Электрические машины

Магнитные потери
Pmag~f β где β = 1,6 – 2,0
2
Стандартная толщина
шихтованных пластин:
0,5 мм, 0,35 мм, 0,28 мм,
0,2 мм
Коэффициент заполнения
сердечника сталью
Кст = 0,9-0,95
Изоляция пластин: лак или
Оксидная пленка
Марки электротехнической
стали
1012, 1124, 1213, 1411 ……
2013, 2212, 2314, 2414 ……
3011, 3112, 3311, 3412 ……

Электрическая машина – электромеханический преобразователь
Принцип обратимости электрических машин
3
Трансформатор
Если ktr<1 – повышающий трансформатор
Если ktr >1 – понижающий трансформатор

По назначению: промышленные, измерительные, специальные.
2. По количеству фаз: одно- и многофазные (обычно трехфазные).
3. По конструкции сердечника
4
Классификация трансформаторов
Стержневой
броневой
Тороидальный
Броне-стержневой трех-фазный трансформатор
Магнитопровод трехфазного трех-стержневого трансформатора:
1 - стержни; 2 – верхнее ярмо;
3 - нижнее ярмо

Производство, передача, распределение и потребление электроэнергии
5
Три однофазных трансформатора возле блока АЭС
Однофазный трансформатор рядом
с энергоблоком ТЭС

Классификация трансформаторов (продолжение)
6
4. Классификация по конструкции обмоток: концентрическая (одна в другой) и дисковая (или тарельчатая)
Концентрические обмотки
Дисковая (или «тарельчатая») конструкция.
5. Классификация по способу охлаждения: сухая (воздушное охлаждение) и с масляным охлаждением. Преимущество сухих трансформаторов - их пожаробезопасность.
Сухие трансформаторы (с воздушным охлаждением)
Трансформаторы с масляным охлаждением
Конструкция с расширительным
бачком
Конструкция без
расширительного бачка

Трансформаторы с масляным охлаждением
7
Основная особенность масляных трансформаторов заключается в том, что магнитопровод с обмотками размещается в баке, предварительно заполненном трансформаторным маслом.
1) Масло отводит тепло от обмоток и магнитопровода через стенки бака и трубы радиатора, что усиливает охлаждение.
Масло также улучшает изоляцию, поскольку электрическая прочность масла значительно выше, чем у воздуха. Уменьшены габариты и вес бака.

8
Классификация трансформаторов (продолжение)
6 . Классификация по количеству обмоток на фазу:
- с одной обмоткой - автотрансформаторы. Используются для соединения линий электропередачи с разным напряжением.
Коэффициент трансформации автотрансформатора должен быть не более 2-2,3.
Небольшие автотрансформаторы используются в лабораториях для регулирования напряжения ЛАТР.
С двумя
обмотками
С тремя обмотками
С одной первичной обмоткой и двумя вторичными обмотками с разным напряжением
Это трансформатор называет трансформатор с
тремя обмотками
С одной первичной обмоткой и двумя вторичными обмотками с одинаковым напряжением
Это трансформатор называет трансформатор с
расщепленной обмоткой

Схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов
9
Υ/Ζ - 11

10
Группы соединения обмоток трехфазных трансформаторов
Группа соединения обмоток определяется углом сдвига между одноименными линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток. Для определения группы соединения обмотки вектор высокого напряжения направляется на 12:00, как минутная стрелка часов. Начало вектора низкого напряжения соединен с началом вектора высокого напряжения. Направление вектора низкого напряжения покажет «час» - группу соединений обмотки. Применением различных способов соединения обмоток можно создать 12 групп. Согласно ГОСТу, используют: Y/Y0-0 (старое обозначение – «12») Y/Δ -11; Y0/Δ-11

11
Группа соединения обмоток трехфазных трансформаторов зависят от:
1) от схем соединения обмоток;
2) от маркировки концов трансформаторов;
3) от направления навивки обмотки;
4) От числа фаз. Трехфазные обмотки могут иметь 12 групп, однофазные обмотки имеют две группы: нулевую и шестую.
«Приведенный трансформатор» - трансформатор, параметры вторичной обмотки которого приведены к параметрам первичной обмотки.
Реальные: Es , Is, Us, Zs, Xs, Ls, ws
Приведенные: Es/, Is/, Us/, Zs/, Xs/, Ls/, ws/
Коэффициент трансформации
Приведенные значения
Приведенный коэффициент трансформации

12
Проведение опытов холостом ходу и лабораторного короткого замыкания
Экспериментальная схема и схемы замещения
трансформаторов в режимах холостого хода и лабораторного короткого замыкания
1) Потери холостого хода = потерям в стали (магнитные потери) P0= Pmag. const
2) Коэффициент мощности в режиме холостого хода
3) Ток намагничивания (ток х.х.) Ip0 ;
4) Параметры схемы замещения xp, Rp, xm, Rm.
В опыте холостого хода можно определить:
Величину Es/ можно определить только графически, поэтому построим векторную диаграмму по уравнениям:
Преобразуем первое уравнение:

13
Опыт лабораторного короткого замыкания
1. Номинальные электрические потери PK – по ваттметру.
2. Коэффициент мощности режима лабораторного короткого замыкания
3. Напряжение короткого замыкания uk, в %
Uрk – напряжение лабораторного КЗ по вольтметру, В.
UpN – номинальное напряжение первичной обмотки, В.
4. Параметры схемы замещения трансформатора в режиме лабораторного КЗ
Схема замещения трансформатора в номинальном режиме

14
Характеристики холостого хода и лабораторного КЗ трансформатора
КПД по известным значениям потерь мощности в режиме ХХ и в режиме лабораторного КЗ
Коэффициент нагрузки
трансформатора
В номинальном режиме =1
Максимум КПД будет при равенстве постоянных и переменных потерь

15
Условия включения трансформаторов на параллельную работу
1. Трансформаторы должны иметь одинаковые группы соединения: «0» или «11».
Это самое главное условие.
2. Трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации
Ktr1 = Ktr2 = ... = Ktri, где i – количество трансформаторов.
3. Трансформаторы должны иметь одинаковые напряжения КЗ
uk1=uk2 = ... uki.
Еще одно требование: мощность трансформаторов может отличаться только на одну ступень.
Мощности трансформаторов имеют определенные значения: 100, 125, 160, 200, 250, 400, 630, 1000, 1250, 1600 кВА и другие.
Если мощности трансформаторов разные, напряжения КЗ uk должно отличаться. Для трансформатора с меньшей мощностью напряжение КЗ должно быть больше.
Внешняя характеристика трансформатора Us= f(Is)
АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

Общие вопросы теории машин переменного тока
16
Статоры машин переменного тока (асинхронных и синхронных машин) одинаковые.

17
Гидрогенераторы делают
с явнополюсными роторам
Турбогенераторы делают
с неявнополюсными роторам

18
Обмотки статора машин переменного тока
a – диаметральная и сосредоточенная обмотка (zs = 6);
b – распределенная однослойная обмотка (zs = 18);
c – распределенная укороченная двухслойная обмотка (zs = 18)
а b c
Число пазов на полюс
и фазу:
Создание кругового вращающегося магнитного поля
Это «синхронная скорость»

Гармоники в токе и напряжении обмотки статора
Для работы машин переменного тока нужна только первая гармоника тока для создания магнитного поля в воздушном зазоре. Но в токе появляются высшие гармоники, потому что обмотка находится в пазах. С этими гармониками надо бороться.
Способы уменьшения высших гармоник:
ν = 1 – первая (рабочая) гармоника;
ν = 2n (n=1, 2, 3, ...) – в машинах переменного тока с симметричной 3-фазной обмоткой четные гармоники не наводятся.
ν = 3k, где k = 1, 3, 5, …. Эти гармоники можно уничтожить, соединив их по схеме «звезда»;
ν = 11, 13, 17, 19 … – мы пренебрегаем этими гармониками. Они имеют небольшие амплитуды, обратно пропорциональные номеру гармоники. Например, в 11-й гармонике амплитуда равна 1/11 по сравнению с амплитудой первой гармоники.
Основные проблемы ν = 5 и ν =7, и эти гармоники должны быть максимально уменьшены, а лучше – подавлены полностью.
The shortening and distribution of the stator winding decrease the first EMF harmonic. For the first harmonic - it's bad, but the shortening and distribution allows you to remove the 5th and 7th harmonics, clear the first harmonic, and its shape becomes better.
The winding factor (KWν) shows how much the EMF of the shortened and distributed winding decreases compared to the diametrical and concentrated winding
Для уменьшения 5-й и 7-й гармоник используется РАСПРЕДЕЛЕНИЕ и УКОРОЧЕНИЕ обмоток (укорочение - только для двухслойных обмоток).
19

20
Влияние распределения обмотки на уменьшение 5-й гармоники
Распределение на три паза
ЭДС 1-й гармоники распределенной обмотки уменьшается на величину обмоточного коэффициента КW1<1 по сравнению с сосредоточенной.

Обычно рассчитывают обмоточные коэффициенты для 1-й, 5-й и 7-й гармоник:
где Кp.ν – коэффициент распределения, объясняющий уменьшение ЭДС ν-й гармоники распределенной обмотки по сравнению с ЭДС сосредоточенной обмотки,
Кd.ν ‑ коэффициент укорочения учитывает уменьшение ЭДС ν-й гармоники приведенной обмотки по сравнению с ЭДС диаметральной обмотки.
, где βs – величина укорочения; ν – номер гармоники
где m – количество фаз; 2p – количество полюсов; Zs – количество пазов статора; qs – количество пазов на полюс и фазу
Распределение обмоток используется всегда. Укорочение обмотки применяется только для двухслойных обмоток статора. Для больших машин переменного тока обычно используются двухслойные обмотки. Первая гармоника ЭДС (ν=1) для укороченной и распределенной обмотки статора равна:
где
- обмоточный коэффициент первой (рабочей) гармоники
21
КW1<1