Отдел продаж

8 (499) 755-89-57

Лодки, запчасти

8 (499) 755-89-57

Аксессуары Запчасти Услуги Зарезервировать товар

Главная

Каталог

Контакты

Телефоны для связи:

8 (499) 755-89-57

Наши салоны находятся:
МКАД-СЕВЕР, МКАД-ВОСТОК, МКАД-ЗАПАД, МКАД-ЮГ
Часы работы:

с 10-00 до 20-00, без перерывов

и выходных.

Напряжение холостого хода как найти

6. Метод эквивалентного генератора

Этот метод обычно применяется в тех случаях, когда требуется найти ток в какой-то одной ветви при различных значениях сопротивления этой ветви и неизменных остальных параметрах цепи.

Пусть в схеме на рис. 6.1, а нам необходимо найти ток I1. Тогда всю цепь относительно зажимов первой ветви (узлов b и c) мы представляем как активный двухполюсник (рис. 6.1, б), который, в свою очередь, заменяем эквивалентным генератором (рис. 6.1, в).

ЭДС эквивалентного генератора Eэ равна напряжению холостого хода Uх на разомкнутых зажимах двухполюсника (рис. 6.2, а):  , а его внутреннее сопротивление в соответствии со схемой рис. 6.3,а определяется по формуле

, (6.1)

где – ток короткого замыкания двухполюсника.

Рис. 6.1. Замена части электрической цепи эквивалентным генератором

Рис. 6.2. Холостой ход активного двухполюсника

После определения иинтересующий нас ток находится из схемы рис. 6.1,в по формуле

. (6.2)

Заменяя активный двухполюсник эквивалентным генератором, ЭДС последнего мы можем направлять произвольно – например, на рис. 6.1, в ее можно направить и вниз (при этом следует поменять и знак перед вформуле (6.2)). Но в схемах на рис. 6.2, в и 6.3, в этот произвол исключен.

Рис. 6.3. Короткое замыкание двухполюсника

Если на рис. 6.1, в мы направили вверх, от c к b, то в режиме холостого хода точка b имеет положительный потенциал, а c – отрицательный (рис. 6.2, а). Поэтому стрелка в схемах рис. 6.2 направляется от b к c (от плюса к минусу). Точно так же, от b к c, т. е. в сторону действия ЭДС , должен быть направлен и ток (рис. 6.3).

Итак, для того чтобы найти параметры эквивалентного генератора, необходимо рассмотреть два режима – холостого хода и короткого замыкания.

Рассчитать эти режимы можно любым методом. По заданию требуется применить здесь метод наложения.

6.1. Расчет режима холостого хода

В соответствии с принципом наложения (суперпозиции) напряжение холостого хода может быть найдено как сумма напряжений от действия каждой ЭДС в отдельности:

где – напряжение холостого хода, создаваемое ЭДС (рис. 6.4, а); – напряжение

холостого хода от действия ЭДС (рис. 6.4, б).

Знаки в правой части последнего уравнения определяются взаимными направлениями стрелок ,и(рис. 6.2. и 6.4). Как следует направлять , мы только что выяснили. Напряженияирекомендуется направлять в ту же сторону, хотя это необязательно. Если мы решили направитьив разные стороны, тобудет равно их разности.

Токи от действия каждой ЭДС в отдельности, называемые частичными токами, на схемах рис. 6.4, а и 6.4, б направляются уже не произвольно, а в соответствии с действующей в цепи единственной ЭДС – по её стрелке.

Для облегчения понимания структуры цепи рекомендуется представить ее в более удобном виде. Схему рис. 6.4, а, например, можно изобразить так, как показано на рис. 6.5.

Рис. 6.4. Схемы для расчета напряжения холостого хода

Рис. 6.5. Упрощенная схема

Порядок расчета схемы рис. 6.5 следующий.

Определяем общее сопротивление цепи относительно зажимов источника:

Находим ток, протекающий по ветви с ЭДС:

Рассчитываем напряжение на зажимах параллельно соединенных ветвей:

И наконец, находим токи в параллельных ветвях:

; .

Последние два тока можно рассчитать, и не находя напряжения .

Рассмотрим часть электрической цепи, состоящей из двух параллельно соединенных сопротивлений (рис.6.6).

Требуется по известному току найти токи и . Сначала определяем напряжение на участке ab:

Затем по закону Ома находим токи:

; .

Полученные формулы дают следующее простое правило.

Ток в одной из параллельных ветвей равен произведению общего тока и сопротивления соседней ветви, деленному на сумму сопротивлений параллельных ветвей.

Рис.6.6. Определение токов в параллельных ветвях

В соответствии с этим правилом для схемы рис. 6.5 имеем:

; .

Напряжение находим по схеме рис. 6.4,а из уравнения, составленного по второму закону Кирхгофа для контура, включающего в себя это напряжение. Например, контур, отмеченный дугообразной пунктирной стрелкой 1, состоит из двух ветвей (шестой и пятой) и стрелки . ЭДС в этом контуре нет, поэтому в соответствии со вторым законом Кирхгофа

Отсюда

Можно воспользоваться и контуром 2. Для него

откуда

Схема рис. 6.4, б рассчитывается аналогично:

; ;

;

или .

Если в результате расчета ЭДС окажется отрицательной, то во все формулы ее значение следует подставлять со знаком минус, не меняя, конечно, самих формул и схем.

Пример расчета. Метод эквивалентного генератора напряжения.

Пример . Метод эквивалентного генератора напряжения.

Порядок расчета: I) произвольно выбирают направление тока в исследуемой ветви; 2) отключают исследуемую ветвь, осуществляя режим холостого хода; 3) определяют напряжение холостого хода Uх на зажимах разомкнутой ветви; 4) находят входное (эквивалентное) сопротивление цепи со стороны зажимов разомкнутой ветви); 5) в общем случае находят ток в исследуемой ветви по выражению I=(Ux±E)/(Rэк+R) (8) где R — сопротивление резистора ветви, в которой определяется ток; Rэк — входное (эквивалентное) сопротивление цели со стороны зажимов выделенной ветви; Ux — напряжение холостого хода па зажимах разомкнутой выделенной ветви; Е - э. д. с., находящаяся в исследуемой ветви. Если ветвь не содержит э. д. с, то она принимается равной нулю.

Знаки плюс или минус выбирают в соответствии с законом Ома для ветви с источником, т.е. если направление э. д, с. совпадает с направлением тока, то берется знак плюс, в противном случае — минус.

Рассмотрим применение метода эквивалентного генератора на примере схемы, изображенной на рис. 1. Задача. Определить ток в ветви bc, если E2=E3=E4=20 В, E5=30 В, E6-60 В, R1,=R2=R3:=R4=2 Ом, R5=3 Ом, R6=6 Ом. Решение задачи состоит из двух этапов. 1. Определение напряжения холостого хода Uxbc на зажимах разомкнутой ветви bс. Схема в этом случае имеет вид, показанный на рис. 2. Для нахождения Uxbc следует найти ток I1 и напряжение Uac: I1 = E2/(R1+R2)=20/(2 + 2) = 5 А. Напряжение Uac находим по формуле узлового напряжения:

Рис 1

Рис 2

Напряжение Uxbc найдем по второму закону Кирхгофа, обходя контур bacb: Uxbc = R1*I1 + Uac = 2*5 - 10 = 0. 2 Определение эквивалентного сопротивления Rэкbc. Схема в этом случае имеет вид, показанный на рис. 3:

Рис 3.

Подставляя найденные значения и (8), получаем Ibc = (0-20)/(2 + 2)= - 5 А,

т, е. истинный ток в схеме имеет направление, противоположное выбранному.

Пример расчета тока в заданной ветви методом эквивалентного генератора

Метод эквивалентного генератора. Теория.

