Как определяется коэффициент трансформации однофазного трансформатора?

Частота вращения магнитного поля статора зависит от числа пар полюсов р:

n1 = 60 xf1/p,

где р – число пар полюсов определяется числом катушек в каждой фазе обмотки статора при сохранения сдвига фаз в 1200;

f1 – частота тока питающей сети. В России частота составляет 50 Гц.

8.2 Скольжение и частота вращения ротора.

Частота вращения ротора n2всегда меньше частоты вращения магнитного поля n1, т. е. ротор отстает от вращающегося поля – только при этом условии в проводниках ротора наводится ЭДС, протекает ток и создается вращающийся момент. Вот почему двигатель и получил название асинхронного.

Величина, показывающая, во сколько раз относительная скорость ротора меньше скорости вращения магнитного статора, называется скольжением двигателя S

S =

отсюда

n2 = n1 x (1-S).

В момент пуска (n2 = 0) скольжениеS=1; в 1номинальном режиме

S = 0,02 ÷ 0,08.

Частота тока в обмотке ротора:

Длязакрепление материала предлагаются задачи:

Задача 8.1

Определить частоту вращения ротора асинхронной машины, если число пар полюсов р = 4, величина скольжения S = 4%, частота f1 = 50 Гц.

Задача 8.2

Напряжение сети 220 В. В паспорте асинхронного двигателя указано напряжение 127/220 В. Как должны быть соединены обмотки статора двигателя при номинальном режиме?

Задача 8.3

Почему магнитопровод набирается из тонких листов электротехнической стали, изолированных лаком друг от друга?

Задача 8.4

Какие материалы используется для изготовления короткозамкнутой обмотки ротора?

Задача 8.5

Чему был бы равен ток в обмотке ротора, если бы ротор вращался с частотой, равной частоте вращения магнитного поля статора?

Задача 8.6

Частота вращения ротора асинхронного двигателя относительно вращающегося магнитного поля статора равна 60 об/мин. Определить частоту тока в обмотке ротора при р = 1.

9. СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Синхронные машины – электрические машины переменного тока, у которых частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля статора (отсюда их название – синхронные ).

9.1 Устройство, принцип действия синхронных машин.

Рис. 9.1.

Синхронная машина вне зависимости от режима работы (двигатель или генератор) состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора (рис. 9.1).

Статор состоит из цилиндрического сердечника 1 (размещенного в корпусе), набранного из отдельных пластин электротехнической стали, в продольных пазах которого уложенатрехфазная обмотка 2.

Ротор представляет собой электромагнит 3 постоянного тока, который создает магнитное поле, вращающееся вместе с ротором. Ротор имеет обмотку возбуждения 4, которая через специальные контактные кольца питается постоянным током от выпрямителя или от относительного небольшого генератора постоянного тока (возбудителя).

Поскольку частота вращения ротора и магнитного поля одинаковы, в обмотке ротора не индицируются токи, поэтому обмотка ротора получает питание от источника постоянного тока.

Роторы синхронных генераторов бывают 2-х типов: с явно выраженными и неявновыраженными полосами. Роторы с явно выраженными полосами применяются в сравнительно тихоходных машинах (n = 80 – 1000 об/мин), например, в гидрогенераторах; они имеют значительное число полюсов (до 96), на которых размещены катушки возбуждения.

Большой механической прочностью обладает ротор с неявновыраженными полосами, когда на внешней поверхности сердечника ротора в продольных пазах закладывается обмотка возбуждения. Такие машины используются в паро — и газогенераторах (n = 1000 – 3000 об/мин).

Поверхность полюсных наконечников в явнополюсных роторах имеют такой профиль и обмотка возбуждения в неявнополюсных роторах распределяется в пазах сердечнике так, что создаваемые ими магнитные поля распределяются в воздушном зазоре по закону, близкому к синусоидальному.

Работа синхронного генератора основана на явлении электромагнитной индукции. При холостом ходе обмотка статора разомкнута, и магнитное поле машины создается только обмоткой возбуждения ротора. При вращения ротора от приводного двигателя магнитное поле ротора пересекает фазные обмотки статора и наводит в них ЭДС, изменяющуюся по синусоидальному закону.

