Назначение авиационных электрических машин (тема 1.1)

1. Тема № 1. Основные понятия и классификация авиационных электрических машин 1.1. Назначение авиационных электрических машин

Авиационные электрические машины - это
вращающиеся электромагнитные механизмы,
предназначенные для преобразования:
- механической энергии в электрическую (генераторы);
- электрической в механическую (двигатели);
- электрической энергии одного вида или напряжения в
электрическую энергию другого вида или напряжения
(электромашинные преобразователи).

2.

Контактные
Бесконтактные
Специальные
Двигатель
Генератор
Двигатель
Электрические машины
Трехфазные
Однофазные
Контактные
Бесконтактные
Постоянного тока
Генератор
Электромашинные
преобразователи
Двигатель
Генератор
Двигатель
Генератор
1.2. Классификация авиационных
электрических машин
Трансформаторы
Переменного тока

3. Тема № 2. Авиационные трансформаторы 1.1. Назначение, конструкция и принцип действия авиационных трансформаторов Трансформатор

– это статическое электромагнитное
устройство, предназначенное для преобразования
электрической энергии переменного тока одного
напряжения в электрическую энергию переменного
тока другого напряжения при неизменной частоте.

4.

Классификация трансформаторов
по назначению
Трансформаторы
Силовые
трансформаторы
(осуществляют
указанное в
определении
преобразование
электрической энергии
переменного тока)
Трансформаторы
специального
назначения
(предназначены для
решения
специальных задач –
трансформаторы тока,
импульсные и др.)

5.

Конструкции трансформаторов
а – стержневая; б - броневая
ярмо
стержень
W1
W1
обмотки
а)
Ф
W2
W2
б)

6.

По конструкции магнитопровода трансформаторы
разделяются на стержневые и броневые, а по способу
сочленения стержней с ярмами различают стыковую и
шихтованную конструкции магнитопровода.
а)
б)
Конструкции стержневого
магнитопровода:
а – стыковая; б - шихтованная
Трансформатор броневого типа
с шихтованной конструкцией
магнитопровода

7.

Ленточные витые магнитопроводы:
Размещение обмоток на магнитопроводе
броневого (а) и стержневого (б) типа:
W1 W2
а)
W1
б)
W2

8.

Принцип действия
авиационного однофазного трансформатора
По первичной обмотке W1 при включении ее в цепь переменного
тока с напряжением u1 и частотой f, течет переменный ток i1, который
создает магнитодвижущую силу F1 . Под ее действием возникает
переменный во времени основной магнитный поток Ф, сцепленный
как с обмоткой W1, так и со вторичной обмоткой W2 .
Ф
i1
е1
u1
еσ1
i2
е2
еσ2
Zн
Поток Ф индуцирует в
первичной обмотке ЭДС
самоиндукции е1, а во
вторичной обмотке ЭДС
взаимоиндукции е2.
Мгновенные значения этих ЭДС
определяются на основании
закона электромагнитной
индукции:
dФ
dФ
е1 W1
, е2 W2
dt
dt

9.

Отношение действующих значений ЭДС или чисел
витков вторичной и первичной обмоток, называется
коэффициентом трансформации:
к
E2 W2
E1 W1
Если коэффициент трансформации больше единицы, то
трансформатор - повышающий, если меньше, то – понижающий.
МДС первичной обмотки обуславливает поток рассеяния
Фσ1, замыкающийся по воздуху и сцепленный только с первичной
обмоткой. Этот поток рассеяния индуцирует ЭДС рассеяния
первичной обмотки
е 1 W1
dФ 1
dt
Таким образом, сумма противоЭДС е1 и eσ1 (взятые со знаком
минус) совместно с падением напряжения на активном
сопротивлении первичной обмотки i1R1 уравновешивают
приложенное напряжение
u1 e1 e 1 i1 R1

10.

