Электрические машины

i₀₁ = I_01m ∙ sin(ωt – π/2), а магнитный поток будет совпадать по фазе с создающем его током:  Φ_о = Φ_m ∙ sin(ωt – π/2) =  - Φ_m ∙ cosωt.

Тогда ЭДС e₁ и  e₂ будут равны:  

e₁ = - w₁ = - w₁∙ω∙Φ_m∙sinωt = - E_m1∙sinωt

e₂ = - w₂ = - w₂∙ω∙Φ_m∙sinωt = - E_m2∙sinωt.   

Для идеального трансформатора в соответствии со вторым законом Кирхгофа: 

u₁ = -e₁  и  u₂ =  e₂, то 

   =   или    = =  = k,             (7.5)

где k – коэффициент  трансформации. Отношение напряжений на вторичной и первичной обмотках трансформатора равно отношению чисел витков в этих обмотках.

Формула (7.5) выполняется  только для идеального трансформатора или в режиме холостого хода.  

Преобразование  электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями. Трансформатор  не имеет движущихся частей, поэтому  механические потери отсутствуют. Имеющиеся  потери обусловлены явлениями гистерезиса, вихревыми токами рассеяния магнитного поля и активным сопротивлением обмоток.

В ферромагнетике, подвергаемом циклическому перемагничиванию, магнитный поток связан с током  зависимостью, выражаемой петлей гистерезиса. При каждом перемагничивании затрачивается  работа, пропорциональная площади петли гистерезиса. Эта работа вследствие внутреннего трения доменов идёт на нагревание сердечника.

Вихревые токи, или токи Фуко, возникающие в проводниках, находящихся в переменных магнитных  полях, создаются в сердечнике трансформатора. Замыкаясь в толще сердечника, эти токи нагревают его и приводят к потерям энергии. Для уменьшения этих потерь сердечник набирают из тонких, изолированных друг от друга пластин. 

Потоки рассеяния  создаются той частью магнитного потока, которая замыкается не через  магнитопровод, а через воздух в непосредственной близости от витков. Они составляют около 1% от основного магнитного потока трансформатора.

Активное сопротивление  обмоток создаёт потери за счёт токов, нагревающих обмотки.

Режимы  работы трансформаторов  

Режим работы трансформатора, при котором его вторичная обмотка разомкнута, называют режимом холостого хода (трансформатор работает без нагрузки).

Режим работы, при  котором во вторичную обмотку  включена нагрузка, называют рабочим.

В режиме холостого  хода основной магнитный поток в сердечнике Φo создаёт в первичной обмотке ЭДС самоиндукции, которая уравновешивает большую часть приложенного напряжения. Так будет до тех пор, пока вторичная обмотка разомкнута. Если во вторичную обмотку включить нагрузку, то в ней появится ток I₂ , который возбуждает в сердечнике свой поток Φ₂, знак которого в соответствии с правилом Ленца противоположен знаку магнитного потока Φ₁, создаваемому первичной обмоткой.

В результате суммарный  магнитный поток в сердечнике уменьшится, а это приведёт к уменьшению ЭДС E₁ в первичной обмотке. Вследствие этого часть приложенного

напряжения U₁ окажется неуравновешенным, что приведёт к увеличению тока в первичной обмотке. Ток в первичной обмотке будет возрастать до тех пор, пока не прекратится размагничивающее действие тока нагрузки. После этого суммарный поток восстановится приблизительно до прежнего значения Φ_o.

При увеличении сопротивления нагрузки уменьшается I₂ и Φ₂, что приводит к  возрастанию суммарного магнитного потока и возрастанию E₁. В результате нарушится равновесие между U₁ и ЭДС E₁: их разность уменьшится, а, следовательно, уменьшится и ток I₁ до такого значения, при котором суммарный магнитный поток вернется к прежнему значению.

Таким образом, магнитный поток в трансформаторе остаётся практически постоянным, как  в режиме холостого хода, так и  в режиме переменной нагрузки. Это  свойство трансформатора называют способностью саморегулирования, т.е. способностью автоматически регулировать значение первичного тока I₁ при изменении нагрузки

Трёхфазные  трансформаторы

Для преобразования тока трёхфазной системы можно воспользоваться  группой из трёх однофазных трансформаторов, обмотки которых могут быть соединены либо звездой, либо треугольником. В этом случае каждый трансформатор работает независимо от остальных, как обычный однофазный трансформатор, включённый в одну из фаз трёхфазной системы.

На практике значительно чаще применяют трёхфазные трансформаторы, выполненные на одном  магнитопроводе. При этом три магнитных  потока, возбуждаемых токами в первичных обмотках, замыкаются через два других стержня сердечника.

