Электрические машины и трансформаторы

   Рекуперативное  торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется в том случае, когда включенный в сеть электродвигатель вращается исполнительным механизмом со скоростью, превышающей скорость идеального холостого хода. Тогда э. д. с, наведенная в обмотке двигателя, превысит значение напряжения сети, ток в обмотке двигателя изменяет направление на противоположное. Электродвигатель переходит на работу в генераторном режиме, отдавая энергию в сеть. Одновременно на его валу возникает тормозной момент. Такой режим может быть получен в приводах подъемных механизмов при опускании груза, а также при регулировании скорости двигателя и во время тормозных процессов в электроприводах постоянного тока.

   Рекуперативное  торможение двигателя постоянного  тока является наиболее экономичным способом, так как в этом случае происходит возврат в сеть электроэнергии. В электроприводе металлорежущих станков этот способ применяют при регулировании скорости в системах Г - ДПТ и ЭМУ - ДПТ.

   Торможение  противовключением  электродвигателя постоянного  тока осуществляется путем изменения полярности напряжения и тока в обмотке якоря. При взаимодействии тока якоря с магнитным полем обмотки возбуждения создается тормозной момент, который уменьшается по мере уменьшения частоты вращения электродвигателя. При уменьшении частоты вращения электродвигателя до нуля электродвигатель должен быть отключен от сети, иначе он начнет разворачиваться в обратную сторону. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3.Внешняя  характеристика трансформатора.

      При колебаниях нагрузки трансформатора его  вторичное напряжение меняется. В этом можно убедится, воспользовавшись упрощенной схемой замещения трансформатора (см. рис. 1.), из которой следует, что

      

      Рис. 1. Упрощенные схемы замещения (а) и   векторная диаграмма (б) трансформатора 

      Измерение вторичного напряжения трансформатора при увеличении нагрузки от х.х. до номинальной  является важнейшей характеристикой  трансформатора и определяется выражением

      

   (1.1)

      

      Рис. 2. К выводу формулы

      Для определения  воспользуемся упрощенной векторной диаграммой трансформатора, сделав на ней следующее дополнительное построение (рис.2.). Из точки А отпустим перпендикуляр на продолжение вектора , получим точку D. С некоторым допущением будем считать, что отрезок представляет собой разность , где , тогда

      

  (1.2)

      Измерение вторичного напряжения (1.1) с учетом (1.2) примет вид

      

  (1.3)

      Обозначим (U_k.a./U_1ном)100=U_k.a.; (U_k.p./U_1ном)100=U_k.p., тогда выражение изменения вторичного напряжения трансформатора при увеличении нагрузки примет вид

      

   (1.4)

      Выражение (1.4) дает возможность определить изменение вторичного напряжения лишь при номинальной нагрузке трансформатора. При необходимости расчета измерение вторичного напряжения для любой нагрузки в выражение (1.4) следует ввести коэффициент нагрузки, представляющий собой относительное значение тока нагрузки b=I₂/I_2ном

      

   (1.5)

      из  выражения (1.5) следует, что изменение вторичного напряжения зависит не только от величины нагрузки трансформатора (b), но и от характера этой нагрузки (j₂).

      

      Рис. 3. Зависимость

от величины нагрузки (а) и коэффициента мощности нагрузки (б) трехфазного трансформатора (100 кВ·А, 6,3/0,22 кВт, u_r=5,4%, cosj_r=0,4) 

      На  рис. 3, а представлен график зависимости при cosj₂=const, а на рис. 3, б – график при b=const. На этих графиках отрицательные значения при работе трансформатора с емкостной нагрузкой соответствуют повышению напряжения при переходе от режима х.х. к нагрузке. Имея в виду, что получим еще одно выражение для расчета изменения вторичного напряжения при любой нагрузке:

      

  (1.6)

      Из (1.6) следует, что наибольшее значение изменения напряжения имеет место при равенстве углов фазового сдвига j₂=j_к, тогда cos(j_k-j₂)=1.

      Зависимость вторичного напряжения трансформатора от нагрузки называют внешней характеристикой. Напомним, что в силовых трансформаторах за номинальное напряжение на зажимах вторичной обмотки в режиме х.х. при номинальном первичном напряжении .

      

      Рис. 4. Внешние характеристики трансфоматора.

      Вид внешней характеристики (рис. 4) зависит от характера нагрузки трансформатора (cosj₂). Внешнюю характеристику трансформатора можно построить по (1.6) путем расчета для разных значений b и cosj₂. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задача№1

Для двигателя  параллельного возбуждения со следующими техническими данными: U_н= 220 В; I_н =14,58 А;  R_{а 20}^._с =1,48 Ом;  R_в20^._с =372 Ом;  Ф = 0,0058 Вб; t_раб =70^оС;  число проводников обмотки якоря N=1218; число полюсов 2р= 4; число параллельных ветвей 2а =2; определить ЭДС якоря Е_а; частоту вращения n и электромагнитный вращающий момент М. Падение напряжения в щеточном контакте пренебречь.

   Решение.

   1) Находим сопротивление обмоток при рабочей температуре. 
 

   2) Находим токи в обмотках.

Возбуждения    

Якоря

0,5=14,08 А;

    3) Находим ЭДС в обмотке якоря.  

 

   4) Из уравнения , находим частоту вращения якоря. 

   5) Находим электромагнитный вращающий момент. 

   Ответ:    
 
 
 
 

Задача№2

    Для трехфазного силового трансформатора известны технические данные: номинальная мощность трансформатора номинальное первичное напряжение   номинальное вторичное напряжение мощность потерь холостого хода мощность потерь КЗ мощность нагрузки коэффициент мощности нагрузки напряжение КЗ   число витков первичной обмотки   магнитная индукция в сердечнике схема и группа соединений Y/Y-0; а так же при и построить график.

    Определить: номинальные токи трансформатора   коэффициент нагрузки трансформатора токи в обмотках трансформатора при заданной нагрузке   напряжение КЗ в вольтах  КПД трансформатора при заданной нагрузке номинальный КПД трансформатора напряжение на зажимах вторичной обмотки при заданной нагрузке трансформатора магнитный поток в сердечнике трансформатора сечение сердечника трансформатора Q; число витков вторичной обмотки .

  

 Решение.

   1) Находим номинальные токи трансформатора. 
 

   2)  Находим коэффициент нагрузки  трансформатора. 

   3) Находим токи в обмотках трансформатора  при заданной нагрузке.

      

4) Находим напряжение КЗ в вольтах 

где 

   5) Находим КПД трансформатора при  заданной нагрузке. 
 

   6) Находим напряжение на зажимах  вторичной обмотки при заданной  нагрузке трансформатора. 

Где  
 
 

   7)Найдем  магнитный поток в сердечнике трансформатора. 

где

   8) Находим сечение сердечника трансформатора. 

   9) Находим число витков вторичной  обмотки. 

где

Для построения графика составим таблицу.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы.

1.М.М. Кацман « Электрические машины» 1990 г.