При подключении нагрузки Zн под действием ЭДС е2 во
вторичной обмотке протекает ток i2 , создающий свою
магнитодвижущую силу F2=i2W2 . Эта МДС вместе с МДС
первичной обмотки обуславливают результирующую МДС
F0 F1 F2
Результирующая МДС создает основной магнитный поток
Ф, и в режиме холостого хода она равна МДС первичной обмотки.
МДС вторичной обмотки создает поток рассеяния ,
сцепленный только с витками вторичной обмотки. Он индуцирует
ЭДС рассеяния во вторичной обмотке
е 2 W2
dФ 2
dt
ЭДС, индуцируемые во вторичной обмотке
уравновешиваются падением напряжения на активном
сопротивлении самой обмотки i2R2 и на нагрузке u2=i2Zн
е2 е 2 i2 R2 i2 Z Н

11.

В схематическом виде связь параметров трансформатора
удобно представлять в виде:
ВНИМАНИЕ!
Трансформатор – это аппарат переменного тока.
Если же его первичную обмотку подключить к источнику
постоянного тока, то магнитный поток в магнитопроводе
трансформатора также будет постоянным как по величине,
так и по направлению. Следовательно, dФ/dt = 0, поэтому во
вторичной обмотке трансформатора не будет наводиться
ЭДС, а следовательно, электроэнергия из первичной цепи не
будет передаваться во вторичную.

12.

Саморегулирование трансформатора – это процесс
изменения потребляемого тока трансформатором при
изменении тока нагрузки.
i2 F2 F0 Ф e1 u1 ...
i1 Ф e1 u1 ...

13. 1.2. Основные уравнения, схема замещения и векторная диаграмма авиационного однофазного трансформатора На основании принципа

действия трансформатора
согласно второму закону Кирхгофа уравнения для контуров
первичной и вторичной обмоток в комплексной форме имеют
вид:
U 1 E 1 E 1 I 1R1 ,
E 2 E 1 I 2 z H I 2 R2 .
Эти уравнения дополняем уравнениями для МДС
трансформатора:
F 0 F 1 F 2

14.

Так как потоки рассеивания не участвуют в передаче
энергии, то ЭДС индуцируемые ими в обмотках трансформатора
можно представить как:
Е 1 jI 1x1; Е 2 jI 2 x2
C учетом этого система уравнений однофазного трансформатора
примет вид:
U 1 E 1 I 1R1 jI 1 x1 ,
E 2 U 2 I 2 R2 jI 2 x2 ,
I 0 I 1 W2 I 2 .
W1
Для количественного учета процессов,
протекающих в трансформаторе, построения схемы
замещения и векторной диаграммы осуществляют
приведение параметров вторичной обмотки к первичной.

15.

Сущность приведения - реальную вторичную обмотку
трансформатора условно заменяют обмоткой с числом витков
равной первичной при сохранении энергетических соотношений во
вторичной цепи.
Порядок приведения уравнения трансформатора по
вторичной цепи:
W1
1. Умножаем уравнение на ке
:
W2
E 2 ке U 2 ке I 2 R2 ке jI 2 x2 ке
2. Преобразуем уравнение к следующему виду:
2
2
I
I
2
E 2 ке U 2 ке R2 ке j x2 ке2
ке
ке

16.

Используя выражения для приведенных параметров
окончательно запишем уравнения трансформатора в приведенной
форме или, как иногда говорят, уравнения приведенного
трансформатора:
U 1 E 1 I 1R1 jI 1 x1 ,
E 2 U 2 I 2 R2 jI 2 x2 ,
I 0 I 1 I 2 .
Анализируя уравнения трансформатора, записанные в
приведенной форме, можно сделать вывод, что оба контура первичная обмотка и приведенная вторичная имеют общий
участок электрической цепи:
Е 2 Е1
Исходя из этих особенностей и на основании системы
уравнений трансформатора изобразим схему замещения:

17.