Пример расчета тока в заданной ветви методом эквивалентного генератора тока

Метод эквивалентного генератора (метод холостого хода и короткого замыкания)

На практике часто бывает необходимо изучить режим работы только одной из ветвей сложной электрической схемы, при этом не следует производить расчет всей схемы, а целесообразно воспользоваться методом эквивалентного генератора. Согласно этому методу в схеме выделяется исследуемая ветвь и расчет производится в следующем порядке:

1) произвольно выбираем направление тока в исследуемой ветви;

2) определяем напряжение холостого хода Uхх на зажимах разомкнутой исследуемой ветви;

3) находим входное (эквивалентное) сопротивление схемы со стороны зажимов разомкнутой ветви Rэ’ если известен ток короткого замыкания Iк.э., то ;

4) находим ток в исследуемой ветви:

где: R – сопротивление ветви, в которой определяется ток;

Е – э.д.с. в исследуемой ветви, если ветвь не содержит э.д.с, то Е = 0.

Знаки «плюс» или «минус» в последнем выражении выбираются в соответствии с законом Ома для участка цепи, содержащего э.д.с.

Рассмотрим применение метода эквивалентного генератора на примере схемы рис. 1.29, допустим Е2 = Е3 = Е4 = 20 В, Е5 = 50 В, R1 = R2 = R3 = R4 = 2 Ом; R5 = 3 Ом, требуется определить ток в ветви bс.

Рис. 1.29. Схема трехконтурной электрической цепи с четырьмя источниками э. д. с.

Указываем направление тока в ветви bс и определяем напряжение холостого хода Ubcxx на зажимах ветви bс. Схема в этом случае имеет вид, показанный на рис. 1.30.

Для нахождения Ubcxx вначале находим ток I1 и напряжение Uac по методу двух узлов:

Рис. 1.30. Схема для определения напряжения холостого хода Ubcxx по методу эквивалентного генератора

Напряжение Ubcxx определяется по второму закону Кирхгофа, обходя контур bасb:

Ubcxx = R1I1 + Uac = 2·5+8 = 18 B.

Определяем эквивалентное сопротивление относительно зажимов bc, схема в этом случае имеет вид, показанный на рис. 1.31:

Рис. 1.31. Схема для определения эквивалентного сопротивления

относительно зажимов bс no методу эквивалентного генератора

Находим ток в исследуемой ветви bс :

А,

т.е. ток Ibc в схеме имеет направление, противоположное выбранному.

Page 2

Нелинейные элементы (НЭ) подразделяются на управляемые и неуправляемые. В управляемых НЭ, в отличие от неуправляемых, кроме основной цепи, есть еще управляющая цепь, воздействуя на ток или напряжение которой, можно деформировать ВАХ основной цепи. Для неуправляемых НЭ ВАХ изображается одной кривой, а для управляемых — семейством кривых. В группу неуправляемых НЭ входят: лампы накаливания, выпрямительные диоды, стабилизаторы и т. д. В группу управляемых НЭ входят три и более электродные лампы, транзисторы и т. д. На рис. 1.32 показаны ВАХ некоторых НЭ. Чем больше протекающий через нить лампы накаливания ток, тем нить сильнее нагревается и тем больше становится ее сопротивление. Некоторые типы термосопротивлений имеют симметричную ВАХ. Полупроводниковые диоды пропускают ток практически только в одном, проводящем направлении.

Рис. 1.32. Типовые ВАХ: a – лампы накаливания; b – термосопротивления; c – полупроводникового диода

Каждый НЭ характеризуется ВАХ, статическим и дифференциальным сопротивлениями.

Статическое сопротивление Rcm равно отношению напряжения к току в данной точке, например, в точке А рис. 1.32, а:

Дифференциальное (динамическое) сопротивление Rд равно отношению бесконечно малого приращения напряжения dU к соответствующему приращению тока dI:

Дифференциальное сопротивление характеризует НЭ при достаточно малых отклонениях от предшествующего состояния, используется при исследовании вопроса об устойчивости режимов работы нелинейных цепей.

Напряжение холостого хода

Трансформаторы. Режимы работы

Трансформатор, как любое электромагнитное устройство, имеет несколько устойчивых режимов, в которых может (и должен) работать неограниченно долго.

Режимы работы трансформатора

Существует пять характерных режимов работы трансформатора:

Рабочий режим;
Номинальный режим;
Оптимальный режим;
Режим холостого хода;
Режим короткого замыкания;

Рабочий режим

Режим характеризуется следующими признаками:

Напряжение первичной обмотки близко к номинальному значению или равно ему \(\dot{u}_1 ≈ \dot{u}_{1ном}\);
Ток первичной обмотки меньше своего номинального значения или равен ему \(\dot{i}_1 ≤ \dot{i}_1ном\).

В рабочем режиме эксплуатируются большинство трансформаторов. Например, силовые трансформаторы работают с напряжениями и токами обмоток отличными от номинальных. Так происходит из-за переменчивого характера их нагрузки.

Измерительные, импульсные, сварочные, разделительные, выпрямительные, вольтодобавочные и другие трансформаторы, также обычно эксплуатируются в рабочем режиме просто из-за того, что напряжение сети к которой они подключены отличается от номинального.

Номинальный режим работы

Характерные признаки режима:

Напряжение первичной обмотки равно номинальному \(\dot{u}_1 = \dot{u}_{1ном}\);
Ток первичной обмотки равен номинальному \(\dot{i}_1 = \dot{i}_{1ном}\).

Номинальный режим работы является частным случаем рабочего режима. В таком режиме могут работать все трансформаторы, но как правило, с бóльшими в сравнении с рабочим режимом потерями и как следствие, с меньшим КПД (коэффициентом полезного действия). Из-за этого при эксплуатации трансформатора его избегают.

Оптимальный режим работы

Режим характеризуется условием:

\begin{equation} k_{нг} = \sqrt{P_{хх}\over P_{кз}} \end{equation}

Где \(P_{хх}\) — потери холостого хода;\(P_{кз}\) — потери короткого замыкания;

\(k_{нг}\) — коэффициент нагрузки трансформатора, определяемый по формуле:

\begin{equation} k_{нг} = {I_2\over I_{2ном}} \end{equation}

Где \(P_2\) — ток нагрузки вторичной обмотки; \(P_{2ном}\) — номинальный ток вторичной обмотки.

В оптимальном режиме работы трансформатор работает с максимальным КПД, поэтому выражение (1) по существу представляет собой условие максимального КПД [2, с.308] (Смотри «Трансформаторы. Оптимальный режим работы»).

Режим холостого хода

Характерные признаки режима:

Вторичная обмотка трансформатора разомкнута или к ней подключена нагрузка с сопротивлением гораздо большим сопротивления номинальной нагрузки обмотки(1) трансформатора;
К первичной обмотке приложено напряжение \(\dot{u}_{1хх} = \dot{u}_{1ном}\);
Ток вторичной обмотки \(\dot{i}_2 ≈ 0\) (для трехфазного трансформатора — \(\dot{i}_{2ф} ≈ \dot{i}_{2л} ≈ 0\).

На рисунке 1 изображена схема опыта холостого хода однофазного, а на рисунке 2 — трехфазного двухобмоточных трансформаторов.

Рисунок 1 — Схема опыта холостого хода однофазного двухобмоточного трансформатора

Рисунок 2 — Схема опыта холостого хода трехфазного двухобмоточного трансформатора

По существу в режиме холостого хода трансформатор представляет собой катушку на магнитопроводе, к которой подключен источник напряжения. Режим холостого хода является рабочим для трансформаторов напряжения. Кроме того, этот режим служит для определения тока \(i_х\), мощности \(ΔQ_хх\) холостого хода и ряда других параметров [2, c. 291][3, с. 207] (смотри «Опыт холостого хода трансформатора»).

