Использование двигателя как трансформатора

§2.3. Асинхронный двигатель как обобщенный трансформатор

Можно показать, что физические процессы в асинхронном двигателе имеют много общего с процессами в трансформаторе, и асинхронный двигатель можно анализировать на основе системы уравнений и схемы замещения, полученных для трансформатора.
Как и в трансформаторе, в двигателе имеется основной магнитный поток Ф, сцепленный с проводниками статора (первичной обмоткой) и ротора (вторичной обмоткой). Этот поток вращается c угловой скоростью ω1 = 2πf /рм, т.е. изменяется с частотой напряжения питания f1. При этом в обмотках статора и ротора наводятся ЭДС взаимоиндукции e1 и e2.
При замкнутой обмотке ротора поток Ф создается в результате взаимодействия МДС статора и ротора, неподвижных друг относительно друга. Действительно, частота тока в обмотке ротора прямо пропорциональна разности угловых скоростей поля и ротора и числу пар полюсов, т.е.

Обмотка ротора является многофазной, и токи ротора создают МДС, вращающуюся относительно ротора с угловой скоростью ω22 = 2πf2м = ω1ω2. Угловая скорость этой МДС относительно статора ω21 =ω2 +ω22 = ω1, т.е. МДС статора и ротора вращаются относительно статора с одной угловой скоростью. Воздействие МДС ротора на магнитное поде двигателя называется реакцией ротора. В асинхронных двигателях реакция ротора проявляется так же, как реакция вторичной обмотки в трансформаторах.
МДС обмоток статора и ротора создают потоки рассеяния, сцепленные каждый со своей обмоткой и наводящие ЭДС самоиндукции еσ1 и еσ2.

Наряду с этими общими чертами, у асинхронного двигателя имеется и ряд отличий.
1. При уменьшении угловой скорости ротора ω2 увеличивается частота перемагничивания магнитопровода ротора и, соответственно, магнитные потери мощности в роторе на гистерезис и вихревые токи. Однако примерно в этой же пропорции уменьшаются механические потери на трение в подшипниках. В результате в двигателе можно условно выделить переменные, зависящие от нагрузки потери мощности — электрические потери ΔРэ в обмотках, и постоянные потери — сумму магнитных ΔРм и механических ΔРмех. потерь.
2. Согласно (2.9) и (2.8) частота токов в роторе

т.е. она зависит от угловой скорости ротора и в двигательном диапазоне изменяется от f2 = f1 до f2 = 0. Это делает невозможным прямое использование векторных диаграмм и схем замещения трансформатора для анализа асинхронного двигателя.
Поступаем следующим образом.Выразим параметры вращающегося ротора через параметры неподвижного ротора ( s = 1 ), для которого согласно (2.10) f2 = f1 = const.
Выражение ЭДС обмотки фазы вращающегося ротора, записанное по аналогии с (1.7),

где ЭДС при неподвижном роторе

Фм — амплитуда потока Ф , w2эф — число эффективных витков обмотки фазы ротора.
Индуктивное сопротивление ротора

где x 2вр = 2πf2·Lσ2 — индуктивное сопротивление обмотки фазы неподвижного ротора; Lσ2 — индуктивность рассеяния.
Пренебрегая поверхностным эффектом будем считать, что R2 =const.
Ток во вращающемся роторе по закону Ома

С учетом (2.11) и (2.13) формула (2.14) преобразуется следующим образом

I2вр= sE2 /√(R2 2 +sx2 2 ) = E2 /√((R2/s) 2 +x2 2 ) (2.15)

Как видно, ток ротора определен непосредственно через параметры неподвижного ротора и имеет частоту ЭДС неподвижного ротора. Поэтому индекс «вр» у тока ротора в дальнейшем опускается.
Фаза тока ротора, характеризуемая углом ψ2 между E2вр и I2,может
быть определена из выражения (2.16).

Читайте также:  Альфа ромео 156 ремонт двигателя своими руками

3. У двигателя нагрузка механическая, а у трансформатора — электрическая. Для учета этого различия представим активное сопротивление R2 /s в (2.15) как сумму R2 +R2(1-s) /s. Тогда R2 соответствует электрическим потерям в обмотке ротора, а R2(1-s) /s соответствует электрической мощности, преобразуемой в механическую. Поскольку s зависит от момента нагрузки, то сопротивление R2(1-s) /s является эквивалентом механической нагрузки двигателя. Изменение этого сопротивления так же влияет на токи в обмотках и потребляемую мощность, как и изменение момента нагрузки на валу вращающегося ротора. Таким образом, короткозамкнутая обмотка вращающегося ротора асинхронного двигателя подобна вторичной обмотке трансформатора, включенной на условное сопротивление нагрузки:

Следовательно, асинхронный двигатель можно рассматривать как обобщенный трансформатор, у которого сопротивление Rну является эквивалентом механической нагрузки двигателя.
Как видно из (2.15), в двигательном диапазоне наибольший ток в роторе будет при пуске ( s=1). При идеальном холостом ходе двигателя, т.е. при s=0, ток I2 = 0.