При изготовлении трехфазных трансформаторов на каждый стержень его сердечника навивают по две обмотки: низкого напряжения, а поверх неё – высокого напряжения. Выводы обмоток принято обозначать следующим образом: начала обмоток – заглавными буквами латинского алфавита   A, B и C для обмоток высокого напряжения и строчными буквами a, b и c для обмоток низкого напряжения; концы обмоток обозначаются X, Y, Z и x, y, z соответственно для обмоток высокого и низкого напряжения. Обмотки трёхфазного трансформатора обычно соединяют «звездой» или «треугольником». Наиболее простым и дешёвым является первый способ. В этом случае каждая обмотка и её изоляция при заземлении нулевой точки должны быть рассчитаны только на фазное напряжение и линейный ток. Соединение «звездой» наиболее желательно для высокого напряжения. Соединение «треугольником» удобнее при больших токах и в тех случаях, когда нагрузки могут быть подсоединены без нулевого провода. Применяется также комбинированное включение трёхфазных трансформаторов, когда первичные обмотки соединены «звездой», а вторичные - «треугольником», или наоборот.

Соединение звезда/треугольник  часто используют для трансформаторов  большой мощности, когда на стороне  низкого напряжения не требуется  нулевой провод. При трёхфазной трансформации  только отношение фазных напряжений всегда приближённо равно отношению витков первичной и вторичной обмоток. Отношение же линейных напряжений зависит от способа соединения обмоток трансформатора. 

Аккумуляторы 
 
 

Аккумулятор (лат. accumulator собиратель, от лат. accumulo собираю, накопляю) — устройство для накопления энергии с целью её последующего использования, энергоноситель

Литиево-ионный аккумулятор

Литиево-ионный аккумулятор (Li-ion) — тип электрического аккумулятора, широко распространённый в современной бытовой электронной технике. В настоящее время это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, электромобили, цифровые фотоаппараты и видеокамеры. Первый литиево-ионный аккумулятор разработала корпорация Sony в 1991 году.

Характеристики

• Энергетическая плотность: 110 … 200 Вт*ч/кг
• Внутреннее сопротивление: 150 … 250 мОм (для батареи 7,2 В)
• Число циклов заряд/разряд до потери 20% ёмкости: 500—1000
• Время быстрого заряда: 2-4 часа
• Допустимый перезаряд: очень низкий
• Саморазряд при комнатной температуре: 7% в год
• Напряжение максимальное в элементе: 4,18..4,20 В (полностью заряжен)
• Напряжение минимальное: 2,5..2,75 В(полностью разряжен)
• Ток нагрузки относительно ёмкости (С):
• — пиковый: больше 2С
• — наиболее приемлемый: до 1С
• Диапазон рабочих температур: −20 — +60 °C
• обслуживание: не регламентируется

Устройство

Вначале в качестве отрицательных пластин применялся кокс (продукт переработки угля), в дальнейшем применяется графит. В качестве положительных пластин применяют оксиды лития с кобальтом или марганцем. Литий-кобальтовые пластины служат дольше, а литий-марганцевые значительно дешевле.^{[источник не указан 334 дня]}

При заряде литий-ионных аккумуляторов протекает следующая реакция:

• на положительных пластинах: LiCoO₂ → Li_1-xCoO₂ + xLi⁺ + xe⁻
• на отрицательных пластинах: С + xLi⁺ + xe⁻ → CLi_x

При разряде  протекает обратная реакция.

Преимущества

• Высокая энергетическая плотность.
• Низкий саморазряд.
• Отсутствие эффекта памяти.
• Простота обслуживания.

Недостатки

Аккумуляторы Li-ion подвержены взрывному разрушению при  перезаряде и/или перегреве. Для  борьбы с этим явлением все бытовые  аккумуляторы снабжаются встроенной электронной  схемой которая предотвращает перезаряд  и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда.

При неаккуратном обращении могут иметь более  короткий жизненный цикл в сравнении  с другими типами аккумуляторов. Глубокий разряд полностью выводит  из строя литиево-ионный аккумулятор.

Оптимальные условия  хранения Li-ion-аккумуляторов достигаются  при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора.

Старение

Литиевые аккумуляторы стареют, даже если не используются, а  просто лежат на полке. Соответственно, нет необходимости покупать аккумулятор "про запас" или чрезмерно  увлекаться "экономией" его ресурса. При покупке обязательно посмотрите на дату производства, чтобы знать, сколько данный источник питания уже пролежал на складе. В случае, если с момента изготовления прошло более двух лет, лучше воздержитесь от покупки, т. к. более трети ресурса АКБ уже "вылежал"

Электри́ческий аккумуля́тор

Электри́ческий  аккумуля́тор — химический источник тока многоразового действия (в отличие от гальванического элемента, химические реакции, непосредственно превращаемые в электрическую энергию в них, многократно обратимы). Электрические аккумуляторы используются для накопления энергии и автономного питания различных устройств.

Принцип действия

Замена аккумуляторной батареи на электропогрузчике