U 2 , I 2
Схема замещения однофазного трансформатора
Для удобства качественного и количественного
анализа работы трансформатора используется векторная
диаграмма – векторные изображения составляющих
системы уравнений трансформатора с учетом их фазового
сдвига.
Для построения векторной диаграммы необходимо
знать следующие параметры трансформатора:
U 2 , I 2 , cos 2 , R1, x 1, R 2 , x m
Данные параметры либо замеряются, либо вычисляются по
опытам холостого хода и короткого замыкания.

18.

План построения векторной диаграммы :
1) Выбрать масштабы по напряжению и току. Построить на
плоскости, зная коэффициент мощности, после
приведения параметров вторичной обмотки вектора
U 2 , I 2
2) На основании уравнения для вторичной цепи и схемы
замещения трансформатора находим вектор Е2' путем
добавления векторов I2' R2' и jI2' R2' к вектору U2' .
3) Т.к. Е2' =Е1 , откладываем вектор Ф, с учетом его
опережения на 90° вектора Е1.
4) Учитывая, что
R
arctq m
xm
откладываем вектор I0.
5) Находим вектор I1 , используя третье уравнение
трансформатора.
6) На основании уравнения для первичной цепи
трансформатора и схемы замещения строим вектор U1.

19.

Векторные диаграммы трансформатора при
активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузке:
а)
б)

20. 1.3. Режимы работы и основные характеристики авиационного однофазного трансформатора Режим холостого хода – это режим работы

трансформатора без нагрузки, т.е. когда первичная обмотка
подключена к бортовой сети, а вторичная обмотка
разомкнута.
В режиме холостого хода полезная мощность
трансформатора равна нулю, а подводимая мощность Р10 идет
в основном на покрытие магнитных потерь, так как
электрические потери I102 r0 малы.

21. Характеристики холостого хода трансформатора

I10,
P10,
I10
cosφ10
P10
cosφ10
0
U10
Нелинейность характеристик холостого хода обусловлена
насыщением магнитопровода, которое наступает при некотором
значении напряжения U10.

22. Режим короткого замыкания – это такой режим, когда вторичная обмотка замкнута накоротко, при этом вторичное напряжение U2=0. В

условиях эксплуатации, когда к трансформатору
подведено номинальное напряжение U1ном , короткое замыкание
является аварийным режимом и представляет собой опасность
для трансформатора.
Так как при коротком замыкании основной магнитный
поток составляет лишь несколько процентов по сравнению с его
значением при номинальном первичном напряжении, то
магнитными потерями, вызываемыми этим потоком, можно
пренебречь. Следовательно, можно считать, что мощность Р1К ,
потребляемая трансформатором при коротком замыкании, идет
полностью на покрытие электрических потерь в обмотках
трансформатора:
2
P1к I1к rк

23. Характеристики короткого замыкания трансформатора

Нелинейность характеристик холостого хода обусловлена
насыщением магнитопровода, которое наступает при некотором
значении напряжения U10.

24. Внешняя характеристика трансформатора Внешней характеристикой трансформатора называется зависимость напряжения U2 на его выходе

от тока нагрузки I2
при неизменном напряжении питания U1 и коэффициенте
мощности нагрузки cosφ2.
Изменение вторичного напряжения трансформатора при
увеличении нагрузки от холостого хода до номинальной является
его важнейшей характеристикой и определяется выражением:
U 20 U 2ном
U %
100
U 2ном

25. Процессы преобразования энергии в авиационном трансформаторе удобно представить в виде энергетической диаграммы:

1.4. Потери и коэффициент полезного
действия авиационного однофазного
трансформатора
Процессы преобразования энергии в авиационном
трансформаторе удобно представить в виде энергетической
диаграммы:
Р2
Рэм
Р1
Р эл1
Р м
Р эл 2
Выражение для КПД запишется в виде:
Р эл Р м
Р2
1
Р1
Р2 Р эл Р м

26. Трехфазный трехстержневой трансформатор имеет три стержня, на которых расположены три первичные и три вторичные обмотки:

1.5. Особенности авиационных трехфазных
трансформаторов
Трехфазный трехстержневой трансформатор
имеет три стержня, на которых расположены три первичные и
три вторичные обмотки:
А
В
Ф1
а
С
Ф3
Ф2
b
с

27.

