Введение в предмет 4 страница

Глава 16. Несимметричная нагрузка трансформаторов.

На практике часто встречаются случаи, когда отдельные фазы нагружены несимметрично (неравномерное распределение осветительной нагрузки по фазам, подключение мощных однофазных приемников и т.д.). Случаются несимметричные короткие замыкания (однофазные на землю или на нулевой провод, и двухфазные).

При анализе будем полагать, что трансформатор имеет симметричное устройство.

Общим методом анализа несимметричных режимов является метод симметричных составляющих: трехфазная несимметричная система токов трех фаз İ_a, İ_b, İ_c разлагается на системы токов прямой (İ_a1, İ_b1, İ_c1), обратной (İ_a2, İ_b2, İ_c2) и нулевой последовательности (İ_a0, İ_b0, İ_c0). Векторы токов прямой последовательности равны по величине и чередуются со сдвигом по фазе на 120˚ в направлении движения часовой стрелки. Векторы токов обратной последовательности равны по значению, но чередуются по фазе со сдвигом по фазе на 120˚ против часовой стрелки. Векторы нулевой последовательности также равны по величине, но совпадают по фазе. При этом:

İ_a = İ_а1 + İ_а2 + İ_а0

İ_b = İ_b1 + İ_b2 + İ_b0 (16-1)

İ_c = İ_c1 + İ_c2 + İ_c0

Рис. 16-1. Симметричные составляющие трехфазных токов.

После алгебраических вычислений комплексных значений приведенных токов (подробно см. А. И. Вольдек):

İ_а + İ_b + İ_c = 3İ_ao, (16-6)

т.е. при наличии токов нулевой последовательности сумма токов трех фаз отлична от нуля.

Глава 17. переходные процессы в трансформаторах.

§17.1 Включение трансформатора под напряжение

Переходные процессы в трансформаторах и электрических машинах возникают при резком изменении режима их работы (подключение к сети, изменение нагрузки, короткое замыкание и т.д.)

Пусть магнитопровод трансформатора не насыщен и поэтому индуктивность L₁₁ = const. Тогда возникающий при включении переходный процесс описывается уравнением:

(17-1)

Из курса ТОЭ известно, что при переходном процессе ток i ₁ можно представить в виде суммы двух составляющих

i = i´ ₁ + i´´_2; (17-2)

из которых первая:

i´ ₁ = I_1m × sin(ωt + ψ - φ_o), (17-3)

где

(17-4) представляет собой установившийся режим, или вынужденный, синусоидальный ток, обусловленный действием приложенного напряжения u₁, а вторая составляющая:

(17-5)

- так называемый свободный ток апериодического характера, не поддерживаемый внешним источником э.д.с. и затухающий поэтому до нуля с постоянной времени

Таким образом, свободный ток возникает тогда, когда установившийся ток в момент включения t = 0 не проходит через нуль и имеет некоторое конечное значение i´ ₁₀. При этом начальное значение свободного тока , так что полный ток при t = 0 равен нулю (i ₁₀ = 0) в соответствии с начальным условием включения

.

Рис. 17-2. Ток включения в ненасыщенном трансформаторе.

При всех нарушениях режима цепи и наступлении в связи с этим переходного процесса возникает свободный апериодический ток, затухающий вследствие рассеяния энергии в активных сопротивлениях.

В реальном насыщенном трансформаторе L₁₁ ≠ const; поэтому поток Ф можно представить в виде двух составляющих

Ф = Ф´ + Ф´´,

где Ф´ - мгновенное значение потока для установившегося режима и Ф´´ - мгновенное значение свободного потока.

В момент включения магнитопровод может иметь некоторый остаточный поток ± Ф_ост остаточного намагничивания и поэтому Ф_макс более, чем в два раза превышает нормальное значение потока, что приводит к сильному насыщению и возникновению весьма больших намагничивающих токов, толчки включения которых могут превышать в 100 ÷ 150 раз амплитуду установившегося тока холостого хода и соответственно в несколько раз амплитуду номинального тока. Такие толчки включения вызывают осложнения при конструировании и настройке защитных токовых реле, т.к. могут быть причиной ложных срабатываний этих реле при включении трансформатора на холостом ходу.

Рис.17-3. Изменение магнитного потока при неблагоприятном моменте включения трансформатора.

Рис. 17-4. Построение кривой тока включения.

При отсутствии насыщения максимальный ток включения I_макс может превышать амплитудное значение установившегося тока холостого хода только в два раза.