Схема замещения.
Схема замещения строится для приведенного асинхронного двигателя, у которого число фаз, расположение обмоток фаз и число витков в обмотке фазы ротора такие же, как на статоре. Приведение параметров ротора к числу фаз и витков обмотки статора осуществляется, как и у трансформатора, исходя из условия инвариантности мощности. Нетрудно показать, что формулы приведения для двигателя примут вид:

где Ke = w1эф / w2эф – коэффицент трансформации ЭДС;
Ki = m1 w1эф / m2 w2эф – коэффицeнт трансформации тока;
m1 и m2 — число фаз статора и ротора.

В соответствии с выводами, сделанными в предыдущем разделе настоящего параграфа, в качестве схемы замещения приведенного асинхронного двигателя (в расчете на одну фазу) может использоваться схема замещения однофазного трансформатора (см. рис. 1.6) с заменой сопротивления ветви нагрузки на условное сопротивления Rну по (2.17). Получающаяся схема замещения двигателя изображена на рис. 2.10.


Рис. 2.10

Источник

Что такое трансформатор, из чего состоит и как работает?

Трансформатор является прибором, которое используется для передачи и преобразования электрической энергии из одной катушки на сердечнике в другую. Частота переменного тока при этом не меняется.

Устройство является статическим, поскольку в нём нет элементов, которые двигаются или вращаются. Работает от сети переменного тока используя принцип электромагнитной индукции.

Генераторы, производящие электроэнергию, выдают ток с низким уровнем напряжения, не больше 18 кВ. Но, при передаче низковольтной электроэнергии на большие расстояния, из-за большой силы тока в линии возникают значительные потери. Если повысить напряжение, то при той же мощности сила тока снизится.

  • Существенно снижает потери энергии в системе.
  • Уменьшает капитальные затраты, так как уменьшается диаметр проводников.
  • Облегчает регулировку напряжения.

При этом используется 2 трансформатора:

  1. Повышающий на передающей станции энергосистемы.
  2. Поскольку высоковольтная мощность не может быть передана потребителю, напряжение понижается на приёмной станции до приемлемых 380V.

Как устроен трансформатор?

Самый простой тип включает в себя 2 или более обмотки с изолированным проводом, намотанным на многослойный стальной сердечник. Если подключить переменный ток к одной катушке, называемой первичной, то железный сердечник, на который она намотана намагнитится. И во вторичной (выходной) катушке, из-за индукции появляется напряжение.

Разница между напряжением на первичной и выходной обмотках зависит от соотношения витков на них. На количество вырабатываемой электроэнергии влияет число витков провода вокруг сердечника. Чем их больше, тем выше будет напряжение.

Читайте также:  Starline a91 поддержка работы двигателя

Поэтому, если входная обмотка имеет больше витков, то на ней будет более высокое напряжение, чем на вторичной. Трансформатор считается повышающим, если на выходе у него большее напряжение, чем на входе. Если наоборот, то мы имеем дело с устройством, понижающим напряжение.

Как работает трансформатор?

Имеется металлический намагничиваемый сердечник, на который намотаны 2 или более катушек. Когда к одной из них подключают переменное напряжение, то вокруг появляется переменное магнитное поле. Оно индуцирует появление тока в проводнике вторичной обмотки. В результате если количество витков в катушках разное, прибор меняет при передаче электроэнергии входное напряжение.

Силовые трансформаторы могут быть устроены по-разному в зависимости от фазы, сердечника и типа подключения.Чаще всего используются однофазные и трехфазные.

Сердечники могут иметь различную форму, например, стержни и E-сердечники.

Вторичных катушек может быть несколько. Тогда появляется сразу несколько источников питания от входной обмотки. Что позволяет применять трансформаторы при разработке готовых систем, питающихся от одного устройства и с компонентами, требующими разного напряжения.

Эффективность работы

Несмотря на высокий КПД, прибор не идеален. В железе сердечника присутствует процесс, называемый гистерезисом. В переменном магнитном потоке молекулы поворачиваются, и для их обращения необходимо напряжение поля достаточной силы. Изменение положения молекул вызывает трение, которое вырабатывает тепло. Часть энергии уходит на нагрев сердечника. Эти потери можно уменьшить, изготовив пластины из специальных сплавов.

Трансформаторы с небольшой мощностью называются сухими, так как нагрев незначителен и тепло отводится с помощью излучения.

Мощные преобразователи напряжения нагреваются так, что приходится помещать их в ёмкости со специальным маслом, которое передает тепло на радиаторы. В свою очередь, радиаторы могут охлаждаться воздухом принудительно с помощью вентилятора.

Источник

Использование двигателя как трансформатора

Здравствуйте товарищи электронщики. Наверняка у вас при создании электронных девайсов появлялся вопрос, чем же запитать устройство большой мощности. Делать импульсный источник питания или мотать силовой трансформатор? Импульсный блок питания сложен в изготовлении для начинающих, но найти силовой трансформатор мощностью более 1000вт практически нереально. На выручку приходит статор от мощного асинхронного двигателя, найти который не составит труда. Асинхронный двигатель состоит из вращающегося на валу ротора и неподвижного статора, впрессованного в металлический корпус электродвигателя.

