Расшифровка обозначения и маркировка трансформаторов

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ

 

 

Электрические машины

 

Учебно-методические пособия

Для выполнения практических работ

Направление подготовки: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Профиль подготовки: Электрические станции

 

Волгодонск 2016

УДК 621.313 (076.5)

ББК 31.261

Э45

 

 

Составитель, Е.С. Молошная

Электрические машины [Текст]: учебно-методическое пособие для выполнения практических работ / сост. Е. С. Молошная. – Волгодонск: ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2016. – 105 c.

 

 

Учебно-методическое пособие предназначено для аудиторной и самостоятельной работы по курсу «Электрические машины» студентов очной и заочной форм обучения направления подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» профиля подготовки «Электрические станции».

Рецензент – Катаев В.Ф., к.т.н., доцент.

 

 

© ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2016

Раздел 1

Машины постоянного тока

Машина постоянного тока – электрическая машина с механи­ческим коммутатором – коллектором, позволяющим осуществ­лять непрерывное электромеханическое преобразование энергии путем превращения постоянного тока в переменный (режим двига­тельный) или переменного тока в постоянный (режим генератор­ный).

Важнейший классификационный признак машин постоянного тока – способ возбуждения главного магнитного поля. Для этого используется обмотка возбуждения, размещенная на сердечниках полюсов машины. Все рабочие характеристики машин постоянного тока при работе, как в режиме генератора, так и в режиме двигателя зависят от способа включения цепи возбуждения по отношению к цепи якоря.

Соединение этих цепей может быть параллельным, по­следовательным, смешанным и независимое возбуж­дение машин.

Расшифровка, обозначения и маркировка машин постоянного тока

Генератор постоянного тока

Структура условного обозначения:

Генератор типа 4ГПЭМ-ХХ-Х/Х Х2

1. 4 – серия;

2. Г – генератор;

3. П – ток постоянный;

4. Э – экскаваторный;

5. М – массивный магнитопровод;

6. ХХ – мощность, кВт;

7. Х – исполнение по системе возбуждения: (с двумя секционированными обмотками независимого возбуждения; с независимой и шунтовой обмоткой возбуждения; с независимыми и несекционированными обмотками возбуждения; с независимой обмоткой возбуждения и размагничивающей обмоткой.)

8. Х – исполнение вала: (с одним концом вала; с двумя концами вала.)

9. Х2 – вид климатического исполнения: (У, ХЛ, Т), категория размещения по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.

 

Электродвигатель постоянного тока

Структура условного обозначения:

Электродвигатель типа 4ПО80А 2Г04

Как и в любых других типах двигателей, на паспортных бирках электрических машинах постоянного тока, закреплённых на корпусе двигателя, обозначаются данные по типу, виду, применению данного электродвигателя, его назначение.

Электродвигатель 4ПО80А 2Г04

1. 4 – обозначает порядковый номер серии электродвигателя постоянного тока;

2. П – тип двигателя (электродвигатель постоянного тока);

3. О – способ охлаждения, степень защиты:

1.1. О – закрытое исполнение двигателя с наружным обдувом вентилятора двигателя

1.2. Б – закрытое исполнение двигателя с естественным охлаждением

1.3. Н – незащищенное исполнение двигателя с самовентиляцией;

4. 80 – высота оси вращения электродвигателя;

5. А – длина корпуса электродвигателя (условно): (A, B, S, L, M);

6. 2 – длина сердечника якоря электродвигателя (условно) – (1-я или 2-я длина);

7. Г – электродвигатель с тахогенератором (отсутствие буквы – без тахогенератора);

8. 04 – климатическое исполнение двигателя:общеклиматическое исполнение электродвигателя (категория размещения по ГОСТ 15150-69);

Пример:

двигатель 2ПН100МУ4 ГОСТ 20529-75 расшифровывается следующим образом: двигатель серии 2П, защищенного исполнения с самовентиляцией, с высотой оси вращения 100 мм, с первой длиной сердечника статора, климатического исполнения У, категории 4.

