Рабочий режим

В рабочем режиме эксплуатируются большинство трансформаторов. Например, силовые трансформаторы работают с напряжениями и токами обмоток отличными от номинальных. Так происходит из-за переменчивого характера их нагрузки. Измерительные, импульсные, сварочные, разделительные, выпрямительные, вольтодобавочные и другие трансформаторы, также обычно эксплуатируются в рабочем режиме просто из-за того, что напряжение сети к которой они подключены отличается от номинального.

НОМИНАЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ

Номинальный режим работы является частным случаем рабочего режима. В таком режиме могут работать все трансформаторы, но как правило, с бóльшими в сравнении с рабочим режимом потерями и как следствие, с меньшим КПД (коэффициентом полезного действия). Из-за этого при эксплуатации трансформатора его избегают.

ОПТИМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ

В оптимальном режиме работы трансформатор работает с максимальным КПД.

РЕЖИМ ХОЛОСТОГО ХОДА

По существу в режиме холостого хода трансформатор представляет собой катушку на магнитопроводе, к которой подключен источник напряжения. Режим холостого хода является рабочим для трансформаторов напряжения. Кроме того, этот режим служит для определения тока , мощности  холостого хода и ряда других параметров.

рЕЖИМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Режим короткого замыкания является рабочим режимом для трансформаторов тока и сварочных трансформаторов, в тоже время являясь аварийным для других трансформаторов. Также он используется для определения напряжения , короткого замыкания и других параметров трансформатора.

Процесс заземление нейтрали необходим для бесперебойного функционирования установки, а также для обеспечения безопасности людей, которые бывают на подстанции. Согласно нормам электроустановок требуется, чтобы все трансформаторы были заземлены.

39.Дайте определение, что заливают в трансформатор, чем опасно трансформаторное масло, для чего меняют масло в трансформаторе?

В ходе эксплуатации масло трансформаторного типа подвержено старению с термохимической и электрической точки зрения, позволяя снижать характеристики эксплуатации. Отработанное масло утилизируется или регенерируется. Если это не приносит должного результата, необходимо прибегнуть к замене.

Трансформаторное масло изготовлено из нефти, несет вред здоровью человека за счет содержания в нем диоксинов. При вдохе, вместе с воздухом, диоксины попадают в легкие, откуда транспортируются вместе с кровью по организму, скапливаются в нем и поражают печень. Вещество, несущее меньше опасности – Олифа.

Трансформаторное масло представляет собой специальную жидкость, предназначенную для изоляции находящихся под напряжением узлов и частей трансформатора, предохранения изоляции от возможного увлажнения, а также для отвода тепла от тех частей, которые нагреваются в процессе работы трансформатора.

40.Охарактеризуйте схемы подключения асинхронных электродвигателей.

Обмотка трёхфазной машины может соединяться по схеме «звезда» или «треугольник». Знание особенностей подключения избавит от ошибок в работе двигателя.

Схема подключения типа «Звезда» :Концы проводов соединяются в единую точку (нейтраль). Выводы обмотки одинаковые. В клеммной коробке фазы нужно закоротить железными пластинами в общую точку. По такой схеме выполняется соединение выводов обмоток на промышленном трёхфазном оборудовании. Компания-производитель часто заранее выполняет соединение жил в статоре по схеме «звезда», если двигатели предназначены для производственных целей. На корпус устройства выходят три клеммы вместо шести. При такой конструкции достаточно подключить трёхфазное питание. Три провода на асинхронной машине свидетельствуют о соединении обмотки по варианту «звезда». Преимущества использования данного типа подключения:

• кожух устройства не перегревается;

• двигатель работает непрерывно, длительно, стабильно;

• благодаря экономии мощности, обеспечивается надёжность и долговечность оборудования;

• запуск электропривода максимально плавный.

Схема подключения типа «Треугольник»:Жилы обмоток соединяются последовательно – конец первого обмоточного провода подсоединяется к началу второго. Конец второго витка подключается к началу третьего. Конец третьей обмотки соединяется с началом первой. Получается замкнутый неразрывный контур. Трёхфазное напряжение проходит через точки соединения. На каждой намотке проводников создаётся линейное напряжение величиной 380 или 220 В. Вариант соединения «треугольником» оправдан при работе с мощным оборудованием и высокой нагрузке запуска. Преимущества использования данного типа подключения:

• обеспечивается большая сила тяги;

• мощность электрических устройств повышается до максимального значения;

• вращающий момент увеличивается;

• допустимо применение пускового реостата.