§17-2. Внезапное короткое замыкание.

Действие токов короткого замыкания выражается в усиленном нагреве обмоток и возникновении значительных электродинамических сил, действующих на обмотки. При этом следует учитывать, кроме произведения взаимодействующих токов (или квадрата тока), внезапность приложения нагрузки, коэффициент динамичности которой может достигать 2.

При внезапных коротких замыканиях обмотки трансформаторов обычно не успевают нагреваться до опасной температуры, из-за наличия различных видов устройств защиты, отключающих трансформатор от сети. Однако, при внутренних коротких замыканиях проводники замкнутых витков обычно частично расплавляются (местные выгорания) и трансформатор сильно повреждается.

§17-3. Перенапряжения.

При работе электрических сетей в них возникают кратковременные импульсы напряжений, обусловленные резкими изменениями тока

,

которые могут во много раз превышать нормальные рабочие напряжения:

1) коммутационные операции (включение и выключение линий, трансформаторов и вращающихся электрических машин);

2) замыканиями на землю через электрическую дугу;

3) грозовыми разрядами непосредственно в линиях электропередач или вблизи от них, в последнем случае индуктируемые токами молнии.

Наиболее опасными являются атмосферные перенапряжения, амплитудные значения, которых достигают нескольких миллионов вольт. (Более подробно А. И. Вольдек стр. 338 - 343).

Глава 18. Разновидности трансформаторов.

1. Трехобмоточные трансформаторы, у которых имеется одна первичная и две вторичные обмотки. Они используются на электрических станциях и подстанциях для питания распределительных сетей с различными номинальными напряжениями и позволяют достичь экономии в капитальных затратах за счет установки меньшего числа трансформаторов. (Подробно см. А. И. Вольдек).

2. Автотрансформаторы. Принцип действия.

В обычных трансформаторах первичные и вторичные обмотки имеют только магнитную связь. В автотрансформаторах первичные и вторичные обмотки имеют магнитную и электрическую связь, что экономически выгодно. При этом первичная обмотка w ₁ включена в сеть параллельно, а вторичная w ₂ – последовательно.

Рис. 18-6. Схемы однофазных автотрансформаторов.

Ввиду электрической связи обмоток изоляция каждой из них относительно корпуса должна выдерживать напряжение сети U_вн.

На рисунке 18-6 (а) первичная обмотка включена в сеть низшего напряжения, а на рис. (б) – в сеть высшего напряжения. В обоих случаях напряжение вторичной обмотки U₂ складывается с напряжением U_нн и, пренебрегая падением напряжения,

U_SH = U_HH + U₂.

Автотрансформатор может служить как для повышения, так и для понижения напряжения.

Применение автотрансформаторов тем выгоднее, чем коэффициент трансформации k_тр ближе к единице 1. Обычно они используются при k_тр ≤ 2,5. Они находят широкое применение для соединения высоковольтных сетей разных напряжений (110, 154, 220, 330, 500, кВ) энергетических систем.

Внутренняя, или расчетная, мощность автотрансформатора, передаваемая посредством магнитного поля из первичной обмотки во вторичную, как и в обычных трансформаторах, равна

S_p = E₁I₁ = E₂I₂.

Внешняя, или проходная, мощность автотрансформатора, передаваемая из одной сети в другую и равная

S_пр = U_ннI_нн = U_внI_вн,

больше S_p, так как часть мощности передается из одной сети в другую непосредственно электрическим путем.

3. Особенности сварочных трансформаторов. Для электрической дуговой сварки применяются трансформаторы с вторичным напряжением, обеспечивающим надежное зажигание и устойчивое горение дуги. Для ручной сварки используются трансформаторы с напряжением при холостом ходе 60 ÷ 75 В и при номинальной нагрузке – 30В. Для определения сварочного тока при коротком замыкании и устойчивого горения дуги трансформатор должен иметь круто падающую внешнюю характеристику U = ƒ(I₂), а сварочная цепь – значительную индуктивность

(cosφ 0,4 ÷ 0,5). Для регулирования сварочного тока значение (величина) этой индуктивности должно быть регулируемым.

Рис. 18-12. Сварочный трансформатор с реактивной катушкой.

Широко используются сварочные трансформаторы с дополнительной регулируемой реактивной катушкой. При уменьшении зазора δ ее индуктивность возрастает.

