Двухполюсником называется часть электрической цепи любой сложности и произвольной конфигурации, выделенная относительно двух зажимов.
Двухполюсник, не содержащий источников энергии или содержащий скомпенсированные источники, называется пассивным. Если в схеме двухполюсника имеются нескомпенсированные источники, он называется активным.
Рис. 1.14. Пассивный (а) и активный (б) двухполюсники
Пассивный двухполюсник является потребителем энергии и может быть заменен эквивалентным сопротивлением, величина которого равна входному сопротивлению двухполюсника
.

Активный двухполюсник ведет себя как генератор. Находящиеся внутри него источники отдают энергию во внешнюю цепь (рис. 1.16, а).
Рис. 1.16. Замена активного двухполюсника эквивалентным генератором

откуда

любой активный двухполюсник может быть заменен эквивалентным генератором, ЭДС которого Е(Э) равна напряжению холостого хода двухполюсника, а внутреннее сопротивление R(Э)напряжению холостого хода, деленному на ток короткого замыкания.

Опытом холостого хода -испытание трансформатора при разомкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном напряжении U_1x=U_1ном.

Потери, возникающие при этом в магнитопроводе, называют магнитными и обозначают Р_м. А суммарные потери в режиме холостого хода называют потерями холостого хода и обозначают Р₀: Р₀ = Р_м + I²₀r₁, где r₁— активное сопротивление первичной обмотки. Особенностью потерь холостого хода являются их постоянство и независимость от режима нагрузки трансформатора.

Опытом короткого замыкания- испытание трансформатора при короткозамкнутой цепи вторичной обмотки и номинальном первичном токе I_1k= I_1ном.

Активное сопротивление короткого замыкания R_k=(R_B1+R’_B2)=P_1k/I²_1k

Индуктивное сопротивление X_k= √(Z_2k - R_2k)

Полное сопротивление Z_k= √(R_k² + X_k²⁾

Напряжение короткого замыкания u_k = (Z_k I_1ном /U _1ном)*100%

Реальный однофазный трансформатор и его схема замещения. Приведённые трансформаторы. Схема замещения приведённого однофазного трансформатора. Режимы работы трансформатора. Коэффициент полезного действия (КПД) и потери энергии, коэффициент нагрузки и внешняя характеристика трансформатора. Трёхфазные трансформаторы.

Однофазный трансформатор предназначен для создания переменного напряжения нужной величины для нагрузки, не нуждающейся в трехфазном электропитании. Любой трансформатор состоит из двух основных узлов: сердечника и катушек, их бывает не менее двух. Принцип работы простой. В результате прохождения электрического тока по проводнику в первичной обмотке, на вторичную наводится электродвижущая сила (ЭДС). Сердечник состоит из пластин ферромагнетика, то есть материала, способствующего усилению магнитного поля (электротехническая сталь специальных марок).

Величина ЭДС определяется по формуле: Е = 4,44*Ф*f * ω , где: Ф – амплитуда магнитного потока; f – частота тока; ω – число витков в обмотке. Допустимая мощность нагрузки, которую «потянет» однофазный трансформатор, задается сечением провода, которым намотаны катушки, и добротностью магнитопровода, в частности магнитной проницаемостью ферромагнетика µ.

Одним из средств изучения работы трансформатора является эквивалентная схема замещения, в которой магнитная связь между обмотками трансформатора замещена электрической связью, а параметры вторичной обмотки приведены к числу витков первичной.

Так как в приведенном трансформаторе k=1, то и –E₁=E₂. В результате точки a₁ и a₂, b₁и b₂ имеют одинаковый потенциал, поэтому на схеме их можно соединить, получив тем самым Т-образную схему замещения трансформатора.

Параметры r₁, x₁ – активное и индуктивное сопротивления первичной обмотки, соответственно.

r₂, x₂ – приведенные значения активного и индуктивного сопротивлений вторичной обмотки, соответственно. Z_н – полное сопротивление нагрузки.

Магнитный поток не зависит от нагрузки, поэтому его представляют как индуктивное сопротивление xm, активное сопротивление rm, которое обусловлено магнитными потерями и протекающий через них ток холостого хода I₀. Эти параметры определяются в опыте холостого хода трансформатора.