 

Основные соотношения

Электродвижущая сила обмоток якоря машины постоянного тока:

где – электрическая постоянная, зависящая от конструктивных данных машины;

– магнитный поток, Вб;

– частота вращения якоря, об/мин;

– число пар полюсов машины;

– число активных проводников обмотки якоря;

– число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Напряжение на зажимах генератора:

Напряжение на зажимах двигателя:

где – ЭДС обмоток якоря, В;

– ток якоря, А;

– сопротивление цепи якоря, Ом.

Полезная мощность, отдаваемая генератором:

Мощность, подводимая к двигателю:

где – напряжение на зажимах, В;

– ток внешней цепи, А.

Электромагнитная мощность:

Ток якоря в генераторах с самовозбуждением:

Ток двигателя с параллельной обмоткой возбуждения:

Ток якоря двигателя:

Ток в цепи возбуждения двигателя:

где – общее сопротивление цепи возбуждения, Ом;

– сопротивление обмотки возбуждения, Ом;

– сопротивление реостата в цепи возбуждения, Ом.

Сопротивление пускового реостата:

где – номинальный ток якоря, А.

Частота вращения якоря двигателя:

Частота вращения идеального холостого хода двигателя:

Уравнение механической характеристики двигателя:

где – вращающий момент, развиваемый двига­телем, Н·м;

– постоянная двигателя, обуслов­ливающая момент двигателя.

Вращающий момент двигателя:

где – мощность на валу двигателя, кВт.

Связь между постоянными коэффициентами машины:

Уравнение моментов генератора:

где – момент холостого хода, Н·м;

– эле­ктромагнитный тормозной момент, Н·м.

Уравнение моментов двигателя:

где – полезный противодействующий моментмеханизма, Н·м;

– динамический момент, Н·м.

Кратность по току:

где – пусковой ток двигателя, А;

– номиналь­ный ток двигателя, А.

Кратность по моменту:

где – пусковой момент двигателя, Н·м,

– номинальный момент двигателя, Н·м.

КПД генератора:

где – мощность на зажимах генератора, Вт;

– подводимая механическая мощность, Вт;

– напряжение на зажимах генератора, В;

– ток нагрузки, А.

КПД двигателя:

где – мощность на валу двигателя, Вт;

– подводимая мощность, Вт;

– сумма потерь, Вт.

Сумму потерь определяют по формуле:

где – потери при холостом ходе, Вт;

, – электрические и магнитные потери, Вт;

– меха­нические потери, Вт;

– потери в обмотках возбуждения, включая регулировочный реостат, Вт;

– потери в обмотках якоря, Вт;

– потери электрические в щетках, Вт;

– потери добавочные, Вт (под добавочными потерями понимают трудно учитываемые потери и принимают их равными 1% от подводимой мощности двигателя).

Максимальное значение КПД возникает при условии равенства потерь при холостом ходе (посто­янных) потерям электрическим (переменным):

Ток нагрузки, соответствующий максимальному КПД:

где – напряжение на обмотке возбуждения, В.

Задача 1.1

Генератор постоянного тока независимого возбуждения с номинальным напряжением и номинальной частотой вращения имеет на якоре простую волновую обмотку, состоящую из N проводников. Число пар полюсов генератора сопротивление обмоток в цепи якоря при рабочей температуре , щетки угольно- графитовые основной магнитный поток Ф (10^-2, Вб). Значение перечисленных параметров приведены в таблице 1.1.

Требуется определить для номинального режима работы генератора: ЭДС якоря ток нагрузки I_ном (размагничивающим влиянием реакции якоря пренебречь), полезную мощность Р_ном, электромагнитную мощность Р_эм и электромагнитный момент М_ном.

Таблица 1.1

	Варианты
	0,36	0,175	0,08	0,17	0,3	0,7	0,09	0,27	0,25	0,08	0,14
Ф	2,6	4,8	2,6	1,7	2,6	4,8	4,5	2,4	6,1	2,4	2,3

Пример:

Дано:

1. ЭДС якоря генератора при номинальной частоте вращения:

где

число пар параллельных ветвей простой волновой обмотки а = 1.