Соединяется все это двумя боковыми крышками, стянутыми между собой шпильками. Для того что бы вынуть статор нужно выкрутить фиксирующий болт и с помощью кувалды или тяжёлого молотка равномерно выбивать статор из корпуса. Нас интересует только статор, он состоит из набора пластин железа (магнитопровод). Статор следует выбирать по сечению железа, чем больше тем лучше, золотая середина от 17 до 50 см², в моём случает статор с сечением железа 30 см².

После извлечения статора из корпуса , были вырублены пазы для обмоток. Вырубка производится остро заточенным зубилом, но вырубать пазы совсем необязательно. Некоторые даже советуют набить пазы для обмоток трансформаторным железом, что делать не следует, может образоваться короткозамкнутый виток, который сильно уменьшит кпд будущего трансформатора, и увеличит его нагрев даже без нагрузки. До начала намотки потребуется изолировать статор, в процессе работы или при намотке лак на проводе может треснуть или поцарапаться, я изолировал с помощью 2-ух боковых накладок из картона, потом обмотав всё кольцо 2-мя слоями молярного скотча и одним слоем тряпочной изоленты.

Читайте также:  Что может стучать в двигателе субару импреза

Для жёсткой вах (вольт амперной характеристики) намотка производилась равномерно по всему кольцу. Расчёт количества витков производился по формуле 35/s где s сечение магнитопровода, то есть при сечении магнитопровода 30 см² нужно 35/30=1.16 для превичной обмотки потребуется 230 вольт*1.16=267 витков. Габаритная мощность трансформатора с учётом потерь 1610вт, при плотности тока в обмотках 4 ампера на мм² (8 ампер при сечении намоточного провода 2 мм²). При напряжении 220 вольт и 235 витках в первичной обмотке ток хх 1 ампер .

Видео демонстрация нагрузочной способности трансформатора.

Источник

Что такое трансформатор, для чего он нужен, как его проверить

Многочисленную технику в доме, которой мы привыкли пользоваться ежедневно, объединяет одно — наличие трансформатора. Микроволновка, телевизор, компьютер и т. д., казалось бы, столь разные электроприборы, неспособны работать без понижающего трансформатора.

В данной статье строительного журнала samastroyka.ru будет рассказано о том, что такое трансформатор, из чего он состоит, и как проверить обмотку трансформатора.

Что такое трансформатор и для чего он нужен?

Основная задача трансформатора, это преобразование напряжения до нужного значения. С помощью трансформатора можно повысить напряжение или наоборот, понизить его до требуемой величины. Именно понижающие трансформаторы получили наибольшее применение в быту и электроприборах.

Так, например, для того, чтобы заработал ноутбук, нужен понижающий трансформатор, который преобразует переменное напряжение в 220 Вольт, в постоянное напряжение 18 Вольт. Таким образом, работает практически любая техника в доме, которая запитана от 220 Вольт.

Какие бывают трансформаторы и как они устроены

Самый простой трансформатор имеет в своей конструкции несколько независимых обмоток из проволоки — первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка понижающего трансформатора наматывается тонкой проволокой и имеет большее количество витков, чем вторичная обмотка, для намотки которой используется более толстая проволока.

Трансформаторы бывают следующих видов:

  • Повышающий трансформатор или как его еще называют «высоковольтный». Основная цель высоковольтного трансформатора увеличить напряжение до требуемой величины.
  • Понижающий трансформатор или как его ещё называют «силовой». Такой трансформатор уменьшает значения входящего напряжения до нужной величины.
  • ЛАТР — автотрансформатор, также понижающий трансформатор, в конструкции которого лишь одна обмотка.
  • Масляный трансформатор, в основном применяется на силовых подстанциях, чтобы снизить напряжение в тысячи вольт.
  • Импульсный трансформатор, любой современный электроприбор, будь то компьютер или зарядка для телефона, не обходится без импульсного трансформатора.

Импульсные трансформаторы имеют небольшие габариты, которые не мешают им выдавать приличные токи.

Как прозвонить обмотки трансформатора

Иногда нужно прозвонить обмотки трансформатора, чтобы узнать, где из них первичная, а где вторичная обмотка. Сделать это можно с помощью мультиметра, например, DT 838 , переключив его в режим измерения сопротивления (не менее 100ом).

Если при измерении обмоток мультиметр показал большее сопротивление, то это первичная обмотка. Если меньшее сопротивление, то это вторичная обмотка. Кроме того, как было сказано выше, первичная обмотка трансформатора наматывается более тонкой проволокой, чем вторичная обмотка.

Какой ток холостого хода у трансформатора

Даже если к трансформатору не подключено ничего, но сам трансформатор включён в сеть, он все равно потребляет электроэнергию. Это называется ток холостого хода. Чем он меньше, тем качественней трансформатор.

На увеличение тока холостого хода у трансформатора, влияет низкое качество магнитопровода, неправильные расчеты обмоток, межвитковое замыкание, и некоторые другие причины. Все это приводит к повышению тока холостого хода, к выделению тепла, а также, потреблению трансформатором лишней электроэнергии.

Источник

Adblock
detector