Среди возможных недостатков можно отметить перегрев двигателя при длительной эксплуатации и наличие повышенного тока запуска.

41.Дайте определение потерям мощности в асинхронной машине, перечислите методы уменьшения оборотов асинхронного двигателя?

К основным потерям относятся электрические потери (потери в меди), магнитные (потери в стали) и механические потери. Магнитные потери (потери в стали Р^), возникают в участках магнитопровода асинхронного двигателя (АД) с переменным магнитным потоком - статоре

На практике чаще всего используют 2 метода:

1. Изменение числа полюсов статора.

2. Регулирование напряжения на обмотках статора или ротора.

3. Изменение частоты питающего напряжения.

42.Проанализируйте почему может загореться трансформатор, можно ли тушить трансформатор водой, зачем нужен радиатор в трансформаторе?

Посредством радиаторов происходит более интенсивная циркуляция масла, что обеспечивает увеличение площади охлаждения и способствует его эффективному охлаждению. Конструктивно радиаторы состоят из вертикальных круглых (овальных) труб или плоских прямоугольных пластин с каналами внутри.

Для тушения пожаров на трансформаторных подстанциях используются следующие огнетушащие средства: воздушно-механическая и компрессионная пена, распыленная и тонкораспыленная вода, порошковые и газовые составы.

В большинстве случаев — это молния. Также могут быть резкие порывы ветра, ледяной дождь и другие аномальные погодные условия. В случае молнии, например, ток вырастает до критического значения за 12 миллисекунд, что в пять раз меньше порогового значения автоматических выключателей.

43.Дайте определение частотным преобразователям, перечислите причины почему асинхронный двигатель не развивает обороты?

Частотные преобразователи - это устройства для плавного изменения частоты вращения синхронных и асинхронных двигателей посредством изменения частоты питающего тока.

Причина: Износ подшипников, разбалансировка ротора, взаимное смещение положения ротора и статора.

44.Охарактеризуйте возможные неполадки в трансформаторе.

• Произошло старение межлистовой изоляции магнитопровода. ...

• Возгорание стали, повре повреждение изоляции стяжных болтов, замыкание листов магнитопровода. ...

• Ослабление прессовки магнитопровода. ...

• Износ или старение изоляции. ...

• Витковое замыкание в обмотках.

45. Перечислите способы защиты трансформатора от перенапряжения, как охлаждается сухой трансформатор?

В низковольтных используется естественная система охлаждения: воздушные массы естественным путем попадают в вентиляцию преобразователя и, собственно, охлаждают все токоведущие конструктивные элементы. Высоковольтные же могут охлаждаться как путем искусственного обдува, так же и с естественным охлаждением. Для защиты от перенапряжения трансформаторов используются предохранители. При аварийном отключении одного из трансформаторов, несколько аналогичных устройств вводятся в работу и компенсируют номинальное напряжение в сети, благодаря чему удается избежать аварийной ситуации.

46.Охарактеризуйте двигательный, генераторный, тормозной режимы работы асинхронных машин.

