укажите наибольшее и наименьшее напряжения прикосновения, установленные правилами техники безопасности в зависимости от внешних условии:
а)127 В и 6 В б) 65 В и 12 В
в) 36 В и 12 В г) 65 В и 6 В
13.Защитное заземление применяется для защиты электроустановок (металлических частей) …
а) не находящихся под напряжением б) Находящихся под напряжением
в) для ответа на вопрос не хватает данных
14.От чего зависит степень поражения человека электрическим током?
а) От силы тока б) от частоты тока
в) от напряжения г) От всех перечисленных факторов
15.Какая электрическая величина оказывает непосредственное физическое воздействие на организм человека?
а) Воздушные б) Кабельные
в) Подземные г) Все перечисленные
16. Сработает ли защита из плавких предохранителей при пробое на корпус двигателя: 1) в трехпроводной 2) в четырехпроводной сетях трехфазного тока?
а) 1) да 2) нет б) 1) нет 2) нет
в) 1) да 2) нет г) 1) нет 2) да
17.Какие части электротехнических устройств заземляются?
а) Соединенные с токоведущими деталями б) Изолированные от токоведущих деталей
в) Все перечисленные г) Не заземляются никакие
18. Опасен ли для человека источник электрической энергии, напряжением 36 В?
а) Опасен б) Неопасен
в) Опасен при некоторых условиях г) Это зависит от того, переменный ток или
Раздел 5 «Трансформаторы»
1.Какие трансформаторы используются для питания электроэнергией бытовых потребителей?
а) измерительные б) сварочные
в) силовые г) автотрансформаторы
2.Изиерительный трансформатор тока имеет обмотки с числом витков 2 и 100. Определить его коэффициент трансформации.
3.Какой прибор нельзя подключить к измерительной обмотке трансформатора тока?
а) Амперметр б) Вольтметр
в) Омметр г) Токовые обмотки ваттметра
4. У силового однофазного трансформатора номинальное напряжение на входе 6000 В, на выходе 100 В. Определить коэффициент трансформации.
5. При каких значениях коэффициента трансформации целесообразно применять автотрансформаторы
в) k ≤ 2 г) не имеет значения
6. почему сварочный трансформатор изготавливают на сравнительно небольшое вторичное напряжение? Укажите неправильный ответ.
а) Для повышения величины сварочного тока при заданной мощности. б) Для улучшения условий безопасности сварщика
в) Для получения крутопадающей внешней характеристики г) Сварка происходит при низком напряжении.
7.Какой физический закон лежит в основе принципа действия трансформатора?
а) Закон Ома б) Закон Кирхгофа
в) Закон самоиндукции г) Закон электромагнитной индукции
8. На какие режимы работы рассчитаны трансформаторы 1) напряжения , 2) тока?
а) 1) Холостой ход 2) Короткое замыкание б) 1) Короткое замыкание 2) Холостой ход
в) оба на ежим короткого замыкания г ) Оба на режим холостого хода
9.Как повлияет на величину тока холостого хода уменьшение числа витков первичной обмотки однофазного трансформатора?
а) Сила тока увеличится б) Сила тока уменьшится
в) Сила тока не изменится г) Произойдет короткое замыкание
10. Определить коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока, если его номинальные параметры составляют 1 = 100 А ; 1 = 5 А?
в) k = 0,05 г) Для решения недостаточно данных
11. В каком режиме работают измерительные трансформаторы тока (Т Т) и трансформаторы напряжения (ТН). Указать неправильный ответ:
а) Т Т в режиме короткого замыкания б) ТН в режиме холостого хода
в) Т Т в режиме холостого хода г) ТН в режиме короткого замыкания
12. К чему приводит обрыв вторичной цепи трансформатора тока?
а) К короткому замыканию б) к режиму холостого хода
в) К повышению напряжения г) К поломке трансформатора
13.В каких режимах может работать силовой трансформатор?
а) В режиме холостого хода б) В нагрузочном режиме
в) В режиме короткого замыкания г) Во всех перечисленных режимах
14.Какие трансформаторы позволяют плавно изменять напряжение на выходных зажимах?
а) Силовые трансформаторы б) Измерительные трансформаторы
в) Автотрансформаторы г) Сварочные трансформаторы
15.Какой режим работы трансформатора позволяет определить коэффициент трансформации?