2. Ток якоря в номинальном режиме можно определить, воспользовавшись уравнением напряжений для генератора:

откуда ток якоря в номинальном режиме:

3. Полезная (номинальная)мощность генератора:

4. Электромагнитная мощность генератора:

5. Электромагнитный момент в номинальном режиме:

 

Задача 1.2

Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения имеет следующие данные: номинальная мощность напряжение питания номинальная частота вращения сопротивление обмоток в цепях якоря , сопротивление цепи возбуждения падение напряжения в щеточном контакте щеток . Значения перечисленных параметров приведены в таблице 1.2.

Требуется определить потребляемый двигателем ток в режиме номинальной нагрузки , сопротивление пускового реостата при котором начальный пусковой ток в цепи якоря двигателя был бы равен начальный пусковой момент частоту вращения и ток в режиме холостого хода, номинальное изменение частоты вращения якоря двигателя при сбросе нагрузки. Влиянием реакции якоря пренебречь.

Таблица 1.2

	Варианты
				4,2
		83,8				83,9
	0,14	0,12	0,13	0,15	0,12	0,175	0,17	0,09	0,14	0,12
Rв

 

Пример:

Дано:

1. Потребляемая двигателем мощность при номинальной нагрузке:

2. Ток, потребляемый двигателем при номинальной нагрузке:

3. Ток в цепи обмотки возбуждения:

4. Ток в обмотке якоря:

5. Начальный пусковой ток якоря при заданной кратности 2,5:

6. Требуемое сопротивление цепи якоря при заданной кратности пускового тока 2,5:

7. Сопротивление пускового реостата:

8. ЭДС якоря в режиме номинальной нагрузки:

9. Из выражения:

Определим:

отношение коэффициентов:

следовательно, в данном случае:

10. Начальный пусковой момент при заданной кратности пускового тока 2,5:

11. Момент на валу двигателя при номинальной нагрузке:

12. Электромагнитный момент при номинальной нагрузке:

где электромагнитная мощность при номинальной нагрузке:

13. Момент холостого хода:

14. Ток якоря в режиме холостого хода:

15. ЭДС якоря в режиме холостого хода (принимаем ):

16. Частота вращения якоря в режиме холостого хода:

17. Номинальное изменение частоты вращения двигателя при сбросе нагрузки:

 

Задача 1.3

В таблице 1.3 приведены данные каталога на двигатели постоянного тока независимого возбуждения серии 2П: номинальная мощность номинальное напряжение, подводимое к цепи якоря номинальная частота вращения , КПД двигателя , сопротивление цепи якоря, приведенной к рабочей температуре Требуется определить сопротивление добавочного резистора R_д, который следует включить в цепь якоря, чтобы при номинальной нагрузке двигателя частота вращения якоря составила ; построить естественную и искусственную механические характеристики двигателя.

 

Таблица 1.3

Тип двигателя	, кВт	, В	, об/мин	,%	, Ом
2ПО200M					0,29
2ПО200М					0,28
2ПФ200М					0,22
2ПФ200L				85,5	0,18
2ПН250М				86,5	0,07
2ПФ250М				74,5	0,58
2ПО180М					0,31
2ПН112М	1,5				0,42
2ПФ132L	5,5				0,08
2ПФ180L	18,5				0,065

 

Пример:

Дано: двигатель2ПО200L;

1. Ток в цепи якоря в режиме номинальной нагрузки при об/мин:

2. ЭДС в режиме номинальной нагрузки (падением напряжения в щеточном контакте пренебрегаем):

3. Частота вращения идеального холостого хода (пограничная частота вращения):

4. Номинальный момент на валу двигателя:

По полученным данным строим естественную механическую характеристику (рис1.1, график 1).

5. Частота вращения при включении резистора R_д:

По вычисленным данным строим искусственную механическую характеристику двигателя (рис 1.1, график 2).

6. Сопротивление резистора:

 

Задача 1.4

Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения работает от сети напряжением Технические данные двигателя (табл. 1.4): номинальный ток нагрузки номинальная частота вращения ток холостого хода сопротивление цепи якоря, приведенное к рабочей температуре, ток возбуждения
(остается неизменным во всем диапазоне нагрузки двигателя); в двигателе применены угольно-графитные щетки с переходным падением напряжения на пару щеток

Требуется рассчитать данные и построить графики зависимости КПД , частоты вращения n, момента на валу от мощности на валу двигателя P₂.