Под сопротивлением номинальной нагрузки обмотки понимается величина \(R_{Нном}\), равная отношению номинального напряжения обмотки \(U_{ном}\) к её номинальному току обмотки \(I_{ном}\)

Режим короткого замыкания

Режим короткого замыкания характеризуется:

Вторичная обмотка замкнута накоротко или к ней подключена нагрузка сопротивлением гораздо меньшим внутреннего сопротивления трансформатора;
К первичной обмотке приложена такая величина напряжения \(\dot{u}_1\), что ток первичной обмотки равен её номинальному току \(\dot{i}_1 = \dot{i}_{1ном}\)
Напряжение вторичной обмотки \(\dot{u}_2 = 0\) (для трехфазного трансформатора — \(\dot{u}_{2ф} = \dot{u}_{2л} = 0\).

Схема опыта короткого замыкания изображена на рисунке 3 для однофазного, а на рисунке 4 — для трехфазного двухобмоточных трансформаторов.

Рисунок 3 — Схема опыта короткого замыкания однофазного двухобмоточного трансформатора

Рисунок 4 — Схема опыта короткого замыкания трехфазного двухобмоточного трансформатора

Режим короткого замыкания является рабочим режимом для трансформаторов тока и сварочных трансформаторов, в тоже время являясь аварийным для других трансформаторов. Также он используется для определения напряжения \(u_к\), мощности \(ΔP_кз\) короткого замыкания и других параметров трансформатора [2, c. 294][3, с. 209] (смотри «Опыт короткого замыкания трансформатора»).

Список использованных источников

Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники: учебник / Л.А. Бессонов — Москва: Высшая школа, 1996 — 623 с.
Вольдек, А.И. Электрические машины: учебник для студентов вузов / А.И. Вольдек — СПб.: Энергия, 1978 — 832 с.
Касаткин А.С. Электротехника: учебное пособие для вузов / А.С. Касаткин, М.В. Немцов — Москва: Энергоатомиздат, 1995 — 240 с.

Автор: ЭлектрикОпубликовано: Просмотров: 7.2k

Взято с http://allofenergy.ru. Ссылка на момент печати: http://allofenergy.ru/16-transformatory-rezhimy-raboty

Или наоборот, сварочный инвертор под электростанцию?

При выборе электростанции (электрического генератора) для сварочного инвертора многие задаются следующими вопросами:

— как рассчитать потребляемую мощность сварочного инвертора при подключении к электростанции?

— какую выбрать мощность электростанции для полноценной работы сварочного инвертора?

— что именно необходимо учитывать при подключении сварочного инвертора к электростанции?

В данной статье мы постараемся полностью ответить на данные вопросы и рассмотрим каждый пункт по-отдельности.

Чтобы приступить к расчетам мощности, необходимо сперва взглянуть на технические характеристики, которые указаны на странице о товаре или в техническом паспорте сварочного инвертора.

К примеру, возьмем обычный аппарат, у которого максимальный ток сварки: 160А

У каждого инверторного аппарата есть своя регулировка тока сварки, например: от 10 до 160 ампер.

Это значит, что сварщик может использовать как средний, так и максимальный ток сварки (редко кто использует минимальный). Но производители частенько пишут просто «мощность» или «потребляемая мощность», забывая упомянуть (иногда специально) о «максимальной потребляемой мощности». Не следует сразу же паниковать, необходимо во всем разобраться по порядку.

Чтобы рассчитать максимальную потребляемую мощность, необходимо умножить максимальный сварочный ток (у нас 160А) на напряжение дуги (как правило, 25В), и затем разделить полученное значение на КПД сварочного инвертора (обычно 0,85).

У всех инверторов на 160А примерно одинаковые показатели КПД, а вот напряжение на дуге может отличаться. Чтобы сверить показатели, необходимо взять в руки (или скачать с сайта) паспорт на оборудование.

Теперь получаем формулу: 160А*25В/0,85=4705 Вт

Результат 4705Вт и будет являться максимальной мощностью сварочного инвертора. Теперь следует рассчитать среднюю мощность. Что же такое эта средняя мощность сварочного инвертора?

Это максимальная мощность с поправкой на «Продолжительность Включения» или просто «ПВ». Ни один сварочный инвертор не сможет работать на максимальном токе сварки постоянно, поскольку сварщик не может «жарить» электроды без перерыва.

К примеру, у нашего аппарата ПВ составляет 40%. Следовательно, средняя мощность сварочного инвертора равна:

4705Вт*0,4=1882Вт

Как видите, это совсем не сложно. Так как мы разобрались с мощностью инвертора, теперь можно перейти и к выбору генератора.

Подбирать электростанцию следует по максимальной потребляемой мощности, прибавив примерно 20%-30% к запасу энергии, чтобы не «насиловать» генератор и не эксплуатировать его на пределе своих возможностей.

Обязательно следует отметить, что потребляемая мощность сварочного инвертора обозначается всегда в «кВт», а вырабатываемая мощность генератора может быть в «кВА» вместо «кВт».

Это просто необходимо учесть при расчете. Из-за того, что большинство поставщиков завозит продукцию из Китая (там самые дешевые электростанции), перевод на российские значения происходит не всегда.

Также иногда «особо жадные» продавцы в России пишут на генераторах максимальную мощность не в кВА, а в кВт. Поскольку практически все генераторы из-за рубежа вырабатывают мощность в кВА (кило Вольт Ампер), то следует уточнять эту информацию у продавца, например, запросив паспорт.

Если у выбранного вами генератора значение мощности все-таки в «кВА», то произвести расчет можно по следующей формуле: 1кВт=1кВА*КМ («Коэффициент Мощности»).

кВт — потребляемая мощность инвертора, кВА — мощность генератора. Необходимо отметить, что некоторые зарубежные производители умудряются писать «кос. фи» вместо «КМ».

Напряжение холостого хода- какое лучше?

Косинус фи — совсем другая величина, которая к сварочным инверторам не имеет никакого отношения. Коэффициент Мощности сварочных инверторов всегда варьируется от 0,6 до 0,7.

Необходимо это запомнить.

Теперь представим, что наш генератор на 5кВА, а сварочный инвертор с КМ равен 0,6 (если уверены в качестве инвертора, то берите КМ — 0,7). Следуя нашей формуле, 5кВА*0,6=3кВт — это значение сварочного инвертора, которое максимум «потянет» наша электростанция.

Если применим эти вычисления для нашего инвертора на 160А с максимальной потребляемой мощностью равной 4705Вт, то получим: 4705Вт/0,6=7841кВА. Добавьте сюда запас в 20% для генератора и получите такую цену на генератор, что желание такого подключения может сразу отпасть.

Но здесь есть и хорошие новости.

Если потребляемая мощность инвертора превышает максимально допустимую мощность генератора, их все равно можно подключать вместе, соблюдая при этом некоторые правила.

Не следует «накручивать» сварочный ток сварочного инвертора больше допустимого предела по мощности. Тогда можно работать таким образом сколько угодно. Чтобы узнать максимальный предел допустимой «накрутки» сварочного тока, необходимо произвести следующее вычисление.

Возьмем максимально допустимую потребляемую мощность инвертора в 3 кВт, умножим её на КПД инвертора и поделим на напряжение дуги.

Чтобы получить максимальный сварочный ток при работе от электростанции, которая составляет 5кВА, необходимо:

3000Вт*0,85/25В=102А

Это и есть максимальный сварочный ток, которым можно работать в данных условиях от электростанции, мощностью 5кВА. Не густо конечно, но работать электродом 2-3мм можно вполне спокойно.

Теперь вы знаете, какой генератор выбрать к сварочному инвертору.

