Benvenuti in questa esplorazione completa di concetti e principi chiave nel campo dell'ingegneria elettrica. Questo articolo è progettato per fornire un'immersione profonda nell'affascinante mondo dei trasformatori e dei motori, due componenti critici che alimentano il nostro mondo moderno.
Che tu sia uno studente di ingegneria elettrica che cerca di consolidare le sue conoscenze, un professionista esperto che desidera aggiornare le sue conoscenze o semplicemente un appassionato con un vivo interesse nell'imparare come funzionano questi dispositivi, questo articolo è per te.
Viaggeremo attraverso le complessità dei trasformatori monofase, dei motori CC, dei motori asincroni, dei generatori sincroni e altro ancora. Ogni sezione è realizzata con cura per spiegare principi complessi in modo accessibile, rendendo il mondo dell'ingegneria elettrica più accessibile.
Inoltre, questo articolo funge anche da guida per coloro che cercano di acquistare motori elettrici di alta qualità da produttori professionali in Cina, un paese rinomato per le sue capacità produttive avanzate nel settore dell'ingegneria elettrica.
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45 Concetti e principi chiave dell'ingegneria elettrica
La corrente di un trasformatore monofase in condizioni di assenza di carico non è in fase con il flusso magnetico principale e c'è una differenza di angolo di fase aFe dovuta alla presenza di corrente di perdita del ferro. La corrente a vuoto è una forma d'onda di picco perché contiene una terza armonica di grandi dimensioni.
Anche l'avvolgimento dell'indotto di un motore CC trasporta una corrente alternata. Tuttavia, l'avvolgimento di eccitazione trasporta una corrente continua. Le modalità di eccitazione di un motore CC includono eccitazione separata, eccitazione parallela, eccitazione in serie ed eccitazione composta.
L'espressione della forza controelettromotrice di un motore DC è E =CE F n; l'espressione della coppia elettromagnetica è Tem =CTFI.
Il numero di rami paralleli in un motore CC è sempre in coppia. Tuttavia, il numero di rami paralleli in un avvolgimento CA non è necessariamente lo stesso.
In un motore CC, gli elementi di un avvolgimento a strato singolo sono collegati in serie in modo che siano impilati uno sopra l'altro. Che si tratti di un avvolgimento ad onda singola o di un avvolgimento a singolo strato, il commutatore collega tutti gli elementi in serie per formare un unico anello chiuso.
Un motore asincrono è anche noto come motore a induzione perché la corrente del rotore del motore asincrono viene generata tramite induzione elettromagnetica.
Quando un motore asincrono si avvia con una tensione ridotta, la coppia di avviamento diminuisce e la coppia di avviamento e il quadrato della corrente di avviamento dell'avvolgimento diminuiscono proporzionalmente.
Quando l'ampiezza e la frequenza della tensione sul lato primario sono costanti, il grado di saturazione del nucleo del trasformatore rimane sostanzialmente invariato e anche la reattanza di eccitazione rimane sostanzialmente invariata.
La caratteristica di cortocircuito di un generatore sincrono è una linea retta. Quando si verifica un cortocircuito trifase simmetrico, il circuito magnetico è insaturo; durante un cortocircuito stazionario simmetrico trifase, il circuito di cortocircuito è un componente ad asse diretto puramente smagnetizzante.
La corrente nell'avvolgimento di eccitazione di un motore sincrono è una corrente continua. I metodi di eccitazione includono principalmente l'eccitazione del generatore di eccitazione, l'eccitazione del raddrizzatore statico, l'eccitazione del raddrizzatore rotante, ecc.
Non ci sono armoniche pari nella forza magnetomotrice sintetica trifase; quando un avvolgimento trifase simmetrico fa passare una corrente trifase simmetrica, non ci sono armoniche magnetiche che siano multipli di 3 nella sua forza magnetomotrice sintetica.
I trasformatori trifase generalmente sperano che un lato sia collegato a forma di triangolo o che un lato sia messo a terra al centro. Perché il collegamento dell'avvolgimento del trasformatore trifase spera di avere un percorso per la corrente di terza armonica.
Quando un avvolgimento trifase simmetrico lascia passare una corrente trifase simmetrica, la quinta armonica nella sua forza magnetomotrice sintetica viene invertita; la settima armonica è in avanti.
Le caratteristiche meccaniche del motore DC eccitato in serie sono relativamente morbide. Le caratteristiche meccaniche del motore DC ad eccitazione separata sono relativamente dure.
