自動(dòng)控制元件-2.變壓器

自動(dòng)控制元件

宋宇課堂作業(yè)1、利用電壓平衡方程式解釋機(jī)械特性曲線的下傾性，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的功率放大器內(nèi)阻（串聯(lián)）對(duì)機(jī)械特性曲線有何影響？2、直流電機(jī)空載時(shí)調(diào)節(jié)特性（電樞控制）死區(qū)的原因是什么？3、主磁場不變，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速由哪一變量控制？輸出轉(zhuǎn)矩呢？4、直流伺服電機(jī)激磁電壓保持恒定。當(dāng)電樞電壓時(shí)，空載電流空載轉(zhuǎn)速,已知電樞內(nèi)阻。求：（1）當(dāng)電樞電壓時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速？堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩？（2）驅(qū)動(dòng)器內(nèi)阻，驅(qū)動(dòng)器開路電壓為時(shí)理想空載轉(zhuǎn)速、實(shí)際空載轉(zhuǎn)速？啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩？（3）分別在上述兩種情況下，電機(jī)的總阻轉(zhuǎn)矩（包括負(fù)載和摩擦）由0.03Nm增加到0.04Nm時(shí)，對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速各為多少？作業(yè)1、利用電壓平衡方程式解釋機(jī)械特性曲線的下傾性，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的功率放大器內(nèi)阻（串聯(lián)）對(duì)機(jī)械特性曲線有何影響？答：特性曲線變軟，理想空載速度不變、實(shí)際空載速度降低、另外，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩下降。作業(yè)直流電機(jī)空載時(shí)調(diào)節(jié)特性（電樞控制）死區(qū)的原因是什么？答：由于存在摩擦轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)電壓啟動(dòng)電流作業(yè)3、主磁場不變，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速由哪一變量控制？輸出轉(zhuǎn)矩呢？答：轉(zhuǎn)速由電樞電壓控制轉(zhuǎn)矩由電樞電流調(diào)節(jié)作業(yè)4、直流伺服電機(jī)激磁電壓保持恒定。當(dāng)電樞電壓時(shí)，空載電流空載轉(zhuǎn)速,已知電樞內(nèi)阻。求：（1）當(dāng)電樞電壓時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速？堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩？