Индуцированная ЭДС пропорциональна магнитному потоку машины и частоте вращения ротора. Изменяя ток возбуждения, можно регулировать магнитный поток ротора и пропорциональную ему ЭДС генератора. В нагруженном генераторе по обмоткам статора протекает ток, который создает свое вращающиеся магнитное поле. Вступая во взаимодействие с магнитным полем ротора, магнитное поле статора образует результирующий магнитный поток машины.

На подавляющем большинстве крупных электростанций установлены трехфазные синхронные генераторы.

Принцип действия синхронного двигателя основан на явлении притяжения разноименных полюсов двух магнитных полей – статора и ротора. При этом независимо от нагрузки ротор всегда вращается с постоянной частотой n2, равной частоте вращения магнитного поля статора n1 :n2 = n1 = 60f/p. Поэтому синхронные двигатели, несмотря на их недостатки (сложнее по конструкции, чем асинхронные, поэтому и дороже; их пуск протекает сложнее) целесообразно применять там, где не требуется часто останавливать и пускать механизмы или регулировать их скорость.

Для закрепление материала предлагаются задачи:

Задача 9.1.

Какой тип ротора имеет синхронный генератор, приводимый в действие паровой турбиной? Чему при этом равна частота ротора?

Задача 9.2.

Какая из представленных механических характеристик соответствует синхронному двигателю?

Задача 9.3.

Если двухполюсный ротор синхронного генератора вращается с частотой 3000 об/мин, то чему при этом равна частота тока?

10. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

10.1. Полупроводниковые приборы

Основой полупроводниковых приборов, являются четырехвалентные кремний и германий. В кристаллической решетке полупроводника каждый атом связан с четырьмя соседними с помощью двух валентных электронов – по одному от каждого атома. Такая связь называется ковалентной. При её образовании электрон принадлежит уже не одному, а обоим связанным между собой атомам, т. е. является для них общим. В результате вокруг каждого ядра образуется восьмиэлектронная оболочка, устойчивая к внешним воздействиям (рис 10.1).

Рис 10.1

Так как все валентные электроны прочно связаны между собой, свободных электронов, способных обеспечить электропроводность, нет.

Для создания полупроводниковых элементов широко применяют примесные полупроводники: с четырехвалентными германием и кремнием используют пятивалентные примеси (мышьяк, сурьму, фосфор) и трехвалентные примеси (бор, алюминий, индий, галлий).

В случае пятивалентной примеси четыре валентных электрона примесного атома совместно с четырьмя электронами соседних атомов основного вещества образуют ковалентные связи, а пятый валентный электрон оказывается лишним (рис. 10.2).

В таких полупроводниках электропроводность обеспечивается избытком свободных электронов. Их называют полупроводниками n-типа, а примеси – донорными.

Рис 10.2

При введении трехвалентной примеси в одной из ковалентных связей примесного атома и атома основного полупроводника отсутствует электрон, т. е. образуется дырка (рис 10.3).

Рис 10.3

Дырки в таких полупроводниках становятся основными носителями зарядов, создавая эффект перемещения положительных зарядов. Трехвалентные примеси называют акцепторными, а полупроводники с такой примесью – полупроводниками p-типа.

10.1.1. Полупроводниковые диоды – приборы с двумя выводами и одним p-n-переходом.

Одним из вариантов конструкции и условное обозначение полупроводникового диода, его вольтамперная характеристика (ВАХ) p-n-перехода приведены на рис 10.4 а), б), с) соответственно.

Рис 10.4

При подаче к диоду прямого напряжения диод открыт и пропускает прямой ток, при этом падение напряжения на нем составляет десятые доли вольт. При подаче обратного напряжения диод заперт и до достижения его значения Uобр. макс. через диод протекаем пренебрежимо малый обратный ток Iо. При подаче обратного напряжение Uобр.>Uобр. макс. наступает пробой p-n-перехода, при котором обратный ток Iобр. резко возрастает.

Различают два вида пробоя: электрический (обратимый) и тепловой (необратимый, выводящий полупроводниковый диод из строя). Под воздействием сильного электрического поля электроны освобождаются от ковалентных связей и получают достаточную энергию для преодоления потенциального барьера, что приводит к резкому увеличению обратного тока. Если обратный ток не ограничивать, то наступивший электрический пробой перейдет в тепловой, т. е. к выводу диода из строя.