Влиянием реакции якоря пренебречь и считать

Таблица 1.4

	Варианты
	8,4	9,0	9,8	13,4	6,6	5,8	6,2	8,4	16,2	10,6
	0,14	0,17	0,11	0,055	0,42	0,57	0,064	0,27	0,12	0,35
	2,63	2,2	2,7	4,0	1,5	1,18	1,2	2,63	2,4	1,75

 

Пример:

Дано:

 

1. Потери и КПД двигателя.

Постоянные потери двигателя включают магнитные P_м, механические P_мех потери и потери на возбуждение:

т.е.

При работе двигателя в режиме холостого хода двигатель потребляет из сети мощность которая включает помимо постоянных потерь еще и переменные потери , которые включают:

Электрические потери в цепи якоря:

Потери в щеточном контакте:

Добавочные потери:

Таким образом, постоянные потери двигателя равны:

где ток якоря в режиме холостого хода:

 

Чтобы получить данные, необходимые для построения графика зададимся рядом значений коэффициента нагрузки:

и для каждого из них определим КПД двигателя. Ток в цепи якоря в режиме номинальной нагрузки

Минимальное значение коэффициента нагрузки соответствует режиму холостого хода:

Принимаем следующие значения коэффициента нагрузки:

Таблица 1.5

Параметр	Значения параметра
	0,08	0,25	0,50	0,75	1,0	1,20
	4,9	15,85	31,7	47,55	63,4	76,1
	6,5	17,45	33,3	49,15		77,7
	6,7	70,34	281,16	633,1
	14,3	38,39	73,26	108,13		170,9
	9,8	31,7	63,4	95,1	126,8	152,2
	33,5	140,4	417,8	836,3
		59,9	75,2	79,3	80,5	80,4
	0,08	0,25	0,50	0,75	1,0	1,20

 

Все расчетные формулы и результаты расчетов приведены в табл. 1.5.

По данным табл. 1.6 построены графики

Точка пересечения графиков постоянных потерь (рис. 1.2, график 1) и переменных потерь (график 2) соответствует равенству потерь, следовательно, эта точка совпадает с максимальным значением КПД Указанная точка совпадает с номинальной нагрузкой двигателя и, следовательно,

2. Зависимости частоты вращения и момента на валу от нагрузки двигателя. Частота вращения двигателя постоянного тока определяется выражением:

 

 

Таблица 1.6

Параметр	Значение параметра
	0,08	0,25	0,50	0,75	1,0	1,20
	4,9	15,85	31,7	47,55	63,4	76,1
	1,37	4,44	8,87	13,31	17,75	21,31
	218,6	215,6	211,1	206,7	202,25	198,7
		26,8	65,5	104,2

 

Используя параметры номинального режима нагрузки двигателя, определим величину:

Полученное значение – 0,263 следует принять постоянным для данного двигателя, так как по условию задачи Ф = const.

Используя данные табл. 1.6, рассчитаем частоту вращения двигателя для принятых значений коэффициента нагрузки:

Расчетные формулы и результаты расчета приведены в табл. 1.6.

3. Зависимость момента M₂ на валу от нагрузки двигателя.

Момент на валу двигателя определяется выражением:

Используя данные табл. 1.5, рассчитаем значения момента M₂ для принятых коэффициентов нагрузки:

Результаты расчета заносим в табл. 1.6, а затем строим графики зависимостей и , представленные на рис. 1.3.

Раздел 2

Трансформаторы

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформаторы получили очень широкое практическое применение при передаче электрической энергии на большие расстояния, для распределения энергии между ее приёмниками и в различных выпрямительных, сигнальных, усилительных и других устройствах.

При передаче электрической энергии от электростанций к ее потребителям большое значение имеет величина тока, проходящего по проводам. В зависимости от силы тока выбирают сечение проводов линии передачи энергии.

Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях синхронными генераторами при напряжении 11 – 18 кВ (в некоторых случаях при 30 – 35 кВ). Хотя это напряжение очень велико для непосредственного его использования потребителями, однако оно недостаточно для экономичной передачи электроэнергии на большие расстояния.