В зависимости от частоты вращения и направления вращения ротора по отношению к полю различают четыре режима работы асинхронных машин Когда 0 < о>_р < со_с, имеет место двигательный режим, при ю_с < w_p < +оо — генераторный режим. В этом режиме ротор вращается в ту же сторону, что и поле, но с большей частотой вращения. В тормозном режиме ротор асинхронной машины вращается в сторону, противоположную вращению поля. Когда асинхронная машина эксплуатируется при неподвижном роторе (сор = 0), имеет место трансформаторный режим работы асинхронной машины. В теории асинхронных машин широко применяется понятие скольжения — относительной частоты вращения.  В двигательном режиме при 0 < s < 1 асинхронная машина преобразует электрическую энергию в механическую. В генераторном режиме, когда 0 > s > -°с ротор асинхронной машины вращается в сторону вращения поля с частотой, большей синхронной. При этом механическая энергия преобразуется в электрическую. В тормозном режиме механическая и электрическая энергии преобразуются в тепло. Этот режим, как правило, может быть кратковременным и используется для быстрого останова. Трансформаторный режим, когда 5=1, используется для регулирования амплитуды и фазы напряжения. Асинхронные машины получили наибольшее распространение как двигатели. Это основной двигатель, применяемый в промышленности, сельском хозяйстве и в быту. В генераторном режиме асинхронные машины применяются редко. Для создания поля в зазоре асинхронной машины необходима реактивная мощность, которая забирается из сети или от других источников реактивной мощности. Асинхронные двигатели нс могут работать с cos(p = 1. Это существенный недостаток асинхронных машин, ограничивающий их применение в генераторном режиме. При электромеханическом преобразовании энергии в асинхронных машинах, как и в других машинах, происходит преобразование энергии в тепло. Электрические потери в роторе асинхронной машины пропорциональны скольжению. При глубоком скольжении (s = 1(Н50%) асинхронные машины используются редко, так как в этом случае большая часть мощности, забираемой из сети, преобразуется в тепло, что приводит к низкому КПД и увеличению габаритов асинхронной машины из-за трудностей, связанных с отводом тепла от активных частей машины. Наличие в роторе потерь, пропорционально зависящих от скольжения, — одна из особенностей асинхронных машин, обусловливающих их отличие от других типов электрических машин.Если обмотки ротора представляют собой замкнутые контуры, то при скольжении 5=1 вся мощность, поступающая на ротор, преобразуется в тепло. При скольжении 5 = 0 мощность из сети на ротор не поступает. При скольжениях, отличных от 0 и 1, электромагнитная мощность преобразуется в двигательном режиме в механическую мощность и в тепло, а в генераторном режиме — в электрическую и в тепло.В конструктивном исполнении асинхронные двигатели — наиболее простые, они получили наибольшее распространение.

47.Перечислите области использования трансформаторов специального назначения, каковы два основных назначения трансформаторов тока?

Помимо своего основного назначения (расширение пределов измерения приборов) трансформаторы тока защищают измерительные приборы от разрушительного действия токов короткого замыкания.

Трансформаторы специального назначения относятся к релейным путевым автоблокировочным устройствам, применяются на железных дорогах для питания цепей автоблокировки и сигнализации в электрических сетях переменного тока.

48.Проанализируйте для чего используются синхронные компенсаторы, где устанавливаются компенсирующие устройства?

Синхронные компенсаторы применяются в качестве генераторов реактивной мощности для повышения коэффициента мощности нагрузки предприятий, а также для регулирования величины напряжения. Они отличаются от синхронных двигателей более легкой конструкцией, так как работают в режиме холостого хода без механической нагрузки. Компенсации К. у. (как правило, регулируемые синхронные и тиристорные компенсаторы) устанавливаются на узловых подстанциях электрич. сети, откуда реактивная мощность по линиям электропередач передаётся потребителям.

49.Дайте определение КПД электродвигателя, почему КПД двигателя меньше 100%?

Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта»).

КПД 100% означает, что ВСЯ энергия, затраченная на получение мощности двигателя, используется им в работе. В природе такого, в принципе, никогда не бывает, и поэтому КПД ВСЕХ ДВИГАТЕЛЕЙ всегда меньше 100 процентов. Современные асинхронные электродвигатели имеют номинальный КПД (заявленные производителем) 0,75 - 0,95. Потери при работе двигателя в основном обусловлены нагревом мотора (часть потребляемой энергии выделяется в виде тепловой энергии), реактивными токами, трением подшипников и другими негативными факторами.

50.Проанализируйте для чего нужен компенсатор реактивной мощности, для чего нужна компенсация реактивной мощности?

КРМ позволяет: снизить потери мощности и падение напряжения в элементах систем электроснабжения; сократить расходы на электроэнергию; ограничить влияние высших гармоник и сетевых помех; уменьшить асимметрию фаз. Компенсация реактивной мощности — целенаправленное воздействие на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системы с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях и с целью снижения потерь электроэнергии.

51. Перечислите причины потери электродвигателем мощности, как увеличить мощность асинхронного двигателя?

Возможные причины: перегрев обмотки, некачественная изоляция, износ изоляции вследствие вибрации.

У асинхронного двигателя переменного тока мощность можно увеличить, присоединив к нему частотный преобразователь, который повысит частоту переменного тока в обмотках. Значение мощности в этом случае фиксируется с помощью тестера, поставленного на режим ваттметра.

52. Проанализируйте куда уходит реактивная мощность, что будет если не компенсировать реактивную мощность?