Мы постарались в максимально простой форме объяснить вам эти нюансы. Думаю, примеры помогут гораздо легче их освоить. Если мы помогли Вам этой статьей, значит, наши специалисты трудились над ней не напрасно.

Глава 3. Сварочная дуга и требования к источникам ее питания

Общие сведения об источниках питания сварочной дуги

К источникам питания сварочной дуги предъявляются технические требования, связанные со статической характеристикой дуги, процессом плавления и переноса металла при сварке.

Эти источники значительно отличаются от электрических аппаратов, применяемых для питания током силовых и осветительных установок, и имеют следующие отличительные особенности:

сварочные аппараты должны быть оборудованы устройством для регулирования силы сварочного тока, максимальное значение которого ограничивается определенной величиной;
ток кратковременного короткого замыкания, возникающий в момент касания электродом изделия и при переносе расплавленного металла на изделие, должен быть определенной величины, безопасной для перегрева аппарата и пережога обмоток и достаточной для быстрого разогрева конца электрода, ионизации дугового пространства и возникновения дуги;
напряжение холостого хода должно обеспечивать быстрое зажигание дуги, но не создавать опасности поражения сварщика электрическим током при соблюдении работающим правил безопасности; обычно оно в 1,8—2,5 раза больше рабочего напряжения дуги и находится в пределах 60—80 В.
В правилах устройства электроустановок указаны предельные величины напряжения холостого хода аппаратов ручной дуговой сварки — постоянного тока 100 В (средняя величина), переменного 80 В;
в процессе ручной сварки в зависимости от применяемой марки электродов и мастерства сварщика длина дуги может меняться в пределах 3—5мм и соответственно будет меняться напряжение дуги, однако при этом лишь незначительно может меняться установленная сила тока, обеспечивающая требуемый тепловой режим сварки.

Все указанные требования учитываются внешней вольтамперной характеристикой источника питания, которой называется зависимость между величиной сварочного тока и напряжения на выходных клеммах сварочного аппарата.

Различают несколько типов внешних характеристик (рис. 3.7); крутопадающую I, пологопадающую II, жесткую III и возрастающую IV. Для ручной дуговой сварки используют источники питания с крутопадающей характеристикой, которая наиболее отвечает требованиям данного процесса: при изменении длины дуги, неизбежном во время ручной сварки, незначительно изменяется напряжение, а сила тока практически остается постоянной.

Напряжение холостого хода достаточно высокое для зажигания дуги в начале работы. Источники с крутопадающей характеристикой используют также для сварки в защитном газе неплавящимся электродом и для сварки под флюсом. Источники с другими типами внешних характеристик используют для сварки под флюсом, сварки тонкой проволокой, электрошлаковой сварки и для многопостовых установок.

Рис.

Холостой ход

3.7. Внешние вольт-амперные характеристики источников питания / — крутопадающая, // — пологопадающая, /// — жесткая, IV — возрастающая

Кроме указанных внешних характеристик источники питания дуги должны обладать хорошими динамическими свойствами — должны быстро реагировать на перерывы при копотком замыкании и восстанавливать горение дуги.

Для сварочных генераторов Государственным стандартом СССР установлен динамический показатель времени восстановления напряжения от нуля до рабочего (восстановления дуги) не более 0,3 с.

Источники питания для ручной дуговой сварки работают в режиме ПН (продолжительности нагрузки) или ПР (продолжительности работы), что равнозначно. При этих режимах установленная неизменная нагрузка (сварочный ток) чередуется с холостым ходом источника, когда в сварочной электрической цепи ток практически отсутствует.

Продолжительность работы не должна быть настолько длительной, чтобы температура нагрева источника могла достигнуть значения, недопустимого для него. Этот режим определяется отношением времени сварки tcв к сумме времени сварки и времени холостого хода источника tx,x:

Величина ПН источников для ручной дуговой сварки обычно равна 60%, продолжительность цикла (tсв+tx,x) источников переменного тока — трансформаторов— 300 с (5 мин), источников постоянного тока 300 и 600 с (5 и 10 мин).

За время tx,x происходит охлаждение источника, нагретого во время tсв.

Если вместо холостого хода в перерывах происходит отключение источника питания (пауза), то такой режим называют повторно-кратковременным (ПВ). Он определяется также в процентах

где tп — время паузы, при котором отсутствуют потерн энергии, имеющиеся при холостом ходе (tx,x).

Повторно-кратковременный режим исрользуют при работе сварочными полуавтоматами. Постоянный рабочий режим (ПВ = 100 %) используют для установок автоматизированной сварки или для автоматов.

Сварочный ток, напряжение и мощность, при которых не происходит перегрев источника в максимальном расчетном режиме, называют номинальными.

При использовании многопостовых источников сварочного тока ‘(выпрямителей, преобразователей) необходимо, чтобы они имели жесткую вольтамперную характеристику, а отдельные посты, снабженные балластными реостатами, обеспечивали бы крутопадающие внешние характеристики каждого поста и возможность регулирования реостатом силы сварочного тока.

Сварочным постом называют специально оборудованное рабочее место для сварки. Однопостовой источник обслуживает один пост, многопостовой — несколько постов.

Важной характеристикой источников сварочного тока является коэффициент полезного действия π1 который равен отношению полезной мощности источника Р к его полной потребляемой мощности Рп:

Полезная мощность источника постоянного тока определяется произведением номинального тока на номинальное напряжение

Потребляемая мощность Рп — мощность источника при номинальных /, U и Р с учетом потерь на трение и электрическое сопротивление источника, т.

е. потерь в самом источнике.

Для чего служит сварочный трансформатор

Устройство сварочного трансформатора

индустрия » Электротехника » Сварочные аппараты » Сварочный трансформатор

Сварочные трансформаторы используются для электродуговой сварки переменным током.

Сварочными устройствами постоянного тока называются преобразователями, выпрямителями

или инверторами. Маркировка трансформаторов для ручной сварки плавящимся электродом выглядит следующим образом, ТДМ-316, что означает:

Т — трансформатор сварочный;
Д — дуговая электросварка;
М — механизм регулирования тока сварки;
31 — максимальное значение сварочного тока 310 А;
6 — номер модели трансформатора.

Устройство сварочного трансформатора включает магнитопровод в виде набранного из пластин стального сердечника, и двух изолированных обмоток. Первичная обмотка подключается к силовой сети (220 или 380В), а вторичная одним концом к держателю сварочного электрода, а другим к свариваемой детали.

Вторичная обмотка состоит из двух частей на разных катушках. Одна из них подвижная и выполняет функцию дросселирующего устройства управления сварочным током. Перемещение дроссельной обмотки вдоль магнитопровода осуществляется винтом управления. Величина воздушного зазора между первичной и подвижной частью вторичной обмотки определяет значение сварочного тока.

Изменение тока совпадает с изменением воздушного зазора. Т.е. с увеличением зазора ток увеличивается (во многих статьях можно встретить ошибочные данные по направлению изменения тока и зазора). Обычно сварочные трансформаторы имеют диапазоны регулирования от 60 до 400А. Напряжение холостого хода трансформатора составляет 60-65В. При зажигании дуги напряжение падает до рабочего значения 35-40В. Сварочные трансформаторы имеют защиту от короткого замыкания. Внешняя вольтамперная характеристика для дуговой сварки является падающей.

На фото 1 устройство сварочного трансформатора серии ТДМ представлено схематическим изображением:

Поз.
1 – первичная обмотка трансформатора из изолированного провода.
Поз. 2 – вторичная обмотка не изолирована, с воздушными каналами для лучшего режима охлаждения.
Поз. 3 – подвижная составляющая магнитопровода.
Поз. 4 – система подвеса трансформатора в корпусе агрегата.
Поз. 5 – система управления воздушным зазором.
Поз.6 – ходовой винт управления воздушным зазором.
Поз.
7 – рукоятка привода управляющего винта.