I test di cortocircuito del trasformatore possono misurare l'impedenza di dispersione dell'avvolgimento del trasformatore; mentre le prove a vuoto possono misurare i parametri di impedenza di eccitazione dell'avvolgimento.
Il rapporto di trasformazione del trasformatore è uguale al rapporto spire tra l'avvolgimento primario e quello secondario. Il rapporto di trasformazione di un trasformatore monofase può essere espresso anche come rapporto tra le tensioni nominali del lato primario e di quello secondario.
Quando normalmente eccitato, il fattore di potenza del generatore sincrono è pari a 1; mantenendo invariata la potenza attiva in uscita, quando la corrente di eccitazione è inferiore alla normale eccitazione (sottoeccitazione), la natura della reazione dell'armatura ad asse diretto è magnetizzante; mantenendo invariata la potenza attiva in uscita, quando la corrente di eccitazione è maggiore dell'eccitazione normale (sovraeccitazione), la natura della reazione dell'armatura ad asse diretto è smagnetizzante.
In un motore CC, la perdita di ferro esiste principalmente nel nucleo di ferro del rotore (nucleo di ferro dell'armatura) perché il campo magnetico del nucleo di ferro dello statore è sostanzialmente invariato.
In un motore CC, il primo passo y1 è uguale al numero di fessure tra il primo e il secondo lato dell'elemento. Il passo composito y è pari al numero di asole tra i bordi superiori dell'elemento dei due elementi collegati in serie.
In un motore CC, quando non viene considerata la saturazione, la caratteristica della reazione dell'armatura trasversale è di compensare la posizione del campo magnetico zero, ma il flusso magnetico per polo non cambia. Quando la spazzola si trova sulla linea neutra geometrica, la reazione dell'armatura è cross-magnetica.
In un motore CC, il componente che converte la potenza CC esterna in potenza CA interna è il commutatore. La funzione del commutatore è convertire la corrente continua in corrente alternata (o viceversa).
In un motore sincrono, quando il flusso magnetico F0 dell'eccitazione di interconnessione dell'avvolgimento dello statore è al suo valore massimo, la forza controelettromotrice E0 raggiunge il suo valore minimo, quando F0 raggiunge lo zero, E0 raggiunge il suo valore massimo, la relazione di fase tra F0 ed E0 è F0 anticipa E0 di 90o. E la relazione tra E0 e F0 è espressa come: E0 = 4,44 f N kN1F0.
In un motore, il flusso magnetico di dispersione si riferisce al flusso magnetico che si collega solo con l'avvolgimento stesso e la forza controelettromotrice che genera può spesso essere equivalente a una caduta di reattanza di dispersione (o caduta di reattanza negativa).
Il rotore di un motore asincrono ha due tipi: a gabbia di scoiattolo e a rotore avvolto.
Il tasso di scorrimento s di un motore asincrono è definito come: il rapporto tra la differenza tra la velocità sincrona e la velocità del rotore rispetto alla velocità sincrona. Quando il motore asincrono funziona nello stato motore, l'intervallo della sua velocità di scorrimento s è 1>S>0.
La curva Tem-s della relazione tra la coppia elettromagnetica Tem e la velocità di scorrimento s di un motore asincrono ha tre punti chiave, che sono il punto di partenza (s = 1), il punto di coppia elettromagnetica massima (s=sm) e il punto sincrono (s=0). Quando cambia la resistenza del rotore del motore asincrono, le caratteristiche della sua coppia elettromagnetica massima Tem e del tasso di scorrimento sm sono: la dimensione rimane invariata e la posizione di s cambia.
Il motore asincrono deve assorbire potenza reattiva di natura ritardata dalla rete per l'eccitazione.
Quando una corrente alternata passa attraverso un gruppo di bobine, la sua forza magnetomotrice ha una natura pulsante al variare del tempo. Una singola bobina lascia passare una corrente alternata e anche la sua forza magnetomotrice ha una natura pulsante al variare del tempo.
Quando un generatore sincrono è collegato alla rete, è necessario che la sua tensione trifase ai terminali abbia la stessa: frequenza, ampiezza, forma d'onda, sequenza di fase (e fase) della tensione trifase di rete.
Il rotore di un motore sincrono è di due tipi: polo saliente e cilindrico.
Il numero di fase equivalente del rotore a gabbia di scoiattolo è uguale al numero della sua fessura e i giri equivalenti per fase sono 1/2.
