Электротехника как понятие

Можно воспользоваться  группой из 3-х однофазных ТРФ, обмотки которых могут быть соединены либо « », либо «∆». На практике чаще применяют трехфазный ТРФ, который выполнен на одном магнитопроводе. При изготовлении на каждый стержень наматывают по две обмотки: низкого напряжения, а на нее высокого.

Выводы обмоток  обозначают:

• Для обмоток низкого напряжения:

• Начала обмоток: A, B, C
• Концы обмоток: a, b, c

• Для обмоток высокого напряжения:

• Начала обмоток: X, Y, Z
• Концы обмоток: x, y, z

Чаще обмотки трехфазного ИРФ соединяют « », т.к.  это простой и дешевый способ. Каждая обмотка рассчитана только на фазное напряжение и линейный ток.

Соединение «∆» более  удобное, но применяют его при  больших I и в тех случаях, когда нагрузки могут быть подключены без нулевого провода.

2. Автотрансформатор – ТРФ, у которого обмотка низкого напряжения является частью обмотки высокого напряжения.

У него одна обмотка имеет 2 режима работы (холостого хода и режим с нагрузкой).

Изготовляют их со скользящим контактом, что позволяет плавно регулировать выходное напряжение.

Если часть обмотки  сделать первичной, а всю обмотку  вторичной, то автотрансформатор будет  повышающим.

 

3. Измерительные ТРФ:

• ТРФ тока (могут изменять до 600А)
• ТРФ напряжения (могут измерять до 2000В)

В технике больших токов  и высоких напряжений изменения  электровеличин производят только измерительным ТРФ.

 

ТРФ тока состоит: сердечник и 2 обмотки. Первичная содержит небольшое количество витков и ее включают последовательно с нагрузкой, а к вторичной подключают амперметр.

ТРФ  тока применяют для определения силы тока, для включения токовых обмоток ваттметров (измерения мощности). Один и тот же ТРФ тока можно использовать для одновременного включения нескольких измерительных приборов (не больше 2-х). Эти ТРФ устанавливают так, чтобы номинальный ток вторичной обмотки составлял 5А.

 

ТРФ напряжения состоит: также из сердечника и 2-х обмоток. Первичная обмотка содержит значительно больше витков, чем вторичная, и на первичную подается изменяемое напряжение, а ко вторичной подсоединяют вольтметр (измеряет напряжение). ТРФ изготавливают так, чтобы номинальное напряжение вторичной обмотки было 100В.

Для безопасности персонала  один зажим вторичной обмотки  и стальной кожух  ТРФ заземляют.

 

Пояснения к решениям задач.

На практике КПД ТРФ  определяют косвенным методом, т.е. путем раздельного определения  путей.

 

Р_ст – потери в стали

Р_м – потери в меди

Электрические машины переменного тока.

 

Делятся на 2 группы:

• Генераторы – служат для преобразования механической энергии в электрическую.
• Двигатели – преобразуют электрическую энергию в механическую.

 

Машины переменного  тока бывают:

• Синхронные (Скорость вращения ротора совпадает со скоростью вращения  магнитного поля статора)
• Асинхронные (Ротор вращается с меньшей скоростью, чем магнитное поле статора)

 

Все электромашины переменного  тока обратимы, т.е. могут работать как генераторы и как двигатели.

 

Асинхронные машины.

Устройство:

• Статор
• Ротор
• Сердечник – цилиндр, собранный из пластин электростали. Имеет пазы, куда укладывается обмотка. Начала и концы обмоток статора выводятся на щиток корпуса.

 

Скорость вращения магнитного поля определяется формулой:

 

 

f – частота переменного тока (50Гц)

60 – потому что n в минуту

* – число полюсов

S – скольжение

(n₁ – n₂) – скорость скольжения

Скольжение двигателя  при номинальной нагрузке 3-7%.

 

 

М – вращающий момент двигателя

Ф – магнитное поле статора

I₂ – ток ротора

С – коэффициент, зависящий  от конструкции и типа двигателя

 

Рабочие характеристики двигателя:

• Р₁ – потребляемая мощность
• I – потребляемый ток
• cos₁ – коэффициент мощности
• n₂ – скорость вращения двигателя
• КПД
• М – вращающийся момент

При небольших нагрузках  КПД определяется: 

Р_мех – механические потери

 

 

Синхронные  машины.

 

 

Устройство:

• Ротор – представляет собой систему вращающихся электромагнитов; питаются постоянным током, который поступает в ротор.
• Статор – в обмотках статора под действием вращающегося магнитного поля наводится ЭДС и она подается на внешнюю цепь машины.

 

Скорость вращения:

 

ЭДС в каждой обмотке статора  определяется:   

С – коэффициент, учитывающий конструкцию  и тип машины

Ф – магнитный поток

n – скорость вращения ротора

 

Характеристики:

• Характеристика холостого хода: зависимость ЭДС генератора от тока

 

На холостом ходу создается  ЭДС только главным магнитным  потоком

• Внешняя характеристика. Характеризует его электрические свойства и представляет зависимость напряжения от тока нагрузки.

 

• Регулировочная характеристика. Зависимость тока возбуждения генератора от тока нагрузки.

 

Показывает как выбрать ток возбуждения, при котором напряжение на зажимах машины оставалось бы постоянным при изменении нагрузки.

 

Показатели синхронного двигателя:

• Р₁ – потребляемая мощность
• I₁ – потребляемый ток
• cos₁ – коэффициент мощности
• КПД
• М – вращающий момент

 

Машины  постоянного тока.

Достоинства: допускают плавное регулирование скорости вращения в широких пределах и создают при этом большой пусковой момент, поэтому двигатели постоянного тока применяют в качестве тяговых для трамваев, троллейбусов, метро, электровозов.