Промышленные сварочные агрегаты представляют собой многопостовые устройства. Для возможности перемещения нижняя рама выполняется в виде шасси с одной или двумя парами колес.

Сам трансформатор в корпусе крепиться на аммартизирующей подвеске. Сварочные трансформаторы для сварки постоянным током дооборудуются выпрямляющими (диодными) приставками или инвертором постоянного тока.

Устройство сварочных трансформаторов

Полезная информация — Применение сварочного оборудования

Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемого для сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильного горения сварочной дуги.

Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60—75 В. При сварке на малых токах (60—100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70 — 80 В.

Понижающий сварочный трансформатор, основой которого является магнитопровод (сердечник), изготовлен из большого количества тонких пластин (толщиной 0,5 мм) трансформаторной стали, стянутых между собой шпильками. На магнитопроводе имеются первичная и вторичная (понижающая) обмотки из медного или алюминиевого провода.

Первичная обмотка сварочного трансформатора подключается в сеть переменного тока напряжением 220 или 380 В. Переменный ток высокого напряжения, проходя по обмотке, создаст действующее вдоль магнитопровода переменное магнитное поле, под действием которого во вторичной обмотке индуктируется переменный ток низкого напряжения.

Обмотку дросселя включают в сварочную цепь последовательно со вторичной обмоткой сварочного трансформатора.

Трансформаторы сваролчные с подвижными обмотками с увеличенным магнитным рассеянием. Трансформаторы с подвижными обмотками (к ним относятся сварочные трансформаторы типа ТДМ и ТД) получили в настоящее время широкое применение при ручной дуговой сварке.

Они имеют повышенную индуктивность рассеяния и выполняются однофазными, стержневого типа, в однокорпусном исполнении.

Катушки первичной обмотки такого трансформатора сварочного неподвижные и закреплены у нижнего ярма, катушки вторичной обмотки подвижные.

Величину сварочного тока регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Наибольшая величина сварочного тока достигается при сближении катушек, наименьшая — при удалении. С ходовым винтом связан указатель примерной величины сварочного тока. Точность показаний шкалы составляет 7,5 % от значения максимального тока.

Отклонения величины тока зависят от подводимого напряжения и длины сварочной дуги. Для более точного замера сварочного тока должен применяться амперметр.

Трансформаторы сварочные снабжены емкостными фильтрами, предназначенными для снижения помех радиоприему, создаваемых при сварке.

Трансформаторы сварочные отличаются наличием компенсирующих конденсаторов, обеспечивающих повышение коэффициента мощности (соs ?).

Сварочныу трансформаторы ТДМ представляет собой понижающий трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния.

Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Трансформатор сварочный работает на двух диапазонах: попарное параллельное соединение катушек обмоток дает диапазон больших токов, а последовательное — диапазон малых токов.

Правила техники безопасности при эксплуатации сварочных трансформаторов.

В процессе работы электросварщик постоянно обращается с электрическим током, поэтому все токоведущие части сварочной цепи должны быть надежно изолированы.

Ток величиной 0,1 А и выше опасен для жизни и может привести к трагическому исходу.

Каким должно быть напряжение холостого хода сварочного инвертора?

Опасность поражения электрическим током зависит от многих факторов и в первую очередь от сопротивления цепи, состояния организма человека, влажности и температуры окружающей атмосферы, напряжения между точками соприкосновения и от материала пола, на котором стоит человек.Сварщик должен помнить, что первичная обмотка трансформатора соединена с силовой сетью высокого напряжения, поэтому в случае пробоя изоляции это напряжение может быть и во вторичной цепи трансформатора, т.

е. иа электрододержателе.Напряжение считается безопасным: в сухих помещениях до 36 В и в сырых до 12 В.

При сварке в закрытых сосудах, где повышается опасность поражения электрическим током, необходимо применять ограничители холостого хода трансформатора, специальную обувь, резиновые подстилки; сварка в таких случаях ведется под непрерывным контролем специального дежурного. Для снижения напряжения холостого хода существуют различные специальные устройства — ограничители холостого хода.

Pereosnastka.ru

Устройство сварочного трансформатора

Категория:

Сведения о сварке

Устройство сварочного трансформатора

Сварочный трансформатор преобразует переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты и служит для питания сварочной дуги.

Трансформатор имеет стальной сердечник (магнитопровод) и две изолированные обмотки. Обмотка, подключенная к сети, называется первичной, а обмотка, подключенная к электрододержателю и свариваемому изделию,— вторичной.

Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов должно быть не менее 60—65 В; напряжение дуги при ручной сварке обычно не превышает 20—30 В.

Рис.

1. Сварочный трансформатор ТСК-500: а — вид без кожуха, б — схема регулирования сварочного тока, в — электрическая схема

Одним из наиболее распространенных источников питания переменного тока является сварочный трансформатор ТСК-500 (рис.1).

В нижней части сердечника находится первичная обмотка, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка, также состоящая из двух катушек, расположена на значительном расстоянии от первичной. Катушки как первичной, так и вторичной обмоток соединены параллельно.

Вторичная обмотка— подвижная и может перемещаться по сердечнику при помощи винта, с которым она связана, и рукоятки, находящейся на крышке кожуха трансформатора.

Регулирование сварочного тока производится изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. При вращении рукоятки 6 по часовой стрелке вторичная обмотка приближается к первичной, магнитный поток рассеяния и индуктивное сопротивление уменьшаются, сварочный ток возрастает.

При вращении рукоятки против часовой стрелки вторичная обмотка удаляется от первичной, магнитный поток рассеяния растет (индуктивное сопротивление увеличивается) и сварочный ток уменьшается.

Пределы регулирования сварочного тока— 165—650 А.

Для приближенной установки силы сварочного тока на верхней крышке кожуха расположена шкала с делениями. Более точно сила тока определяется по амперметру.

Сварочный трансформатор ТСК-500 в отличие от ТС-500 имеет в первичной цепи конденсатор 4 большой мощности. Конденсатор включается параллельно первичной обмотке и предназначен для повышения коэффициента мощности (косинуса «фи»).

Однотипными, но меньшей мощности, являются трансформаторы ТС-300 и ТСК-300.

Трансформаторы ТД-500 и ТД-300 работают по такому же принципу, но для переключения обмоток с параллельного на последовательное соединение снабжены переключателями барабанного типа.

Читать далее:

Устройство сварочного выпрямителя

Статьи по теме:

Понятие сварочного трансформатора

Сварочный трансформатор

Сварочный трансформатор предназначается для преобразования электрической энергии, подводимой к его первичной обмотке, в электрическую энергию с низким вторичным напряжением и большим током. Форма импульса сварочного тока полностью предопределяется схемным решением силовой электрической промежуточной части, от которой осуществляется питание сварочного трансформатора или питание сварочного контура машины.

Классификация сварочных трансформаторов

В зависимости от способа питания контактных машин все сварочные трансформаторы делятся на две основные группы:

Сварочные трансформаторы, преобразующие электрическую энергию переменного тока частотой 50Гц, потребляемую из сети непосредственно во время сварки;
Сварочные трансформаторы, преобразующие энергию, предварительно накопленную;

Главная доля (более 90%) из всего числа сварочных трансформаторов приходится на однофазные трансформаторы переменного тока частотой 50Гц.

Устройство сварочного трансформатора

Принципиальная схема устройства и работы сварочного трансформатора

Основные элементы сварочного трансформатора:

1 — обмотка высшего напряжения 2 — магнитная система 3 — обмотка низешего напряжения реактор(дроссель) — предназначенный для регулирования вторичного тока — тока сварки путем изменения воздушного зазора магнитной цепи.