（2）驅(qū)動(dòng)器內(nèi)阻，驅(qū)動(dòng)器開路電壓為時(shí)理想空載轉(zhuǎn)速、實(shí)際空載轉(zhuǎn)速？啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩？（3）分別在上述兩種情況下，電機(jī)的總阻轉(zhuǎn)矩（包括負(fù)載和摩擦）由0.03Nm增加到0.04Nm時(shí)，對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速各為多少？作業(yè)分析：（1）理想空載轉(zhuǎn)速為電樞電壓完全消耗在反電動(dòng)勢(shì)上，由知，關(guān)鍵在求前提是空載電流已知、空載轉(zhuǎn)速已知、內(nèi)阻已知，則根據(jù)電壓平衡方程可求作業(yè)（1）當(dāng)電樞電壓為70V時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速為：堵轉(zhuǎn)時(shí)，滿足歐姆定律,有：則堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為：作業(yè)（2）開路電壓70伏，電源內(nèi)阻50歐，由于理想空載時(shí)電流為0，則理想空載轉(zhuǎn)速不變。實(shí)際空載轉(zhuǎn)速：由于實(shí)際空載電流已知，則可根據(jù)電壓平衡方程求實(shí)際空載轉(zhuǎn)速啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩作業(yè)（3）對(duì)于電源無內(nèi)阻情況（3）對(duì)于電源有內(nèi)阻情況2.變壓器異步電動(dòng)機(jī)、自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器等很多重要的控制元件的運(yùn)行是基于變壓器的工作原理。2.1變壓器的用途和結(jié)構(gòu)一、變壓器的用途常用電器設(shè)備，和電機(jī)一樣以電磁感應(yīng)定律為依據(jù)?；居猛臼菍⒁环N等級(jí)的交流電（U、I）變換為另一種等級(jí)的同頻交流電。如將電網(wǎng)上380V或220V交流電壓變成不同大小的同頻電壓，供不同電子線路使用。阻抗匹配、電氣隔離、信號(hào)傳遞與合成。2.變壓器2.變壓器二、變壓器的基本結(jié)構(gòu)兩個(gè)基本部分：繞組和鐵心。繞組原繞組和副繞組。原繞組和電源或輸入電壓相連，輸入端。副繞組與負(fù)載相連，輸出端，可多個(gè)。鐵心構(gòu)成主磁路，增加磁密和磁通。硅鋼片疊成（減小渦流損耗），高頻時(shí)用鐵氧體。2.2變壓器原理基本原理：電磁感應(yīng)定律結(jié)構(gòu)：一個(gè)鐵心和兩套套在鐵心上、沒有導(dǎo)線連接的原、副繞組。1、規(guī)定正方向2.2變壓器原理變壓器原、副繞組間雖然沒有導(dǎo)線連接，但當(dāng)原繞組接交流電、副繞組接負(fù)載后，副繞組便有電流和電功率輸出；根據(jù)能量守恒定律，變壓器接負(fù)載后，原繞組比空載時(shí)會(huì)相應(yīng)增加一定的功率輸入，增加的部分等于副繞組輸出的電功率；因而，變壓器能夠改變電壓、傳遞電功率；2.2.2變壓器的空載運(yùn)行關(guān)于空載運(yùn)行狀態(tài)2.2.2變壓器的空載運(yùn)行主磁通2.2.2變壓器的空載運(yùn)行漏磁通2.2.2變壓器的空載運(yùn)行主磁通和漏磁通的區(qū)別2.2.2變壓器的空載運(yùn)行電磁感應(yīng)：在交變電壓的作用下，主磁通、漏磁通均隨時(shí)間交變；根據(jù)電磁感應(yīng)定律，主磁通在原、副繞組中產(chǎn)生的瞬間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：漏磁通在原繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：變壓器的變比：2.2.2變壓器的空載運(yùn)行正旋信號(hào)的相量表示一個(gè)隨時(shí)間做正旋規(guī)律變化的信號(hào)的瞬時(shí)值可由一個(gè)旋轉(zhuǎn)向量在縱軸上的投影表示，即相量表示。2.2.2變壓器的空載運(yùn)行正旋信號(hào)的相量表示2.2.2變壓器的空載運(yùn)行電壓平衡方程式：考慮原邊繞組上的內(nèi)阻產(chǎn)生的壓降，基于基爾霍夫電壓定律，有原邊副邊由于漏磁通遠(yuǎn)小于主磁通，且感應(yīng)電式與磁通是正余旋關(guān)系，另外，空載時(shí)電流很小，則：變壓器的輸入、輸出電壓比：有效值2.2.2變壓器的空載運(yùn)行令：則：原邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為：原邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為：副邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為：由：2.2.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行磁勢(shì)平衡方程、電流平衡方程磁勢(shì)：—電流平衡方程負(fù)載后，原邊電流增加（因?yàn)檩敵龉β剩边叜a(chǎn)生電流，則鐵心中的合成磁場（由原邊磁場和副邊磁場疊加）的磁勢(shì)為：為使主磁通在加負(fù)載后不變，有即：—激磁電流—負(fù)載分量令：則：2.2.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載時(shí)的電壓平衡方程：負(fù)載時(shí)，副邊有電流通過，產(chǎn)生磁場，因而在負(fù)載時(shí)副邊也產(chǎn)生漏磁通。此時(shí)的電壓平衡方程為：原邊副邊—原邊漏電感—副邊漏電感2.2.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行負(fù)載時(shí)的電壓平衡方程：寫成向相量形式則：—原邊漏電抗—副邊漏電抗則電壓平衡方程改寫為：2.2.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行副邊線圈電阻和漏電抗很小，則：則副邊最大值和有效值計(jì)算方式不變：變壓器變比不變，則原邊的最大值和有效值計(jì)算方式也不變。2.2.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行為求解問題方便，用一個(gè)代阻抗的等值電路來描述原邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即把感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用一個(gè)阻抗上的壓降來表示。其中：—激磁阻抗—激磁電流—激磁電阻—激磁電抗，代表主磁通變化引起的感抗2.2.3變壓器的負(fù)載運(yùn)行綜上，變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程有：2.3變壓器的等值電路等值電路為激磁電阻，代表鐵耗（渦流和磁滯損耗）。為激磁電抗，代表原邊線圈因主磁通引起的感抗。是激磁電流。、是漏電抗。是匝數(shù)比。2.4變壓器的額定值（1）產(chǎn)品型號(hào)。表示變壓器的結(jié)構(gòu)和規(guī)格，如SJL一500/10，其中S表示三相（D表示單相），J表示油浸自冷式，L表示鋁線（銅線無文字表示），500表示容量為500kVA，10表示高壓側(cè)線電壓為10kV。（2）額定電壓。指高壓繞組接于電網(wǎng)的額定電壓，與此相應(yīng)的是低壓繞組的空載線電壓，例如10000±5％/400V，其中10000±5％表示高壓繞組額定線電壓為10000V，并允許在±5％范圍內(nèi)變動(dòng)，低壓繞組輸出空載電壓為400V。（3）額定電流。額定電流I1N和I2N是指原繞組加上額定電壓U1N，原、副繞組允許長期通過的最大電流。2.4變壓器的額定值（4）額定容量。是在額定工作條件下，變壓器輸出能力的保證值。單相變壓器的額定容量為副繞組額定電壓與額定電流的乘積。(5)額定頻率。使用變壓器時(shí)，對(duì)電源頻率是有要求的，否則會(huì)燒毀變壓器。例如：將一臺(tái)設(shè)計(jì)為50Hz，220V的變壓器接在25Hz，220V電源上，變壓器會(huì)馬上燒毀。變壓器公式感