Для увеличения напряжения применяют повышающие трансформаторы. Приемники электрической энергии (лампы накаливания, электродвигатели и т. д.) из соображений безопасности для лиц, пользующихся этими приемниками, рассчитываются на более низкое напряжение (380 В). Кроме того, высокое напряжение требует усиленной изоляции токопроводящих частей, что делает конструкцию аппаратов и приборов очень сложной. Поэтому высокое напряжение, при котором передается энергия, не может непосредственно использоваться для питания приемников, вследствие чего к потребителям энергия подводится через понижающие трансформаторы.

Таким образом, электрическая энергия при передаче от места ее производства к месту потребления трансформируется несколько раз (3–4 раза). Кроме того, понижающие трансформаторы в распределительных сетях включаются неодновременно и не всегда на полную мощность, вследствие чего мощности установленных трансформаторов значительно больше (в 7–8 раз) мощностей генераторов, вырабатывающих электроэнергию на электростанциях.

Элегазовый трансформатор – это трансформатор, изоляционная среда которого находится в элегазе SF6. Изоляция (охлаждение): Гексафторид серы (SF6) с низким, высоким давлением. Переключатель выходных обмоток трансформатора под нагрузкой:о тводной переключатель – вакуумный прерыватель; устройство переключения ответвлений – роликовый контакт.

Применение элегазовых трансформаторов: отдельно стоящие подстанции, подземные подстанции в городских районах, офисные здания, подвалы домов. Элегазовые трансформаторы устанавливаются в экологически критических зонах, где утечка масла недопустима.

Расшифровка обозначения и маркировка трансформаторов

Расшифровка условного обозначения трансформатора типа ТМН-6300/35 У1-Х:

1. (Т) – трехфазный трансформатор;

2. (М) – масляное охлаждение, воздух и масло циркулируют естественным путем;

3. (Н) – регулирование напряжения производится под нагрузкой;

4. (6300) – номинальная мощность 6300 кВА;

5. (35) – напряжение обмотки ВН 35 кВ;

6. (У1) – эксплуатация в умеренном климате;

7. (Х) – уровень потерь х.х. и короткого замыкания.

 

Расшифровка буквенного обозначения силового трансформатора:

1. А – автотрансформатор (может отсутствовать);

2. Число фаз: Т – трёхфазный; О – однофазный;

3. Р – с расщеплённой обмоткой (может отсутствовать)

4. Условное обозначения вида охлаждения:

Масляные трансформаторы

М – естественная циркуляция воздуха и масла

Д – принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла

МВ – с принудительной циркуляцией воды и естественной циркуляцией масла

МЦ – естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с ненаправленным потоком масла

НМЦ – Естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с направленным потоком масла

ДЦ – Принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла

НДЦ - Принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла

Ц - Принудительная циркуляция воды и масла с ненаправленным потоком масла (в охладителях вода движется по трубам, а масло – в межтрубном пространстве, разделённом перегородками)

НЦ – Принудительная циркуляция воды и масла с направленным потоком масла

Сухие трансформаторы

С – Естественное воздушное при открытом исполнении

СЗ – Естественное воздушное при защищенном исполнении

СГ – Естественное воздушное при герметичном исполнении

СД –Воздушное с принудительной циркуляцией воздуха

5. Н – трансформатор с РПН (с регулированием напряжения под нагрузкой)

6. Особенность исполнения (в обозначении может отсутствовать): В –с принудительной циркуляцией воды; Г – грозозащитное исполнение; Г – трансформатор в гофрированном баке без расширителя – «герметичное исполнение»

7. Назначение (в обозначении может отсутствовать):

Примеры серий силовых трансформаторов общего назначения: TМ, ТМГ, ТМЭ, ТМЭГ, ТМБ, ТМПН, ТМВГ, ТМВЭГ, ТМВБГ, ТМЖ, ТМВЭ, ТМВБ, ТМЗ, ТМФ, ТМЭБ, ТМВМЗ, ТМС, ТСЗ, ТСЗС, ТРДНС, ТМН,ТДНС, ТДН, ТМН, ТРДН, ТРДЦН

Примеры:

ТМ – Т – трансформатор трехфазный, М – с естественной циркуляцией воздуха и масла;

ТМВГ – Т – трансформатор трехфазный, МВ – с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воды, Г – в герметично