Реактор состоит из неподвижной магнитной системы 4 и ее обмоток 5 и подвижной 6 изменяющей воздушный зазор между ними.

При подсоединении, как указано на схеме, проводов от сварочного трансформатора и реактора к свариваемой детали 7 и электроду 8 посредством токодержателя 9 между ними возникает дуга, плавящая металл.

Как правило, все сварочные трансформаторы контактных машин являются двухобмоточными. Основные конструктивные элементы сварочного трансформатора — магнитопровод, первичная и вторичная обмотки.

Неизбежными элементами конструкции являются крепежные, стяжные и установочные детали, контактные плиты вторичного витка, выводы и отводы от катушек первичной обмотки. Различные конструктивные исполнения сварочного трансформатора в целом и отдельных его узлов обусловливаются не только габаритами в зависимости от мощности и форм преобразуемых параметров, но и другими факторами, из которых необходимо отметить следующие:

Тип и форма магнитопровода и обмоток сварочного трансформатора.
Охлаждение обмоток и класс изоляции.
Число фаз, частота и форма преобразуемых тока и напряжения.
Требования, связанные с ограничением массы и уменьшением сопротивления обмоток.
Общая конструктивная компоновка машины, в которую монтируется сварочный трансформатор.
Серийность однотипных сварочных трансформаторов, изготовляемых специализированными заводами.

С учетом того, что сварочные трансформаторы работают в режиме повторно-кратковременной нагрузки с числом включений до 120 раз в минуту и более при больших токах, к их конструкции еще дополнительно предъявляются повышенные требования в отношении механической прочности.

Наиболее распространенная конструкция сварочного трансформатора:

Магнитопровод сварочного трансформатора броневого типа, обмотки — дисковые чередующиеся. Секционированная первичная обмотка уложена в несколько дисковых катушек. Вторичная, одновитковая обмотка, рассчитанная на большой ток, разбита на отдельные диски, вырезанные из толстолистовой электротехнической меди. Диски соединены между собой параллельно путем впаивания их начал в одну контактную плиту, а концов в другую.

напряжение холостого хода

Вторичный виток охлаждается проточной водой, проходящей по трубкам, напаянным по наружному периметру каждого диска и по каналам в каждой контактной плите.

Катушки первичной обмотки сварочного трансформатора дисковые, изготовлены из изолированного обмоточного провода прямоугольного сечения. К каждой катушке припаиваются выводы, число которых зависит от числа секций обмотки, уложенных в одну катушку. Между собой катушки сварочного трансформатора соединяются медными перемычками.

Катушки охлаждаются путем теплоотдачи дискам вторичного витка. Соединение катушек или их секций с переключателем ступеней осуществляется с помощью отводов из гибкого провода с резиновой изоляцией, с напаянными на оба конца кабельными наконечниками. Магнитопровод сварочного трансформатора набран из пластин электротехнической холоднокатаной стали.

Основные характеристики сварочного трансформатора

Сварочный трансформатор характеризуется тремя значениями вторичного тока:

I2max – наибольшее значение тока сварочного трансформатора;

I2 – номинальное длительное значение тока сварочного трансформатора;

I2ном – краткосрочное сварочное значение тока сварочного трансформатора;

I2max – ток короткого замыкания .

Сварочный трансформатор должен обеспечить заданный ток при номинальном первичном напряжении.

I2 – номинальный длительный вторичный ток – параметр сварочного трансформатора при его работе в длительном режиме при ПВ=100%.

ПВ – продолжительность включения, величина определяемая как процентное отношение времени работы трансформатора под нагрузкой к общему времени одного цикла сварки.

I2ном – кратковременный реальный рабочий ток, который проходит во вторичном контуре сварочного трансформатора при сварке.

Iном влияет на режимы используемые при сварке данным сварочным трансформатором.

Еще одной важной характеристикой сварочного трансформатора является вторичное напряжение холостого хода — U20. U20 – номинальное напряжение, которое сварочный трансформатор должен обеспечить в режиме холостого хода, на одной из ступеней, принятой за номинальную.

Структура условного обозначения типов сварочных трансформаторов.

Машина для контактной сварки, одним из узлов которой, является сварочный трансформатор

Структура условного обозначения типов сварочных трансформаторов включает в себя буквенную часть и цифровую.

Буквенная часть, как правило, отражает вид трансформатора, число фаз, род и частоту преобразуемого тока.

Основная цифровая часть обозначает энергетические характеристики трансформатора: или номинальный вторичный ток I2ном в килоамперах и вторичное напряжение холостого хода на номинальной ступени U20ном или только номинальный длительный вторичный ток I2 в килоамперах и регистрационный номер трансформатора, или только наибольший вторичный ток I2max в амперах, или номинальную мощность, соответствующую ПВ=50%.

За основной цифровой частью следует или номер модификации трансформатора, особенности исполнения трансформатора (например, с обмотками, залитыми эпоксидным компаундом,— ЭП, экспортное исполнение — Э, тропическое— Т и т.

д.), или вид климатического исполнения по ГОСТ 15150 -69 и т. д.

Примеры:

ТКС-3500

Т – трансформатор
К – для электрической контактной сварки
С – сухой
3500 – I2max= 3500А

ТВК-75 УХЛ4

Т –трансформатор
В – водяное охлаждение обмоток трансформатора
К – для электрической контактной сварки
75кВА — мощность потребления
УХЛ4 – вид климатического исполнения

Устройства, пропорционально преобразующие переменный ток из одной величины в другую на основе принципов электромагнитной индукции, называют трансформаторами тока (ТТ).

Их широко используют в энергетике и изготавливают разными конструкциями от маленьких моделей, размещаемых на электронных платах до метровых сооружений, устанавливаемых на железобетонные опоры.

Цель проверки — выявление работоспособности ТТ без оценки метрологических характеристик, определяющих класс точности и углового сдвига фаз между первичным и вторичными векторами токов.

Возможные неисправности.

Трансформаторы выполняются автономными устройствами в изолированном корпусе с выводами для подключения к первичному оборудованию и вторичным устройствам. Ниже приведены основные причины неисправностей:

— повреждение изоляции корпуса;— повреждение магнитопровода;— повреждение обмоток:— обрывы;— ухудшение изоляции проводников, создающее межвитковые замыкания;

— механические износы контактов и выводов.

Методы проверок.

Для оценки состояния ТТ проводится визуальный осмотр и электрические проверки.

Визуальный внешний осмотр. Проводится в первую очередь и позволяет оценить:

— чистоту внешних поверхностей деталей;— появление сколов на изоляции;— состояние клеммников и болтовых соединений для подключения обмоток;

— наличие внешних дефектов.

Проверка изоляции.

(эксплуатация ТТ с нарушенной изоляцией не допускается!).

Испытания изоляции. На высоковольтном оборудовании трансформатор тока смонтирован в составе линии нагрузки, входит в нее конструктивно и подвергается совместным высоковольтным испытаниям отходящей линии специалистами службы изоляции.

По результатам испытаний оборудование допускается в эксплуатацию.

Проверка состояния изоляции. К эксплуатации допускаются собранные токовые цепи с величиной изоляции 1 мОм.

Для ее замера используется мегаомметр с выходным напряжением, соответствующим требованиям документации на ТТ. Большинство высоковольтных устройств необходимо проверять прибором с выходным напряжением в 1000 вольт.

Итак, мегаомметром измеряют сопротивление изоляции между:

— корпусом и всеми обмотками;— каждой обмоткой и всеми остальными.

Работоспособность трансформатора тока можно оценить прямыми и косвенными методами.

Прямой метод проверки

Это, пожалуй наиболее проверенный способ, который по другому называют проверкой схемы под нагрузкой.