а) Режим нагрузки б) Режим холостого хода
в) Режим короткого замыкания г) Ни один из перечисленных
16. Первичная обмотка трансформатора содержит 600 витков, а коэффициент трансформации равен 20. Сколько витков во вторичной обмотке?
а) Силовые трансформаторы б) Измерительные трансформаторы
в) Автотрансформаторы г) Сварочные трансформаторы
17. Чем принципиально отличается автотрансформаторы от трансформатора?
а) Малым коэффициентом трансформации
б) Возможностью изменения коэффициента трансформации
в) Электрическим соединением первичной и вторичной цепей
18. Какие устройства нельзя подключать к измерительному трансформатору напряжения?
а) вольтметр б) амперметр
в) обмотку напряжения ваттметра г) омметр
Раздел 6 «Асинхронные машины»
1.Частота вращения магнитного поля асинхронного двигателя 1000 об/мин. Частота вращения ротора 950 об/мин. Определить скольжение.
2.Какой из способов регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя самый экономичный?
а) Частотное регулирование б) Регулирование измерением числа пар полюсов
в) Реостатное регулирование г) Ни один из выше перечисленных
3.С какой целью при пуске в цепь обмотки фазного ротора асинхронного двигателя вводят дополнительное сопротивление?
а) Для получения максимального начального пускового момента.
б) Для получения минимального начального пускового момента.
в) Для уменьшения механических потерь и износа колец и щеток г) Для увеличения КПД двигателя
4.Определите частоту вращения магнитного поля статора асинхронного короткозамкнутого двигателя, если число пар полюсов равна 1, а частота тока 50 Гц.
а) 3000 об/мин б) 1000 об/мин
в) 1500 об/мин г) 500 об/мин
5.Как изменить направление вращения магнитного поля статора асинхронного трехфазного двигателя?
а) Достаточно изменить порядок чередования всех трёх фаз б) Достаточно изменить порядок чередования двух фаз из трёх
в) Достаточно изменить порядок чередования одной фазы г) Это сделать не возможно
6.Какую максимальную частоту вращения имеет вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя при частоте переменного тока 50 Гц?
а) 1000 об/мин б) 5000 об/мин
в) 3000 об/мин г) 100 об/мин
7.Перегрузочная способность асинхронного двигателя определяется так:
а) Отношение пускового момента к номинальному
б) Отношение максимального момента к номинальному
в) Отношение пускового тока к номинальному току
г) Отношение номинального тока к пусковому
8.Чему равна механическая мощность в асинхронном двигателе при неподвижном роторе? (S=1)
ТРАНСФОРМАТОРЫ С ПЛАВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ
Трансформаторы со скользящими контактами. Для плавного регулирования выходного напряжения трансформатора применяют контактные щетки, скользящие по неизолированной внешней поверхности вторичной обмотки, вследствие чего изменяется число включаемых в работу витков обмотки. Такой метод широко используется в маломощных лабораторных автотрансформаторах — ЛАТРах. С повышением мощности трансформаторов и автотрансформаторов применяют двойные комплекты щеток с включенными между ними резисторами для ограничения тока к. з. при замыкании щетками соседних витков.
Трансформаторы с подвижной вторичной обмоткой. Такие трансформаторы имеют броневой магнитопровод с двумя первичными обмотками и подвижным средним стержнем, на котором размещена вторичная обмотка. При перемещении подвижного стержня плавно изменяется взаимоиндуктивность вторичной обмотки с каждой из первичных обмоток, вследствие чего вторичное напряжение изменяется от +Umax до — Umax.
Трансформаторы, регулируемые подмагничнванием шунтов. Плавное регулирование выходного напряжения трансформатора можно осуществить также путем подмагничивания его магнитопровода постоянным током. Существует большое число конструкций трансформаторов с подмагничнванием. Их основными регулирующими элементами являются подмагничиваемые магнитные шунты, поэтому они называются трансформаторами и автотрансформаторами, регулируемыми подмагничиванием шунтов (ТРПШ и АРПШ).