Per un avvolgimento CA trifase simmetrico, quando viene fatta passare una corrente CA trifase simmetrica, la sua forza magnetomotrice sintetica dell'onda fondamentale è una forza magnetomotrice rotante circolare e la sua direzione di rotazione va dall'asse dell'avvolgimento di fase principale all'asse della fase in ritardo, e poi al successivo asse della fase ritardata.
Esistono due metodi di collegamento per gli avvolgimenti trifase di un trasformatore trifase: stella e triangolo; il circuito magnetico ha due strutture: tipo a nucleo e tipo a guscio.
I sei numeri dispari dei gruppi di connessione del trasformatore trifase sono 1, 3, 5, 7, 9, 11. I sei numeri pari dei gruppi di connessione sono 0, 2, 4, 6, 8, 10.
In un avvolgimento CA, il numero di cave per polo per fase q =q = Z/2p/m (supponendo che il numero di cave sia Z, il numero di coppie polari sia p e il numero di fasi sia m). Negli avvolgimenti CA vengono utilizzate sia bande di fase di 120o che bande di fase di 60o. Il coefficiente di base dell'avvolgimento dell'onda e la forza controelettromotrice della banda di fase a 60° sono più elevati.
Il metodo delle componenti simmetriche può essere utilizzato per analizzare il funzionamento asimmetrico di trasformatori e motori sincroni. La premessa della sua applicazione è che il sistema è lineare, quindi il principio di sovrapposizione può essere applicato per scomporre il sistema elettrico trifase asimmetrico in sequenza positiva, sequenza negativa, sequenza zero e altri tre gruppi di sistemi trifase simmetrici.
La formula di calcolo del coefficiente di passo corto è ky1 = sin(p/2×y1/t), ed il suo significato fisico è lo sconto (o coefficiente di riduzione) dato dal passo corto alla forza controelettromotrice (o forza magnetomotrice) rispetto con tutto il campo. La formula di calcolo del coefficiente di distribuzione è kq1 = sin(qa1 /2 ) / q / sin(a1 / 2), e il suo significato fisico è il coefficiente di riduzione (o sconto) della forza controelettromotrice (o forza magnetomotrice) rispetto a la situazione concentrata quando q bobine sono successivamente diverse di a1 angolo elettrico.
Il trasformatore di corrente viene utilizzato per misurare la corrente e il suo lato secondario non può essere aperto. Il trasformatore di tensione viene utilizzato per misurare la tensione e il suo lato secondario non può essere cortocircuitato.
Il motore è un dispositivo che converte l'energia meccanica in energia elettrica (o viceversa) o cambia un livello di tensione CA in un altro livello di tensione CA. Dal punto di vista della conversione dell'energia, i motori possono essere suddivisi in tre categorie: trasformatori, motori e generatori.
La formula di calcolo dell'angolo elettrico del passo della cava a1 è a1 = p×360o/Z. Si può vedere che l'angolo elettrico del passo della fessura a1 è p volte l'angolo meccanico del passo della fessura am.
Il principio della conversione dell'avvolgimento del trasformatore è: prima e dopo la conversione, assicurarsi che la forza magnetomotrice dell'avvolgimento sia invariata e assicurarsi che la potenza attiva e reattiva dell'avvolgimento sia invariata.
La caratteristica dell'efficienza del trasformatore è che esiste un valore massimo, che viene raggiunto quando la perdita variabile è uguale alla perdita costante.
La prova a vuoto del trasformatore viene solitamente eseguita applicando tensione e misurando sul lato bassa tensione. La prova di cortocircuito del trasformatore viene solitamente eseguita applicando tensione e misurando sul lato alta tensione.
Quando il trasformatore funziona in parallelo, la condizione per l'assenza di corrente circolante a vuoto è: lo stesso rapporto di trasformazione e lo stesso numero di gruppo di connessione.
Quando il trasformatore funziona in parallelo, il principio di distribuzione del carico è il seguente: il valore unitario della corrente di carico del trasformatore è inversamente proporzionale al valore unitario dell'impedenza di cortocircuito. La condizione affinché la capacità del trasformatore venga pienamente utilizzata durante il funzionamento in parallelo è: i valori unitari dell'impedenza di cortocircuito dovrebbero essere uguali e anche i loro angoli di impedenza dovrebbero essere uguali.
Comprendere i principi e i concetti dell'ingegneria elettrica, in particolare quelli relativi ai trasformatori e ai motori, è fondamentale per chiunque sia coinvolto nel settore. Questa conoscenza non solo aiuta a comprendere il funzionamento di questi dispositivi, ma aiuta anche a risolvere i problemi e a ottimizzarne le prestazioni.
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