Bienvenido a esta exploración integral de conceptos y principios clave en el campo de la ingeniería eléctrica. Este artículo está diseñado para proporcionar una inmersión profunda en el fascinante mundo de los transformadores y motores, dos componentes críticos que impulsan nuestro mundo moderno.
Si es un estudiante de ingeniería eléctrica que busca solidificar sus conocimientos, un profesional experimentado que busca actualizar sus conocimientos o simplemente un entusiasta con gran interés en aprender cómo funcionan estos dispositivos, este artículo es para usted.
Viajaremos a través de las complejidades de los transformadores monofásicos, los motores de CC, los motores asíncronos, los generadores síncronos y más. Cada sección está cuidadosamente diseñada para explicar principios complejos de una manera accesible, lo que hace que el mundo de la ingeniería eléctrica sea más accesible.
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45 conceptos y principios clave en ingeniería eléctrica
La corriente de un transformador monofásico en condiciones sin carga no está en fase con el flujo magnético principal y hay una diferencia de ángulo de fase aFe debido a la presencia de corriente de pérdida de hierro. La corriente sin carga es una forma de onda pico porque contiene un gran tercer armónico.
El devanado del inducido de un motor de CC también transporta una corriente alterna. Sin embargo, el devanado de excitación lleva una corriente continua. Los modos de excitación de un motor de CC incluyen excitación separada, excitación en paralelo, excitación en serie y excitación compuesta.
La expresión de la fuerza contraelectromotriz de un motor DC es E =CE F n; la expresión del par electromagnético es Tem =CTFI.
El número de ramas paralelas en un motor de CC siempre está en pares. Sin embargo, el número de ramas paralelas en un devanado de CA no es necesariamente el mismo.
En un motor de CC, los elementos de un devanado de una sola capa se conectan en serie de manera que uno se apila sobre el otro. Ya sea que se trate de un devanado de una sola onda o de una sola capa, el conmutador conecta todos los elementos en serie para formar un solo circuito cerrado.
Un motor asíncrono también se conoce como motor de inducción porque la corriente del rotor del motor asíncrono se genera a través de la inducción electromagnética.
Cuando un motor asíncrono arranca con tensión reducida, el par de arranque disminuye, y el par de arranque y el cuadrado de la corriente de arranque del devanado disminuyen proporcionalmente.
Cuando la amplitud y la frecuencia del voltaje del lado primario son constantes, el grado de saturación del núcleo del transformador básicamente no cambia, y la reactancia de excitación tampoco cambia básicamente.
La característica de cortocircuito de un generador síncrono es una línea recta. Cuando ocurre un cortocircuito simétrico trifásico, el circuito magnético no está saturado; durante un cortocircuito de estado estable simétrico trifásico, el circuito de cortocircuito es un componente de eje directo desmagnetizante puro.
La corriente en el devanado de excitación de un motor síncrono es una corriente continua. Los métodos de excitación incluyen principalmente la excitación del generador de excitación, la excitación del rectificador estático, la excitación del rectificador giratorio, etc.
No hay armónicos pares en la fuerza magnetomotriz sintética trifásica; cuando un devanado trifásico simétrico pasa una corriente trifásica simétrica, no hay armónicos magnéticos que sean múltiplos de 3 en su fuerza magnetomotriz sintética.
Los transformadores trifásicos generalmente esperan que un lado esté conectado en forma de delta o que un lado esté conectado a tierra en el medio. Porque la conexión del devanado del transformador trifásico espera tener un camino para la corriente del tercer armónico.
Cuando un devanado trifásico simétrico pasa una corriente trifásica simétrica, el quinto armónico en su fuerza magnetomotriz sintética se invierte; el séptimo armónico es hacia adelante.
Las características mecánicas del motor DC excitado en serie son relativamente blandas. Las características mecánicas del motor de CC excitado por separado son relativamente duras.
Las pruebas de cortocircuito del transformador pueden medir la impedancia de fuga del devanado del transformador; mientras que las pruebas sin carga pueden medir los parámetros de impedancia de excitación del devanado.