Используется штатная цепь включения ТТ в цепи первичного и вторичного оборудования или собирается новая цепь проверки, при которой ток от (0,2 до 1,0) номинальной величины пропускается по первичной обмотке трансформатора и замеряется во вторичной.

Численное выражение первичного тока делится на замеренный ток во вторичной обмотке.

Полученное выражение определяет коэффициент трансформации, сравнивается с паспортными данными, что позволяет судить об исправности оборудования.

ТТ может содержать несколько вторичных обмоток. Все они, до начала испытаний, должны надежно подключаться к нагрузке или закорачиваться.

В разомкнутой вторичной обмотке (при токе в первичной) возникает высокое напряжение в несколько киловольт, опасное для человека и оборудования.

Магнитопроводы многих высоковольтных трансформаторов нуждаются в заземлении.

Для этого в их клеммной коробке оборудуется специальный зажим с маркировкой буквой “З”.

На практике часто есть ограничения по проверке ТТ под нагрузкой, связанные с условиями эксплуатации и безопасности.

Поэтому используются другие способы.

2. Косвенные методы

Каждый из способов предоставляет часть информации о состоянии ТТ. Поэтому следует применять их в комплексе.

Определение достоверности маркировки выводов обмоток. Целостность обмоток и их вывода определяются “прозвонкой” (замером омических активных сопротивлений) с проверкой или нанесением маркировки.

Выявление начал и концов обмоток осуществляется способом, позволяющим определить полярность.

Определение полярности выводов обмоток. Вначале ко вторичной обмотке ТТ подсоединяется миллиамперметр или вольтметр магнитоэлектрической системы с определенной полярностью на выводах.

Допускается использовать прибор с нулем в начале шкалы, однако, рекомендкеься посередине.

Все остальные вторичные обмотки из соображений безопасности шунтируются.

К первичной обмотке подключается источник постоянного тока с ограничивающим его ток разряда сопротивлением.

Напряжение холостого хода сварочного инвертора

Обыкновенной батарейки от карманного фонарика с лампочкой накаливания вполне достаточно. Вместо установки выключателя можно просто дотронуться проводом от лампочки до первичной обмотки ТТ и затем отвести его.

При включении выключателя в первичной обмотке формируется импульс тока соответствующей полярности.

Действует закон самоиндукции. При совпадении направления навивки в обмотках стрелка движется вправо и возвращается назад. Если прибор подключен с обратной полярностью, то стрелка будет двигаться влево.

При отключении выключателя у однополярных обмоток стрелка двигается импульсом влево, а в противном случае – вправо.

Аналогичным способом проверяется полярность подключения других обмоток.

Снятие характеристики намагничивания.

Зависимость напряжения на контактах вторичных обмоток от проходящего по ним тока намагничивания называют вольтамперной характеристикой (ВАХ). Она свидетельствует о работе обмотки и магнитопровода ТТ, позволяет оценить их исправность.

С целью исключения влияния помех со стороны силового оборудования ВАХ снимают при разомкнутой цепи у первичной обмотки.

Для проверки характеристики требуется пропускать переменный ток различной величины через обмотку и замерять напряжение на ее входе.

Это можно делать любым проверочным стендом с выходной мощностью, позволяющей нагружать обмотку до насыщения магнитопровода ТТ при котором кривая насыщения переходит в горизонтальное направление.

Данные замеров заносят в таблицу протокола.

По ним методом аппроксимации вычерчивают графики.

Перед началом замеров и после них необходимо обязательно проводить размагничивание магнитопровода путем нескольких плавных увеличений токов в обмотке с последующим снижением до нуля.

Для замеров токов и напряжений следует пользоваться приборами электродинамической или электромагнитной систем, воспринимающих действующие значения тока и напряжения.

Появление в обмотке короткозамкнутых витков уменьшает величину выходного напряжения в обмотке и снижает крутизну ВАХ.

Поэтому, при первом использовании исправного трансформатора делают замеры и строят график, а при дальнейших проверках через определенное время контролируют состояние выходных параметров.

Учет электроэнергии

Метод эквивалентного генератора

При решении задач по электротехнике, зачастую требуется знать режим работы не всей цепи, а только одной определённой ветви. Для определения параметров такой ветви существует метод эквивалентного генератора.

Суть метода эквивалентного генератора состоит в нахождении тока в одной выделенной ветви, при этом остальная часть сложной электрической цепи заменяется эквивалентным ЭДС Еэкв, с её внутренним сопротивлением rэкв. При этом часть цепи, в которую входит источник ЭДС называют эквивалентным генератором или активным двухполюсником, откуда и название метода.

Для наглядности рассмотрим схему представленную ниже. Допустим, что R1=5 Ом, R2=7 Ом, R3=10 Ом, Rab=3 Ом, E=10 В.

Согласно методу эквивалентного генератора получим схему

Искомый ток Iab находится по закону Ома для полной цепи

Для нахождения тока нужно узнать Еэкв и rэкв с помощью режимов эквивалентного генератора.

Для того чтобы найти эквивалентную ЭДС, нужно рассмотреть режим холостого хода генератора, другими словами нужно отсоединить исследуемую ветвь ab, тем самым избавив генератор от нагрузки, после чего он будет работать на так называемом холостом ходу.

Напряжение холостого хода Uх, будет равно эквивалентной ЭДС Eэкв. Таким образом мы можем найти Eэкв.

Следующим этапом решения задачи будет нахождение эквивалентного сопротивления rэкв. Можно воспользоваться режимом короткого замыкания генератора, при котором сопротивление Rab отсутствует, но в более сложных схемах это может привести к более громоздким расчётам, поэтому найдем rэкв как входное сопротивление пассивного двухполюсника. Пассивным называется двухполюсник у которого отсутствуют источники ЭДС. Простыми словами нужно убрать во внешней цепи источник ЭДС и найти сопротивление цепи, так и поступим.

Эквивалентное сопротивление rэкв равно ( тем, кто не умеет находить эквивалентное сопротивление, нужно прочитать статью виды соединения проводников )

Итак, найдя эквивалентные ЭДС и сопротивление, мы можем найти силу тока в ветви ab

На этом всё, ток в нужной ветви найден, а значит, задача решена методом эквивалентного генератора.

Читайте также - Метод двух узлов

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4.11 (106 Голоса)

1.6. Холостой ход и короткое замыкание тока.

Рис. 1.8. Режим холостого хода

В режиме холостого хода внешняя цепь разомкнута (рис. 1.8.) При этом ее сопротивление равно бесконечности, а величина тока в цепи равна нулю. Следовательно, напряжение на зажимах генератора: Uxx= E.

Короткое замыкание возникает обычно в результате повреждения изоляции соединительных проводов. При этом зажимы генератора оказываются замкнуты проводником с ничтожно малым сопротивлением (рис. 1.9).

Рис. 1.9 Режим короткого замыкания.

Практически напряжение на зажимах генератора в режиме короткого замыкания равно нулю, и сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению генератора R0. Так как R0 обычно мало, величина тока короткого замыкания Iкз= оказывается очень большой.

Короткое замыкание является аварийным режимом работы и представляет собой большую опасность для электрических установок, т.к. может повлечь за собой их разрушение, вследствие перегрева, вызванного большими токами.

1.7. Расчет сложных электрических цепей постоянного тока.

Приведем основные понятия сложной цепи. Несколько последовательно соединенных элементов цепи, по которым проходит один и тот же ток, образуют ветвь. В общем случае ветвь может содержать как сопротивления, так и ЭДС.

Точка соединения трех и более ветвей называют узловой точкой или узлом.

Несколько ветвей, образующих замкнутую электрическую цепь называют контуром.

1.7.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа

Универсальным методом расчета токов в сложных цепях постоянного тока с несколькими источниками электрической энергии, является метод непосредственного применения I и II законов Кирхгофа.