СХЕМЫ И ГРУППЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ
ТРАНСФОРМАТОРОВ
Фазы
первичной
и
вторичной
обмоток
трехфазного
трансформатора соединяют в звезду Υ , треугольник Δ или
зигзаг Z.
Между собой первичную и вторичную обмотки трехфазного
трансформатора можно соединять в различные схемы: Y/Y; Y/Δ;
Δ/Y и Δ/Δ. В числителе указывается схема соединения первичной
обмотки, а в знаменателе – вторичной. Если при соединении
звездой выводится нулевая точка, то применяется знак Yо.

28.

Схемы cоединения обмоток трехфазного
трансформатора в звезду (а), треугольник (б)
и зигзаг (в)
А
В С
x y
UА
z
А
а)
В
z
x
С
В С
x
А
z x
UВ
С
y
UС
В
А
А
x
y
y
z
B
А UА
B
z
C
б)
у
UC
UB
C
в)

29.

Способы соединения первичной и вторичной обмоток, порядок
соединения обмоток при образовании звезды и треугольника,
соответствующая маркировка начала и концов фаз приводят к
различной разности фаз соответствующих линейных напряжений
первичной и вторичной обмоток.
Эта разность фаз имеет большое практическое значение,
особенно при параллельной работе. Так как возможный угол
разности фаз всегда кратен 30о, то принято различать 12 групп
соединений.
Для определения номера группы используют циферблат часов.
Вектор первичной линейной ЭДС направляют на цифру 12
циферблата, а номер группы определяется часом, на который
попадает при этом вектор соответствующей вторичной
линейной ЭДС.

30.

При соединении первичной и вторичной обмоток по схеме Y/Y
можно получить группы 0 (а) и 6 (б):
А В С
А В С
А
В b
С
0
с
b
А
a
a)
180
В
b
a
а
В
С
В
a b с
А
b с
с
а
б)
А a
b

31.

При соединении первичной и вторичной обмоток по схеме Υ/Δ
дает группы 11 и 5:
5
А a
А В С
b
30
С
a b с
А В С
В
а
b
0
1
1
150
a
А
С
a b с
с
a)
b
б)
В
b
с
а
0

32.

ВНИМАНИЕ!
На параллельную работу можно включать только
трансформаторы, принадлежащие к одной группе
соединения. При несоблюдении этого условия вторичные
линейные напряжения окажутся сдвинутыми по фазе
друг относительно друга и в цепи трансформаторов
появится разностная ЭДС, под действием которой
возникнет значительный уравнительный ток.

33.

Внешний вид трансформатора ТС320СО4А
(со снятым защитным кожухом):
ТС – трансформатор силовой;
3 – трехфазный;
2,0 – мощность 2 кВА;
СО – сухое (воздушное) охлаждение;
4А – конструктивные особенности.

34.

1.6. Автотрансформаторы
Автотрансформатор - трансформатор, у которого
часть обмоток принадлежит одновременно первичной и
вторичной системам, а сами обмотки, помимо магнитной
связи, имеют еще и связь электрическую:
А
ω1
U1
ω2
I1
{
{
I2
a
Х х
Iах
U2
Z

35.

1.7. Трансформатор тока
Трансформатор тока – является разновидностью
измерительных трансформаторов и предназначен для измерения
больших значений токов.
Первичная обмотка трансформатора тока состоит из
одного или нескольких витков относительно большого сечения и
включается последовательно в цепь, ток которой измеряется.
Вторичная обмотка состоит из большого числа витков
сравнительно малого сечения и замыкается на приборы с малыми
сопротивлениями – амперметры, токовые обмотки ваттметров,
счетчики и т.д.
Рабочий режим трансформатора тока практически
представляет собой режим короткого замыкания.

36.

Электрическая схема трансформатора тока:
U1
I1
I2
А
Внешний вид трансформатора тока ТФ1-75,150/1А