La relación de transformación del transformador es igual a la relación de vueltas del devanado primario al devanado secundario. La relación de transformación de un transformador monofásico también se puede expresar como la relación de las tensiones nominales de los lados primario y secundario.
Cuando está normalmente excitado, el factor de potencia del generador síncrono es igual a 1; manteniendo la potencia activa de salida sin cambios, cuando la corriente de excitación es menor que la excitación normal (subexcitación), la naturaleza de la reacción del inducido del eje directo es magnetizante; manteniendo la potencia activa de salida sin cambios, cuando la corriente de excitación es mayor que la excitación normal (sobreexcitación), la naturaleza de la reacción del inducido del eje directo es desmagnetizante.
En un motor de CC, la pérdida de hierro existe principalmente en el núcleo de hierro del rotor (núcleo de hierro del inducido) porque el campo magnético del núcleo de hierro del estator básicamente no cambia.
En un motor de CC, el primer paso y1 es igual al número de ranuras entre el primer y el segundo lado del elemento. El paso compuesto y es igual al número de ranuras entre los bordes del elemento superior de los dos elementos conectados en serie.
En un motor de CC, cuando no se considera la saturación, la característica de la reacción del inducido en el eje transversal es compensar la posición del campo magnético cero, pero el flujo magnético por polo no cambia. Cuando el cepillo está en la línea neutra geométrica, la reacción del inducido es magnética cruzada.
En un motor de CC, el componente que convierte la alimentación de CC externa en alimentación de CA interna es el conmutador. La función del conmutador es convertir CC en CA (o viceversa).
En un motor síncrono, cuando el flujo magnético F0 de la excitación de interconexión del devanado del estator está en su valor máximo, la fuerza contraelectromotriz E0 alcanza su valor mínimo, cuando F0 llega a cero, E0 alcanza su valor máximo, la relación de fase entre F0 y E0 es F0 adelanta a E0 en 90o. Y la relación entre E0 y F0 se expresa como: E0 = 4.44 f N kN1F0.
En un motor, el flujo magnético de fuga se refiere al flujo magnético que solo se entrelaza con el devanado mismo, y la fuerza contraelectromotriz que genera a menudo puede ser equivalente a una caída de reactancia de fuga (o caída de reactancia negativa).
El rotor de un motor asincrónico Tiene dos tipos: jaula de ardilla y rotor bobinado.
La tasa de deslizamiento s de un motor asíncrono se define como: la relación de la diferencia entre la velocidad síncrona y la velocidad del rotor a la velocidad síncrona. Cuando el motor asíncrono funciona en el estado del motor, el rango de su tasa de deslizamiento s es 1>s>0.
La curva Tem-s de la relación entre el par electromagnético Tem y la tasa de deslizamiento s de un motor asíncrono tiene tres puntos clave, que son el punto inicial (s = 1), el punto de par electromagnético máximo (s = sm) y el punto síncrono (s = 0). Cuando cambia la resistencia del rotor del motor asíncrono, las características de su par electromagnético máximo Tem y la tasa de deslizamiento sm son: el tamaño permanece sin cambios y la posición de s cambia.
El motor asíncrono debe absorber potencia reactiva de naturaleza atrasada de la red para su excitación.
Cuando una corriente CA pasa a través de un grupo de bobinas, su fuerza magnetomotriz tiene una naturaleza pulsante a medida que cambia el tiempo. Una sola bobina pasa una corriente alterna y su fuerza magnetomotriz también tiene una naturaleza pulsante a medida que cambia el tiempo.
Cuando un generador síncrono está conectado a la red, requiere que su voltaje terminal trifásico tenga la misma: frecuencia, amplitud, forma de onda, secuencia de fase (y fase) que el voltaje trifásico de la red.
El rotor de un motor síncrono tiene dos tipos: de polo saliente y cilíndrico.
El número de fase equivalente del rotor de jaula de ardilla es igual a su número de ranura, y el equivalente de vueltas por fase es 1/2.