Изменяя Z_н на схеме замещения, можно получить любой режим работы трансформатора. Например, при разомкнутой вторичной обмотке Z_н= ∞, что соответствует режиму холостого хода трансформатора, а при Z_н= 0 – режиму короткого замыкания. При любых других значениях Z_н – режим работы под нагрузкой. Режимы работы необходимы для определения параметров схемы замещения. При практических расчетах, током холостого хода пренебрегают, тогда схема сводится к упрощенной.

Где r_экв=r₁+r₂’, x_экв=x₁+x₂’

Режимы работы трансформатора.

1. Режим холостого хода. режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.

2. Нагрузочный режим. режим характеризуется работой трансформатора с подключенными источником в первичной и нагрузкой во вторичной цепи трансформатора.

3. Режим короткого замыкания. режим получается в результате замыкания вторичной цепи накоротко. С его помощью можно определить потери полезной мощности на нагрев проводов в цепи трансформатора.

КПД трансформатора:

,

P₀— потери холостого хода (кВт) при номинальном напряжении

P_L — нагрузочные потери (кВт) при номинальном токе

P₂— активная мощность (кВт), подаваемая на нагрузку

n — относительная степень нагружения (при номинальном токе n=1 ).

Потери электроэнергии в трансформаторе складываются из:

· потерь на нагревание обмоток трансформатора;

· потерь на нагревание сердечника;

· потери на перемагничивание сердечника.

Чем больше мощность трансформатора, тем выше КПД и ниже уровень потерь.

Зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора от тока нагрузки U₂ = f(I₂) при U₁ = const и cos φ₂ = const называется внешней характеристикой.

Трехфазные трансформаторы.

Для трансформирования энергии в трехфазных системах используют либо группу из трех однофазных трансформаторов, у которых первичные и вторичные обмотки соединяются звездой или треугольником, либо один трехфазный трансформатор с общим магнитопроводом.

Соединение звездой является наиболее желательным для высокого напряжения, так как при нем изоляция обмоток рассчитывается лишь на фазное напряжение. Соединение обмоток треугольником конструктивно удобнее при больших токах.

Назначение, устройство, принцип действия асинхронного двигателя (АД). Двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. Приведенная схема замещения асинхронного двигателя. Механическая и рабочая характеристика двигателя. Схемы пуска двигателя с фазным и короткозамкнутым ротором. Энергетическая диаграмма. Потери мощности и КПД асинхронного двигателя.

Асинхронная машина – это машина, в которой возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т.е. с частотой вращения, отличной от частоты вращения магнитного поля.

 Достоинство асинхронного двигателя – простота его конструкции и низкая стоимость. В машине отстутсвуют какие-либо легко провреждающиеся или быстро изнашивающиеся электрические части.

Недостаток – сложное и неэкономичное регулирование режимов работы.

Статор-Это полый цилиндр собранный из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака. В пазах на внутренней стороне статора размещаются обмотки трех фаз.

Обмотки фаз соединяются между собой звездой или треугольником и подключаются к трехфазной сети.

Ротор-Это цилиндрический сердечник, собранный из листок электротехнической стали, изолированных друг от друга лаком. Сердечник ротора насажен на вал, закрепленный в подшипниках. В пазах сердечника ротора располагаются витки обмотки ротора. Различают ротор с короткозамкнутой обмоткой и фазный ротор.

Принцип действия

При подаче напряжения на неподвижные обмотки статора, оно создает магнитное в статора. Если подается напряжение переменного тока, то магнитный поток, созданный им, изменяется. Так статор производит изменение магнитного поля, и ротор получает магнитные потоки.

Таким образом, ротор электродвигателя принимает эти поток статора и, следовательно, вращается. Это основной принцип работы и скольжения в асинхронных машинах. Из вышеизложенного следует отметить, что магнитный поток статора (и его напряжение) должно быть равно переменному току для вращения ротора, так что асинхронная машина может работать только от сети переменного тока.

Режимы работы.

Если частота вращения поля статора n₁, а частота вращения ротора n, то работу асинхронной машины можно характеризовать скольжением (относительная разность частот вращения магнитного поля и ротора).

s=(n₁ - n)/ n₁.

В режиме двигателя (0 < s < 1) преобразует электрическую энергию в механическую. Ротор двигателя вращается в направлении вращения магнитного поля, с частотой меньше, чем частота вращения поля. 

В режиме генератора (s < 0 ). преобразует механическую энергию в электрическую.

В режиме электромагнитного тормоза (s > 1) ротор вращается в направлении, противоположным направлению вращения магнитного поля, создаваемого токами в обмотках статора.