Реактивная мощность необходима для создания переменного магнитного потока, при помощи которого энергия из одной обмотки трансформатора передаётся в другую. Асинхронный двигатель как потребитель реактивной мощности.

Реактивная мощность - часть полной мощности, затрачиваемая на электромагнитные процессы в нагрузке имеющей емкостную и индуктивную составляющие. Не выполняет полезной работы, вызывает дополнительный нагрев проводников и требует применения источника энергии повышенной мощности.

53.Дайте определение синхронной машине, перечислите области использования синхронных машин.

Синхронная машина — это двухобмоточная электрическая машина переменного тока, одна из обмоток которой присоединена к электрической сети с постоянной частотой, а вторая — возбуждается постоянным током. При этом частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре. Синхронные машины – это электрические машины переменного тока, в которых ротор и магнитное поле токов статора вращаются синхронно. Работают в режимах генератора и двигателя. Являются основными источниками электроэнергии (СГ на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях. Наибольшее применение синхронные машины нашли в энергетике, которые могут работать как генераторами, так и электродвигателями. В настоящее время основными источниками электроэнергии остаются синхронные генераторы на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях.

54.Проанализируйте виды и принцип работы синхронных машин специального назначения.

Синхронные машины специального назначения – это машины, имеющие узкую специфическую область применения. К ним относят:

1)Синхронные машины с постоянными магнитами (магнитоэлектрические) – не имеют обмотки возбуждения, а возбуждающий магнитный поток у них создаётся постоянными магнитами, расположенными на роторе. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с магнитным полем постоянных магнитов, расположенных на роторе, ротор начинает вращаться с частотой n2 = n1. При питании двигателя от однофазной сети в цепь одной из фаз включают конденсатор, необходимый для создания вращающегося магнитного поля статора. Применяют синхронные машины с постоянными магнитами чаще всего в качестве двигателей малой мощности до 100 Вт, реже - до 500 Вт. В качестве генераторов их применяют реже, в основном в качестве тахогенераторов. Синхронные машины с постоянными магнитами имеют высокие энергетические показатели (КПД и cos φ), но повышенную стоимость из-за дороговизны и сложности обработки постоянных магнитов.

2) Синхронные реактивные двигатели (СРД)– отличаются отсутствием возбуждения со стороны ротора. Основной магнитный поток в этих двигателях создаётся исключительно за счёт МДС обмотки статора, которая в двух - и в трёхфазных СРД является вращающейся. Принцип действия синхронного реактивного двигателя; возникновение реактивного вращающего моментаМр и изменение его до 0 .Простота конструкции и высокая эксплуатационная надёжность обеспечили СРД малой мощности широкое применение в устройствах автоматики, в устройствах звуко – и видеозаписи и других устройствах, требующих строгого постоянства частоты вращения. Недостатками СРД являются низкий КПД и cos φ.

3) Гистерезисные двигатели – это синхронные двигатели, у которых вращающий момент создаётся за счёт гистерезиса при перемагничивании ферромагнитного материала ротора. Статор в гистерезисном двигателе выполняется, так же как и в других машинах постоянного тока, т. е. может быть двух – или трёхфазной, а ротор представляет собой цилиндр из магнитно-твёрдого материала без обмотки. Ротор двигателя намагничивается под действием магнитного поля статора, т. е. становится постоянным магнитом, и гистерезисный двигатель работает аналогично синхронному двигателю с постоянными магнитами. Гистерезисные двигатели выпускают на мощность до 2000 Вт и частоту 50, 400 и 500 Гц в двух – и трёхфазном исполнениях.

4) Индукторные (с подмагничиванием) синхронные машины - представляют собой синхронные машины, у которых статор и ротор имеют зубчатую структуру, что позволяет им работать на частотах до тысяч герц. Их применяют в установках индукционного нагрева, в гироскопических и радиолокационных устройствах и т. д. Обмотка возбуждения (или постоянный магнит) индукторной машины, расположенная на статоре и подключенная к источнику постоянного тока, создаёт постоянный магнитный поток, который изменяется от максимального до минимального значения, т. е. пульсирует за счёт смещения зубцов вращающегося ротора относительно зубцов статора. За счёт переменной составляющей магнитного потока в обмотке статора индукторного генератора наводится ЭДС высокой частоты. Индукторные генераторы большой мощности (до 270 кВ А) применяют в качестве возбудителей турбогенераторов. Индукторные двигатели применяют в качестве шаговых двигателей, а также в качестве двигателей с весьма малыми частотами вращения.