Para un devanado de CA trifásico simétrico, cuando pasa una corriente CA trifásica simétrica, su fuerza magnetomotriz sintética de onda fundamental es una fuerza magnetomotriz giratoria circular, y su dirección de rotación es desde el eje del devanado de fase principal al eje de fase retrasada, y luego al siguiente eje de fase retrasada.
Existen dos métodos de conexión para los devanados trifásicos de un transformador trifásico: estrella y triángulo; el circuito magnético tiene dos estructuras: tipo núcleo y tipo capa.
Los seis números impares del grupo de conexión del transformador trifásico son 1, 3, 5, 7, 9, 11. Y los seis números pares del grupo de conexión son 0, 2, 4, 6, 8, 10.
En un devanado de CA, el número de ranuras por polo por fase q =q = Z/2p/m (suponiendo que el número de ranuras es Z, el número de pares de polos es p y el número de fases es m). En los devanados de CA, se utilizan bandas de fase de 120o y bandas de fase de 60o. El coeficiente básico de devanado de onda y la fuerza contraelectromotriz de la banda de fase de 60o son más altos.
El método de componentes simétricos se puede utilizar para analizar el funcionamiento asimétrico de transformadores y motores síncronos. La premisa de su aplicación es que el sistema es lineal, por lo que se puede aplicar el principio de superposición para descomponer el sistema eléctrico trifásico asimétrico en secuencia positiva, secuencia negativa, secuencia cero y otros tres grupos de sistemas trifásicos simétricos.
La fórmula de cálculo del coeficiente de paso corto es ky1 = sin(p/2×y1/t), y su significado físico es el descuento (o coeficiente de reducción) dado por el paso corto a la fuerza contraelectromotriz (o fuerza magnetomotriz) en comparación con el paso total. La fórmula de cálculo del coeficiente de distribución es kq1 = sin(qa1 /2 ) / q / sin(a1 / 2), y su significado físico es el coeficiente de reducción (o descuento) de la fuerza contraelectromotriz (o fuerza magnetomotriz) relativa a la situación concentrada cuando q bobinas se diferencian sucesivamente por un1 ángulo eléctrico.
El transformador de corriente se usa para medir la corriente y su lado secundario no puede estar abierto. El transformador de voltaje se usa para medir el voltaje y su lado secundario no puede cortocircuitarse.
El motor es un dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica (o viceversa), o cambia un nivel de voltaje de CA a otro nivel de voltaje de CA. Desde la perspectiva de la conversión de energía, los motores se pueden dividir en tres categorías: transformadores, motores y generadores.
La fórmula de cálculo del ángulo eléctrico de paso de ranura a1 es a1 = p×360o/Z. Puede verse que el ángulo eléctrico de paso de ranura a1 es p veces el ángulo mecánico de paso de ranura am.
El principio de la conversión del devanado del transformador es: antes y después de la conversión, asegúrese de que la fuerza magnetomotriz del devanado no cambie y asegúrese de que la potencia activa y reactiva del devanado no cambie.
La característica de la eficiencia del transformador es que existe un valor máximo, que se alcanza cuando la pérdida variable es igual a la pérdida constante.
La prueba sin carga del transformador generalmente se realiza aplicando voltaje y midiendo en el lado de bajo voltaje. La prueba de cortocircuito del transformador generalmente se realiza aplicando voltaje y midiendo en el lado de alto voltaje.
Cuando el transformador funciona en paralelo, la condición para que no circule corriente en vacío es: la misma relación de transformación y el mismo número de grupo de conexión.
Cuando el transformador funciona en paralelo, el principio de distribución de carga es: el valor por unidad de la corriente de carga del transformador es inversamente proporcional al valor por unidad de la impedancia de cortocircuito. La condición para que la capacidad del transformador se utilice por completo durante la operación en paralelo es: los valores por unidad de la impedancia de cortocircuito deben ser iguales y sus ángulos de impedancia también deben ser iguales.
Comprender los principios y conceptos de la ingeniería eléctrica, en particular los relacionados con transformadores y motores, es crucial para cualquier persona involucrada en el campo. Este conocimiento no solo ayuda a comprender cómo funcionan estos dispositivos, sino que también ayuda a solucionar problemas y optimizar su rendimiento.
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