К узловым точкам схемы применяется I закон Кирхгофа, согласно которому сумма токов, притекающих к узлу равна сумме токов уходящих от него, т.е. алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. ∑I =0

К контурам применяется II закон Кирхгофа, согласно которому алгебраическая сумма ЭДС, действующих в контуре, равна сумме падений напряжений на всех сопротивлениях контура.

∑E = ∑IR

По первому и второму законам Кирхгофа составляют столько уравнений, сколько неизвестных токов в цепи. По первому закону Кирхгофа составляют n-1 уравнений, где n – число узлов в цепи. Недостающие уравнения составляют по второму закону Кирхгофа.

Рассмотрим применение метода на примере сложной электрической цепи, схема которой представлена на рис. 1.10

Рис. 1.10. Сложная электрическая цепь постоянного тока.

Расчет токов, протекающих в ветвях сложной цепи, проводят по следующим правилам:

По возможности упрощают схему, заменяя параллельно соединенные сопротивления одним эквивалентным. Для рассматриваемой схемы имеем

R567 =

Определяют количество искомых токов в цепи и произвольно задают их направления. Количество искомых токов равно количеству ветвей в цепи. В рассматриваемой цепи после упрощения остается три ветви abcd, ad, afed, следовательно, требуется найти значения трех токов I1, I2, I3, для чего необходимо составить три уравнения по законам Кирхгофа.
Определяют количество узлов в цепи и для всех узловых точек, кроме одной составляют уравнения по первому закону Кирхгофа. В рассматриваемой цепи две узловые точки a и d. Поэтому, по первому закону Кирхгофа составляется одно уравнение для узловой точки a, в соответствии с заданными направлениями токов

I1 + I2 = I3 (1.11)

Выбирают произвольное направление обхода контуров по или против часовой стрелки и по второму закону Кирхгофа составляют недостающие уравнения. Для рассматриваемой цепи необходимо составить еще два уравнения. Они составляются по второму закону Кирхгофа, для контуров adef и abcd в соответствии с выбранными направлениями их обхода. При этом ЭДС и токи, совпадающие с направлением обхода контура, принимают со знаком плюс, а ЭДС и токи, противоположные этому направлению, со знаком минус. В результате получаем

E1 = I1 (R1+R2+R3) + I3R8 (1.12)

E2 = I2 (R567+R4) + I3R8 (1.13)

5. Определяют неизвестные токи в ветвях, решая полученную систему уравнений (1.11), (1.12), (1.13). Если какие-то значения при расчете получаются со знаком минус, то это означает, что направления реальных токов противоположны заданным в начале расчета.

Проверку решения задачи осуществляют путем расчета уравнения баланса мощностей: алгебраическая сумма мощностей развиваемых всеми источниками ЭДС равна сумме мощностей, потребляемых всеми сопротивлениями нагрузки. В общем виде уравнение баланса мощностей записывается как ∑EI=∑I2R.

Применительно к рассматриваемой цепи, уравнение баланса мощностей принимает вид:

E1I1+E2I2 = I(R1+R2+R3) + I(R4+R567) +IR8 (1.14)

Если направление ЭДС совпадает с направлением тока в ветви, то их произведение включается в левую часть уравнения со знаком плюс, а если не

совпадает, то со знаком минус, т.е.E I (+) и EI (-). Если расчет токов проведен правильно, то левая часть уравнения (1.14) равна его правой части.

Основы электротехники и электроники: Курс лекций, страница 10

Очевидно, что образовавшаяся петля – это замкнутый контур, который не оказывает влияния на токораспределение между точками a и b, и его можно вовсе удалить из схемы (Рис. 14.4).

Рис. 14.4

Вышеприведенные рассуждения позволяют сделать следующий вывод: любое сопротивление в любой ветви схемы можно заменить эквивалентной ЭДС, численно равной падению напряжения на этом сопротивлении и направленной навстречу току.

Очевидно, что эту теорему можно сформулировать и следующим образом: любое сопротивление в любой ветви схемы можно заменить эквивалентным источником тока. Ток источника численно равен току через сопротивление и направлен в ту же сторону.

15. МЕТОД ЭКВИВАЛЕНТНОГО ГЕНЕРАТОРА

Рассмотрим произвольную электрическую цепь, представив ее в виде активного двухполюсника и ветви (Рис. 15.1).

Рис. 15.1

Как и в предыдущей задаче, мы можем включить в ветвь две равных и противоположно направленных ЭДС. Это не изменит токораспределения в схеме (Рис. 15.2).

Рис. 15.2

Воспользовавшись методом наложения, разобьем получившуюся цепь на две: в одной из них оставим лишь одну ЭДС Eэ (при этом двухполюсник станет пассивным), в другой оставим все остальные источники (Рис. 15.3).

Рис. 15.3

Реальный ток ветви есть сумма двух составляющих:

. (15.1)

По закону Ома можно определить ток :

. (15.2)

Так как ЭДС Eэ можно выбрать произвольно, выберем ее так, чтобы дробь (15.2) обращалась в нуль.

При . (15.3)

Соотношение (15.3) означает, что активный двухполюсник на Рис. 15.3 работает в режиме холостого хода, то есть ветвь с сопротивлением R разомкнута или вообще удалена из схемы (Рис. 15.4). Напряжение называют напряжением холостого хода.

Рис. 15.4

Любой пассивный двухполюсник всегда можно свернуть в одно эквивалентное сопротивление. Тогда исходная схема принимает вид (Рис. 15.5):

Рис. 15.5

Ток в ветви определяется по закону Ома:

, (15.4)

где Eэ – ЭДС эквивалентного генератора;

Rэ – сопротивление эквивалентного генератора;

R – сопротивление ветви с искомым током.

Как видно из предыдущих рассуждений ЭДС эквивалентного генератора численно равна напряжению в разрыве ветви с искомым током и направлена в сторону тока. Сопротивление эквивалентного генератора – это сопротивление цепи, из которой удалены все источники энергии, свернутой относительно ветви с искомым током.

ЭДС и сопротивление эквивалентного генератора можно определить как экспериментально, так и аналитически.

Алгоритм экспериментального определения параметров эквивалентного генератора

Разрывают ветвь с искомым током. Этот режим называется режимом холостого хода. Измеряют напряжение в разрыве. Оно направлено в ту же сторону, что и искомый ток и численно равно ЭДС эквивалентного генератора.
Закорачивают ветвь с искомым током. Этот режим называется режимом короткого замыкания. Измеряют ток в закоротке. Этот ток называется током короткого замыкания.
Сопротивление эквивалентного генератора равно отношению напряжения холостого хода к току короткого замыкания:

Алгоритм аналитического расчета цепи методом эквивалентного генератора

Ветвь с искомым током удаляется из схемы и заменяется двумя зажимами. Исходная цепь значительно упрощается. В дальнейшем ни в коем случае нельзя терять зажимы сворачиваемой схемы.
Любым известным методом определяется напряжение между зажимами Uхх. Оно направлено в ту же сторону, что и искомый ток. ЭДС эквивалентного генератора равна этому напряжению.
Вся цепь делается пассивной, то есть источники удаляются и заменяются своими внутренними сопротивлениями. Получившаяся пассивная цепь сворачивается в одно сопротивление Rэ относительно зажимов.
Искомый ток определяется по закону Ома:

Метод эквивалентного генератора наиболее эффективен, когда требуется определить ток в одной ветви с переменным сопротивлением.

Пример 15.1

Определить ток I3 методом эквивалентного генератора (Рис. 15.6).

Рис. 15.6

Формируем схему режима холостого хода. Ветвь с искомым током удаляем из схемы. Заменяем ее двумя зажимами. Между зажимами обозначаем напряжение холостого хода. Оно направлено в ту же сторону, что и искомый ток (Рис. 15.7).