На рис. 2.61,а изображена схема однофазного четырехстержневого ТРПШ. Магнитная система такого трансформатора состоит из двух главных стержней и двух магнитных шунтов. На главных стержнях размещены первичная и вторичная обмотки, на стержнях магнитных шунтов — обмотка подмагничивания, состоящая из двух катушек. Основной поток Ф замыкается через главные стержни, а поток подмагничивания Фпм — через магнитные шунты. Потоки рассеяния Фσ1 и Фσ2 первичной и вторичной обмоток, сдвинутые по фазе приблизительно на 180°, замыкаются в основном через магнитные шунты. Катушки обмотки подмагничивания соединены последовательно так, что создаваемые ими магнитные потоки складываются, а ЭДС, индуцируемые в них потоками рассеяния Фσ1 и Фσ2, взаимно компенсируются.
Трансформатор работает следующим образом. При отсутствии постоянного тока I пм в обмотке подмагничивания потоки Фσ1 и Фσ2 имеют максимальную, а основной поток Ф — минимальную величину. При этом вторичное напряжение U2 минимальное. При прохождении по обмотке подмагничивающего тока магнитные шунты насыщаются и их магнитное сопротивление возрастает. Это приводит к уменьшению потоков Фσ1 и Фσ2, увеличению потока Ф и повышению напряжения U2. Регулируя подмагничивающий ток, можно плавно изменять вторичное напряжение U2.
На рис. 2.61,6 показана схема однофазного ТРПШ с составным магнитопроводом. В этом трансформаторе магнитопровод главных стержней и магнитопроводы магнитных шунтов отделены друг от друга изоляционными прокладками. Первичная обмотка охватывает главные стержни и магнитные шунты, а вторичная обмотка — только главные стержни. Обмотка подмагничивания состоит из двух катушек и охватывает магнитные шунты.
При отсутствии постоянного тока в обмотке подмагничивания магнитный поток Ф1трансформатора, создаваемый первичной обмоткой, равномерно распределяется между главными стержнями и магнитными шунтами. При этом во вторичной обмотке индуцируется минимальное напряжение Vmin. При прохождении по обмотке подмагничивания постоянного тока I пм магнитные шунты насыщаются и их магнитное сопротивление возрастает. При этом уменьшаются проходящие по ним магнитные потоки Фш, поток Ф1 вытесняется в главные стержни и проходящий по ним поток Ф2 увеличивается. Это приводит к возрастанию напряжения U2, индуцируемого во вторичной обмотке. Когда магнитные шунты полностью насыщены, магнитный поток Ф2 в главных стержнях максимальный и с трансформатора снимается максимальное напряжение U mах. Таким образом, изменяя ток подмагничивания I пм, можно плавно регулировать вторичное напряжение трансформатора.
6. Принцип действия бесколлекторных машин. Принцип действия синхронного генератора и асинхронного двигателя.
Принцип работы БМ основан на том, что контроллер ВД коммутирует обмотки статора так, чтобы вектор магнитного поля статора всегда был ортогонален вектору магнитного поля ротора. С помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) контроллер управляет током, протекающим через обмотки ВД, т.е. вектором магнитного поля статора, и таким образом регулируется момент, действующий на ротор ВД. Знак у угла между векторами определяет направление момента действующего на ротор.
Градусы при расчете — электрические. Они меньше геометрических градусов в число пар полюсов ротора. Например, в ВД с ротором имеющим 3 пары полюсов оптимальный угол между векторами будет 90°/3 = 30°
Коммутация производится так, что поток возбуждения ротора — Ф0 поддерживается постоянным относительно потока якоря. В результате взаимодействия потока якоря и возбуждения создаётся вращающий момент M, который стремится развернуть ротор так, чтобы потоки якоря и возбуждения совпали, но при повороте ротора под действием ДПР происходит переключение обмоток и поток якоря поворачивается на следующий шаг.
В этом случае и результирующий вектор тока будет сдвинут и неподвижен относительно потока ротора, что и создаёт момент на валу двигателя.
В двигательном режиме работы МДС статора опережает МДС ротора на угол 90°, который поддерживается с помощью ДПР. В тормозном режиме МДС статора отстаёт от МДС ротора, угол 90° так же поддерживается с помощью ДПР.
Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, кото-рое, пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. При подключении к генератору нагрузки генератор будет являться источником переменного тока.
Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля.
7. Статор бесколлекторных машин. Устройство статора бесколлекторной машины и понятия об обмотках статора.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: