Расчет потерь мощности электрических машин

Задача № 7.

Синхронные генераторы пассажирских вагонов имеют величины:

Дано: Решение:

P_IH — 8,3 кВт 1. Полезная мощность генератора составляет КПД? — 86,6% часть от потребляемой мощности, т. е. зависит.

n — 250 об/мин величины КПД.

2р = 12 Р_2Н = Р_IH *? *10^-2 = 8,3 *86,6% * 10^-2 =.

Найти: = 7,1878 кВт.

P_2H —? P_пот —? 2. Суммарные потери мощности равны разности.

F -? M -? потребляемой и отдаваемой полезной.

Р_пот = Р_IH — P_2H = 8,3 — 7,2 = 1,1 кВт.

3. Частота тока вырабатываемая генератора зависит от частоты вращения и числа пар полюсов ротора.

f = = 250 Гц.

4. Тормозной момент генератора зависит от потребляемой мощности и частоты вращения ротора.

М = * 10³ = * 10³ = = 0,03 Нм.

Ответ: P_2H =7,2 кВт; Р_пот = 1,1кВт; М = 0,03 Нм; f = 250Гц;

Задача№ 13.

Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором установленые на вагонах, имеют величины:

Дано:

n₁ = 1000 об/мин.

f = 50 Гц.

n_{2 =} 955 об/мин Р_Н = 14 кВт.

cos_y = 0,83.

? = 0,87.

Найти:

P, Q, S, — ?

2р, S-?

f₂ -?

Решение:

1. Активная мощность потребляемая двигателем зависит от полезной мощности на валу и КПД.

Р₁ = = = 16,09 кВт.

1.1 Полная мощность.

S= = = 28,83 кВт *А.

1.2 Реактивная мощность.

Q = S *sin y = S * = 28,83 * = 28,83 * = 28,83 * 0,738 = 21,27 квар.

2. Число полюсов, находим пар полюсов.

р = = = =3; 2р = 6.

3. Скольжение ротора.

S = * 10² = * 100 = 4,5%.

4. ЭДС во вращающем роторе.

f₂ = f₁ *S = 50 *4,5% = 225 Гц.

Ответ: P = 16,09 кВт, Q = 21,27 квар, S = 28,83 кВ*А, 2р = 6, S = 4,5%, f₂ = 225 Гц.

Задача № 23.

Для трехфазных трансформаторов основные величины и их значение.

Дано:

S_H =10 000кВ*А.

U_1H =110кВт.

U_2H = 38 кВт Р_о ном =24кВт Р_к ном = 76кВт.

Cos_2H = 0,90.

в= 1.

схема соед. обмот Y/?

Найти:

U_1ф -? U_2ф-?

K_Л -? K_Ф-?

I_1л -? I_2н -? I_1ф -? I_2ф-?

? _н =?

Решение:

1. Фазные напряжение обмоток высшего, низшего напряжений.

Y — звезда.

U_1ф = = = =63,6 кВт.

U_2ф = U_2Н = 0,38кВт = 38 кВт.

2. Коэффициенты трансформации по фазным и линейным напряжением.

К_ф = = = 1,67 кВт.

К_л = = = 2,89кВт.

3. Линейные и фазные токи обмотки высшего и низшего напряжений.

I_1Л = I_1Ф = = = 52,5 А.

I_2л = *I_2a = = = 152,1 А.

I_2Ф = = = 87,9А.

4. Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузки.

?_n = *10² =*100 = * 100 = * 100 = 0,98 * 100 = 98,4.

Ответ: U_1ф =63,6 кВт U_2ф=38 кВт K_л =2,89 кВт K_ф = 1,67кВт I_1л = 52,5 А I_2л = 152,1 А I_2ф= 87,9 А? = 98,4.

Вопрос № 40.

Номинальный режим (Продолжительный режим) — такой режим работы машин и оборудования, при котором они могут наиболее эффективно работать на протяжении неограниченного времени (более нескольких часов). Для оборудования, связанного с рассеиванием энергии (резисторы), либо с её преобразованием (двигатели, генераторы), номинальный режим определяется возможностью работы оборудования без превышения предельно допустимых температур. электрический машина мощность двигатель При продолжительном режиме выходная мощность меньше чем при часовом, поэтому её повышение играет важную роль для оборудования, работающего долгое время под номинальной нагрузкой, как например электродвигатель вентилятора компьютера, либо лампа освещения.