Одномостовые трансформаторы для ручной дуговой сварки изготавливаются мощностью до 30 кВ×А, а для автоматической – 100 кВ×А и более. Для контактной электросварки выпускаются трансформаторы мощностью до 1000 кВ×А при напряжении холостого хода U_xx < 36 В.

4. Печные трансформаторы. Для дуговых сталеплавильных печей применяются трехфазные трансформаторы мощностью до 25 МВ×А со ступенчатым регулированием вторичного напряжения в пределах 110-420 В. Регулирование напряжения осуществляется комбинированием следующих приемов:

1) переключения первичной обмотки со Y на Δ.

2) устройства отводов в первичной обмотке.

3) переключения отдельных групп вторичных витков с параллельного соединения на последовательное.

Другие разновидности трансформаторов.

5. Трансформаторы последовательного включения, у которых вторичная обмотка включается в сеть последовательно, а первичная питается от специального трансформатора, регулируемого под нагрузкой. Они необходимы для дополнительного регулирования напряжения отдельных ветвей замкнутых высоковольтных сетей с целью перераспределения потоков мощности между отдельными ветвями сети.

6. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения: с контактными щетками на витках; с подвижными обмотками и магнитопроводами; с элементами, подмагничиваемыми постоянным током с помощью м

Введение в предмет

Появление и развитие информатики

Термин информатика возник в 60-х гг. во Франции для названия области, занимаю­щейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислитель­ных машин. Французский термин informatigue (информатика) образован путем слияния слов information (информация) и automatigue (автоматика) и означает "информационная автоматика или автоматизированная переработка информации". В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике).

Выделение информатики как самостоятельной области человеческой деятельности в первую очередь связано с развитием компьютерной техники. Причем основная заслуга в этом принадлежит микропроцессорной технике, появление которой в середине 70-х гг. по­служило началом второй электронной революции. С этого времени элементной базой вы­числительной машины становятся интегральные схемы и микропроцессоры, а область, связанная с созданием и использованием компьютеров, получила мощный импульс в своем развитии. Термин "информатика" приобретает новое дыхание и используется не только для отображения достижений компьютерной техники, но и связывается с процессами передачи и обработки информации.

В нашей стране подобная трактовка термина "информатика" утвердилась с момента принятия решения в 1983 г. на сессии годичного собрания Академии наук СССР об органи­зации нового отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации. Инфор­матика трактовалась как "комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки, функционирования основанных на ЭВМ систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики".

Информатика в таком понимании нацелена на разработку общих методологических принципов построения информационных моделей. Поэтому методы информатики примени­мы всюду, где существует возможность описания объекта, явления, процесса и т.п. с помо­щью информационных моделей.

Существует множество определений информатики, что связано с многогранностью ее функций, возможностей, средств и методов. Обобщая опубликованные в литературе по ин­форматике определения этого термина, предлагаем такую трактовку.

Информатика — это область человеческой деятельности, связанная с про­цессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаи­модействием со средой применения.

Часто возникает путаница в понятиях "информатика" и "кибернетика". Попытаемся разъяснить их сходство и различие.

Основная концепция, заложенная Н. Винером в кибернетику, связана с разработкой теории управления сложными динамическими системами в разных областях человеческой деятельности. Кибернетика существует независимо от наличия или отсутствия компьюте­ров.

Кибернетика — это наука об общих принципах управления в различных системах: технических, биологических, социальных и др.

Информатика занимается изучением процессов преобразования и создания новой ин­формации более широко, практически не решая задачи управления различными объектами, как кибернетика. Поэтому может сложиться впечатление об информатике как о более емкой дисциплине, чем кибернетика. Однако, с другой стороны, информатика не занимается реше­нием проблем, не связанных с использованием компьютерной техники, что, несомненно, сужает ее, казалось бы, обобщающий характер. Между этими двумя дисциплинами провес­ти четкую границу не представляется возможным в связи с ее размытостью и неопределен­ностью, хотя существует довольно распространенное мнение, что информатика является одним из направлений кибернетики.

Информатика появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и совершенно немыслима без нее. Кибернетика же развивается сама по себе, строя раз­личные модели управления объектами, хотя и очень активно использует все достижения компьютерной техники. Кибернетика и информатика, внешне очень похожие дисциплины, различаются, скорее всего, в расстановке акцентов:

· и в информатике — на свойствах информации и аппаратно-программных средствах ее обработки;

· в кибернетике — на разработке концепций и построении моделей объектов с исполь­зованием, в частности, информационного подхода.