 

Генераторы постоянного тока используют для питания электрических ванн, электромагнитов.

 

Устройство:

• Станина (неподвижная часть, где находятся главные полюсы с обмотки)
• Якорь (помещается внутри станины, имеет форму цилиндра)
• Коллектор (Состоит из медных пластин; жестко укреплен на валу якоря, где крепится и вентилятор)

 

Машины постоянного тока часто  делают многополюсными.

 

Все машины постоянного тока обратимы (могут использоваться как генераторами, так и двигателями)

 

Мощность генератора определяется: , 

F – сила действующая на якорь (Н)

U – линейная скорость

 

  →

n – частота вращения якоря (с или мин)

d – диаметр якоря (мм)

Двигатели постоянного  тока.

Работа его основана на взаимодействии проводника с током с постоянным магнитным полем.

Устройство такое же.

 

Пусковой ток: 

R_я – сопротивление якоря

R_n – сопротивление пускового реостата

 

Напряжение в якоре:  

Ток в якоре:  

е – ЭДС,   n:[об/мин]

Скорость вращения двигателя:   

С – коэффициент, зависящий от типа двигателя (безразмерная)

Ф – магнитный потов (Вб «вебер»)

 

Характеристики двигателя:

1. Скоростная:

I_в = const – ток возбуждения

U = const

Изменение скорости вращения может  происходить за счет изменения нагрузки и магнитного пока.

 

2. Регулировочная. Применяют для этого регулировочный реостат.

 

Применяют когда необходимы большой пусковой момент, постоянная скорость при изменяющейся нагрузке.

 

 

Электрические измерения.

 

 

Для контроля режима электрических цепей приходится измерять ряд физических величин – ток, напряжение, мощность и т.д. А в цепях переменного тока измеряют: частоту, амплитуду и период.

 

Измерения – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных тех. средств, эти средства – электроизмерительные приборы. Они должны потреблять минимальную мощность и не оказывать влияния на сопротивление цепи.

 

Приборы, показания которых являются непрерывными функциями измеряемых величин – аналоговые.

А измерительные приборы, автоматически  выбрасывающие сигналы и дающие показания в цифровой форме – цифровые.

 

Полученное из опыта значение измеряемой величины может отличаться от ее действительного значения, поэтому каждый прибор обладает:

1. Абсолютной погрешностью (∆):

х – показание прибора

х_о – истинное значение измеренной величины

2. Относительной погрешностью (): 
3. Приведенной погрешностью (γ): 

X_N – верхний предел диапазона измерения прибора (номинальное значение)

 

По степени точности показаний  электроизмерительные приборы делятся на классы: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4.

 

Точность прибора определяет максимальную погрешность прибора (%)

 

Электроизмерительные приборы классифицируются:

• По виду измеряемой величины (ваттметр, амперметр, вольтметр и др.)
• По физическому принципу действия измерительного механизма прибора (магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, вибрационные, термоэлектрические и др.)
• По роду измеряемого тока:

• Постоянный   ¾

• Переменный 
• Постоянный и переменный 
• Трехфазная система

На приборах переменного тока указывают  номинальное значение частоты 50¼550 Гц

• По классу точности.

Класс точности прибора – его  обобщенная характеристика.

 

На шкале электроизмерительного прибора отмечаются:

• Измеряемая им физическая величина
• Класс точности прибора
• Род тока
• Рабочее положение прибора
• Величина напряжения, при котором испытывался прибор на изоляцию
• Система прибора

 

Согласно ГОСТа электроизмерительные приборы должны удовлетворять следующим требованиям:

• Погрешность прибора не должна превышать класс точности и изменяться в процессе работы
• На показания прибора не должны влиять внешние поля и изменения температуры
• Шкала должна быть по возможности равномерной
• Прибор должен иметь хорошую успокоительную систему
• Прибор должен иметь стойкость к перегрузкам и хорошую изоляцию

 

Подвижная часть измерительного механизма прибора располагается вертикально или горизонтально и укрепляется на оси, растяжках или на подвесе.

Ось прибора изготавливают из нержавеющей  стали, не магнитной и для установки  стрелки на нуле используют корректор.

 

 

Цифровые измерительные  приборы.

(Где измеряемые электровеличины  представляются в виде цифр)

 

«+» Показания легче читать и они более точные.

 

Применяют для измерения:

• Постоянного и переменного напряжения и тока
• Сопротивления
• Емкости
• Индуктивности
• Температуры
• Давления
• и др.

 

Принцип действия этих приборов основан на автоматическом преобразовании непрерывной измеряемой величины, в дискретике сигналы в виде кода.

 

Цифровой прибор состоит:

• измерительная цепь. Выполняет необходимые аналоговые преобразования измеряемой величины , куда входят:

• измерительный мост
• усилитель
• преобразователь и др.

• Аналого-цифровой преобразователь и  дешифратор (где кодированный сигнал преобразуется числом и высвечивается на табло)

 

 

Измерение токов.

Приборы: Амперметры, включают последовательно  к нагрузке.

Для расширения пределов измерения  амперметра применяют шунты.

 

Схема включения шунта:

Работа шунта заключается в  том, что общий ток I, дойдя до точки разветвления х, делится на две части:

• I_Ш – ток шунта
• I_А – ток амперметра

 

Шунт ограничивает ток амперметра, который не должен превышать максимального  предела измерений.

 

n – коэффициент расширения предела

 

Измерение напряжений.

Приборы: Вольтметры, включают параллельно  к нагрузке.

Для расширения пределов измерения  вольтметра применяют добавочные сопротивления, которые могут находиться внутри прибора или прилагаться к нему.