Нагрузочная способность электрических машин в большинстве случаев определяется условиями нагревания, так как повышение температуры является главной причиной, ограничивающей мощность машины при длительных и кратковременных нагрузках. С увеличением нагрузки возрастают потери энергии в машине, повышается количество выделившейся теплоты и при чрезмерной нагрузке температура отдельных ее частей может превысить допустимые пределы.

Процессы нагревания и охлаждения во всех типах электрических машин происходят по общим законам, так как любую электрическую машину можно в первом приближении рассматривать как некоторое идеальное однородное твердое тело. В действительности электрическая машина не является таким телом, а представляет собой совокупность ряда частей (обмоток, элементов магнитопровода, конструктивных деталей), которые имеют различные теплопроводность, теплоемкость и условия охлаждения, вследствие чего температура их также различна. Тем не менее, несмотря на сложный характер распределения тепловых полей в электрической машине и недостаточную точность тепловых расчетов, основанных на указанном предположении, оно позволяет установить некоторые общие закономерности изменения температуры машины в процессах нагревания и охлаждения.

По способам охлаждения электрические машины разделяют на два вида: машины с естественным охлаждением и машины с искусственным охлаждением.

Естественное охлаждение электрических машин. Эти машины не имеют вентиляторов или каких-либо других устройств, способствующих охлаждению машины. Охлаждение происходит естественным путем за счет теплопроводности и конвекции.

Теплопроводность — это передача теплоты внутри твердого тела от более нагретых к менее нагретым слоям. Например, пазовые части обмотки статора, нагреваясь, передают теплоту через слои пазовой изоляции в сердечник. Через места крепления сердечника теплота передается в корпус статора.

Искусственное охлаждение электрических машин. В этих машинах применяют специальное устройство, обычно вентилятор, создающий направленное движение газа, охлаждающего нагретые части машины. Значительную группу машин с искусственным охлаждением составляют машины с самовентиляцией, у которых вентилятор закреплен на собственном валу машины; в процессе работы он, вращаясь, создает аэродинамический напор. Самовентиляция может быть наружной и внутренней.

При наружной самовентиляции воздухом обдувается внешняя поверхность корпуса статора. Машина в этом случае имеет закрытое исполнение с ребристой поверхностью (для увеличения поверхности охлаждения).

При внутренней самовентиляции в корпусе и подшипниковых щитах машины делают специальные отверстия, через которые воздух из окружающей машину среды проникает внутрь машины, охлаждает ее, а затем выбрасывается наружу.

Вопрос № 41.

Синхронные генераторы серии ГС для тепловозов Синхронные тяговые генераторы серии ГС предназначены для эксплуатации на тепловозах с электрической передачей переменно-постоянного тока и служат для питания тяговых электродвигателей постоянного тока через выпрямительную установку. Режим работы — продолжительный S1, климатическое исполнение и категория размещения У2 и Т2 по ГОСТ 15 150–69, группа условий эксплуатации М25 по ГОСТ 17 516–72.

Генераторы выполнены в защищенном исполнении с принудительной нагнетательной вентиляцией. Корпус — сварной цилиндрический с опорными лапами в средней части для установки и крепления на под-дизельной раме.

Сердечник статора изготовлен из сегментированных листов электротехнической стали. Обмотка статора соединена в звезду. Сердечники полюсов явнополюсного ротора набраны из листов конструкционной стали.

Со стороны контактных колец генераторы имеют свободный конец вала для подсоединения механизмов тепловоза, а с противоположной стороны на валу имеется фланец для соединения генератора с коленчатым валом дизеля через пластинчатую муфту.

Частота переменной э. д. с, индуктируемой в рассмотренных выше генераторах переменного тока, строго пропорциональна частоте вращения ротора, поэтому такие генераторы называют синхронными (От греческого слова synchronos — одновременный). Рассмотрим устройство синхронного тягового генератора тепловоза 2ТЭ116 (рис. 156).

Синхронный тяговый генератор тепловоза 2ТЭ116 (продольный разрез).

Станина генератора сварная, в ней установлен сердечник из сегментных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы стянуты нажимными шайбами и болтами. В пазы сердечника уложена двухслойная волновая обмотка из медного.

изолированного провода сечением 2,1 X 9,3 мм. В пазах обмотка удерживается пластмассовыми клиньями, лобовые части обмотки укреплены колодками на изолирующих кольцах. Обмотка статора соединена в две независимых звезды, поэтому имеет шесть выводов фаз и два вывода от нулевых точек, к которым присоединяется гибкими проводами внешняя цепь тягового генератора (выпрямительная установка и тяговые электродвигатели).