5) Шаговые (импульсные) двигатели (ШД) – представляют собой синхронные микродвигатели, у которых питание фаз обмотки якоря осуществляется путём подачи импульсов напряжения от какого либо коммутатора, например, электронного. Под воздействием каждого такого импульса ротор двигателя совершает определённое угловое перемещение, называемое шагом. В качестве ШД обычно применяют синхронные двигатели без обмотки возбуждения на роторе: с постоянными магнитами, реактивные и индукторные (с подмагничиванием). Наибольшее применение ШД получили в электроприводах с программным управлением.

55.Дайте определение синхронного генератора, перечислите виды синхронных генераторов.

Синхронный генератор – агрегат, назначением которого является преобразование любой энергии (тепловой, солнечной, механической) в электрическую. Отличается простым принципом работы и надежным конструктивным исполнением. Особенность – вращение ротора и магнитного поля статора с одинаковой частотой. В зависимости от типа привода синхронные генераторы получили и свои названия. Турбогенератор, например, - это генератор, приводимый в движение паровой турбиной, гидрогенератор вращает водяное колесо, а дизель - генератор механически связан с двигателем внутреннего сгорания.

56.Проанализируйте принцип работы сельсинов.

Сельси́н — индукционная машина системы синхронной связи. Сельсинами (от англ. self-synchronizing) называются электрические микромашины переменного тока, обладающие свойством самосинхронизации (для плавной передачи на расстояние угла поворота вала). Сельсин-передачи работают аналогично обычным механическим передачам, но в них крутящий момент между валами создаётся не при помощи непосредственно контактирующих шестерён, а посредством изменяющегося магнитного потока.

В различных отраслях промышленности, в системах автоматики и контроля часто возникает необходимость синхронного и синфазного вращения или поворота двух и более осей, механически не связанных друг с другом (например, на РЛС — радиолокационных системах с вращающейся антенной). Такие задачи решаются с помощью систем синхронной связи.

Простейший сельсин состоит из статора с трёхфазной обмоткой (схема включения в электрическую цепь — треугольник или звезда) и ротора с однофазной обмоткой. Два таких устройства электрически соединяются друг с другом одноимёнными выводами — статор со статором и ротор с ротором. На роторы подаётся переменное напряжение от одного источника. При этом вращение ротора одного сельсина вызывает поворот ротора другого сельсина.

Переменный ток в роторе одного из сельсинов (сельсин-датчика) создаёт в обмотках его статора ЭДС, тем самым вызывая переменный ток через соответствующие обмотки статора второго сельсина (сельсин-приёмника). Переменное магнитное поле, создаваемое этим током, взаимодействует с переменным магнитным полем ротора сельсин-приёмника; возникающий вращательный момент пропорционален разнице между положениями роторов датчика и приёмника, и вызывает поворот последнего до тех пор, пока их положения не станут совпадать.

57.Дайте определение синхронным компенсаторам, в каком режиме синхронный двигатель работает как синхронный компенсатор?

Синхронные компенсаторы (СК) представляют собой генераторы реактивной мощности, с помощью которых путем изменения распределения реактивной мощности в сети ведется автоматическое регулирование напряжения на шинах подстанций. Синхронный компенсатор может работать в режиме улучшения коэффициента мощности или в режиме стабилизации напряжения.

58.Проанализируйте необходимость в синхронных машинах, какие виды потерь имеют место в синхронной машине?

Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Все виды потерь в синхронной машине разделяются на основные и добавочные. Основные потери в синхронном генераторе слагаются из электрических потерь в обмотке статора, потерь на возбуждение, магнитных потерь и механических потерь.

59.Дайте определение для чего служит компенсирующее устройство,перечислите виды компенсирующих устройств?

Компенсирующие устройства Компенсирующие устройства в электрической системе, предназначены для компенсации реактивных параметров сетей [например, линий электропередачи (ЛЭП) переменного тока] и реактивной мощности, потребляемой нагрузками и элементами электрической системы.

основные типы компенсирующих устройств:

• Батареи статических конденсаторов (БСК);

• Фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ);

• Синхронные компенсаторы;

• Синхронные двигатели (СД).

60.Проанализируйте типы, режимы работы и недостатки сельсинов.

Сельсины и системы дистанционной передачи угла поворота подразделяются на две группы: трёхфазные силовые и однофазные.