Корпус ротора генератора также сварной, выполнен по типу корпуса якоря тепловозных генераторов постоянного тока. На корпусе нашихтован магнитопровод из листовой стали с пазами в виде ласточкина хвоста для крепления 12 полюсов магнитной системы. Сердечники полюсов набраны из листовой стали, стянуты нажимными шайбами и шпильками с гайками. Катушки полюсов выполнены из шинной меди сечением 1,35×25 мм и закреплены на полюсах с помощью заливки изолирующим эпоксидным компаундом. От выбрасывания центробежными силами катушки удерживаются полюсными башмаками. Все катушки полюсов соединены последовательно. Начало и конец обмотки возбуждения генератора (полюсов) присоединены к контактным кольцам, насаженным на изолирующей пластмассе на корпус ротора. По контактным кольцам скользят электрографитовые щетки, установленные в латунных щеткодержателях.

С их помощью обмотка возбуждения синхронного тягового генератора получает питание током от возбудителя.

Кроме того, в специальных пазах полюсных башмаков уложены стержни диаметром 12 мм, образующие вместе с соединительными дугами успокоительную (демпферную) обмотку, улучшающую работу генератора при переходных режимах.

Своим укороченным валом ротор опирается на сферический роликовый подшипник, установленный в съемной капсуле подшипникового щита. Второй конец ротора с помощью фланца и муфты соединен с коленчатым валом дизеля.

Активная мощность тягового генератора тепловоза 2ТЭ116 составляет 2190 кВт при номинальной частоте вращения ротора n = 1000 об/мин. На этом режиме частота вырабатываемого переменного тока генератором, имеющим шесть пар полюсов, составляет.

Рассматривая принцип действия и устройство синхронных генераторов, мы видим, что в них нет коллектора, добавочных полюсов, сложного и громоздкого щеточного аппарата. В машинах переменного тока электромагнитная нагрузка не ограничивается коммутацией и может быть повышена, обеспечивая дополнительное снижение массы. Как же отразились эти преимущества на реальных технических показателях синхронных генераторов?

Масса генератора переменного тока ГС-501А для тепловозов 2ТЭ116 составляет 6 т, а постоянного тока для тепловозов 2ТЭ10Л — 9 т при одинаковой мощности дизелей этих тепловозов 2210 кВт (3000 л. с).

Следовательно, переход на генератор переменного тока обеспечил снижение массы, расхода металла на 3 т. Правда, при этом необходимо иметь в виду, что номинальная частота вращения ротора генератора на тепловозах 2ТЭ116 составляет 1000 об/мин против 850 об/мин на тепловозах 2ТЭ10Л, что также способствует снижению массы генератора.

Отечественной электротехнической промышленностью были разработаны для перспективных локомотивов с силовыми установками мощностью 2940 кВт (4000 л. с.) генераторы постоянного тока ГП-313Б и переменного тока ГС-504. При одинаковой частоте вращения 1000 об/мин, мощности генераторов ГП-313Б и ГС-504 соответственно 2700 и 2750 кВт масса их меди составляет 1907 и 860 кг, а стали 3032 и 2534 кг. Таким образом, генератор переменного тока оказался на 1500 кг легче; для его изготовления затрачивается меньше на 1047 кг дорогой дефицитной меди.

Повышенная эксплуатационная надежность тяговых генераторов переменного тока обеспечила увеличение в 1,5 — 2 раза срока службы между ремонтами по сравнению с генераторами постоянного тока при одновременном снижении общей стоимости обслуживания и ремонтов. Тяговые генераторы тепловозов постоянного и переменного тока имеют близкие по величине коэффициенты полезного действия, достигающие 0,94—0,95 на номинальном режиме.

К числу недостатков тяговых генераторов переменного тока относится необходимость применения на тепловозах выпрямительных установок и стартерных электродвигателей (синхронные генераторы тепловозов не приспособлены для работы в двигательном режиме для пуска дизеля). Однако масса генератора переменного тока и выпрямителя остается меньше массы генератора постоянного тока. Стартерный двигатель при работе дизеля используется в качестве вспомогательного генератора постоянного тока. Надежность работы выпрямительных установок весьма высокая, практически они не требуют ремонта, кроме замены полупроводниковых вентилей в случае повреждения.