Что такое номинальное напряжение и как его найти
Содержание
- 1 О терминологии
- 2 Как определяется НП
- 3 Примеры расчётов
- 3.1 Пример 1
- 3.2 Пример 2
- 3.3 Пример 3
- 4 Видео по теме
Непосредственное применение закона Ома для вычисления напряжения U возможно только для простой электрической сети (преимущественно постоянного тока). В большинстве прочих ситуаций перед расчётом необходимо уточнить, о каком именно U пойдёт речь, каков тип потребителя и в какой сети он функционирует. Особенно много путаницы возникает с терминами «среднее номинальное напряжение» и «номинальное допускаемое напряжение».
О терминологии
Базу энергетической системы составляют трехфазные сети, в которых используются 2 типа напряжений:
- Линейное, присутствующее между двумя жилами электрического кабеля.
- Фазное напряжение проявляется в ходе измерений потенциала между нулевым проводом и находящимся под током.
Если подключение к электросети происходит по схеме «треугольник», то линейные и фазные напряжения имеют одинаковые значения. Если же подсоединение производится с помощью «звезды», количественные показатели линейного напряжения становятся выше фазного в 1.733. Значение напряжения, присутствующего в трехфазной сети, записывают в виде дроби, например, 220/380. Числитель обозначает фазную, а знаменатель линейную величину.
В электротехнике часто приходится иметь дело со следующими тремя обозначениями, связанными с электрооборудованием и системой питания:
- Номинальное (линейное) напряжение сети или системы электрического питания.
- Номинальное напряжение отдельной единицы оборудования.
- Рабочее или допустимое напряжение.
Первое для сети переменного тока определяется как предельное значение данного параметра, присвоенное электрической цепи или системе для обозначения её класса. Такую характеристику часто обозначают как системное напряжение Uc. Например, для России действует следующий ряд Uc, соответствующий нормам ГОСТ Р 57382–2017: 110→330→500→750 кВ. При этом минимальное значение Uc не может быть меньше 6 кВ (ГОСТ 721–77).
Принятое в конкретном регионе значение номинального напряжения системы определяется пиковой потребляемой мощностью и протяжённостью линий электропередачи. При проектировании любого электрооборудования разработчик в первую очередь учитывает условия той системы, в которой будет работать это оборудование.
Производители электрооборудования в обязательном порядке указывают на своих устройствах главные характеристики: силу тока в А, мощность в Вт, а также номинальное фазное напряжение, являющееся базисным в стандартизованном ряду потенциалов. Для зон безопасности обычно принимается допуск ± 10 % или выше.
Однако номинальное напряжение не является точным рабочим показателем для работающего оборудования. Оно представляет собой значение параметра, по которому электрическое устройство названо или упоминается. Таким образом, фактическое напряжение, при котором работает устройство, может отличаться от номинального в пределах диапазона, обеспечивающего удовлетворительную работу оборудования.
Поэтому на практике рассматриваемый параметр чаще используется в качестве эталона для описания фактических возможностей электрических устройств и систем. Он характеризует возможности той сети, к которой может быть подключено устройство с сохранением условий для его безопасной и надёжной работы. Следовательно, допустимо рассматривать данный показатель лишь как приблизительную оценку уровня работы конкретной электрической системы. Предельные значения выбираются таким образом, чтобы они находились в границах диапазона номинального напряжения.
Следует отметить, что реальная разница между входным и номинальным Uc всегда присутствует, но она не должна превышать допуск безопасности. С другой стороны, расхождение между этими параметрами должно быть достаточно большим, чтобы можно было легко подкорректировать изменение номинального напряжения в линии электропередачи.
Рабочее напряжение — это фактическое значение характеристик питания, которое подаётся на клеммы оборудования. Параметр измеряется при помощи таких приборов как вольтметры, мультиметры. Если разница показателей, измеренных в ходе тестирования, выходит за пределы заявленного диапазона, то работоспособность этой единицы оборудования не будет обеспечена.
Как определяется НП
Проще всего дело обстоит с выяснением данного номинала применительно к электрооборудованию. Например, для однофазного асинхронного двигателя на паспортной табличке указано, что значение данного показателя составляет 240 В ± 10 %. Это означает, что двигатель может безопасно работать в диапазоне от 216 В до 264 В. Учитывается, что паспортная мощность двигателя и прочие проектные характеристики соответствуют нормам стандарта.
Чтобы рассчитать номинальные напряжения сложных или составных электрических сетей, поступают иначе. Например, если нужно выяснить указанный параметр для региональной сети электропотребления, каждая из составляющих которой рассчитана на собственные, различающиеся от ветви к ветви параметры, используют следующую последовательность действий:
- Пользуясь законом Ома для составной цепи, определяем значение номинального напряжения на выходе.
- Если мощность потребителей неизвестна, но зато есть фактическое значение Uф, то искомый параметр для каждого i-того потребителя определяется по формуле:
- Полученные значения Рi складываются.
При проведении таких расчётов необходимо различать номинал на каждом i-том элементе. Первый из параметров является предельным значением, которое может непрерывно подаваться к потребителю. Он применяется только к тем характеристикам сопротивления, которые лежат в области выше допустимой.
При вычислении номинального напряжения с помощью формулы Ома следует принимать во внимание то, что конечный результат может оказаться слишком высоким. Это может привести к выходу из строя элемента при длительном воздействии на него повышенной разности потенциалов. Поэтому итог расчётов сравнивается с максимальным (критическим) значением сопротивления, которое разрешено для данного элемента. Меньшее значение и будет действительным, указываемым отдельно для каждой серии и типоразмера изделия.
Примеры расчётов
Рассмотрим несколько примеров расчета номинального напряжения
Пример 1
Для номинальной мощности энергопотребителя в 1 Вт и его сопротивлении 100 кОм нужно определить номинал Uном, приняв, что верхняя граница параметра (Umax) равна 200 В.
Воспользовавшись формулой закона Ома для участка цепи, получим:
Однако максимально допустимое Umax на элементе только 200 В, поэтому подавать на элемент 316 В нельзя. Отсюда следует, что Uном = 200 В.
Пример 2
В стабильном режиме эксплуатации энергосистема выдаёт 11 кВ с допустимым колебанием ± 10 %. Какими будут наибольшие колебания, при которых такая система ещё сохранит свою работоспособность?
С учётом ранее указанного допуска безопасности 11 кВ ± 10 % данные значения будут составлять от 9.9 кВ до 12.1 кВ.
Пример 3
Автоматический выключатель, установленный для обслуживания энергосистемы 132 кВ, должен сохранять свою работоспособность в диапазоне Uном ±10 %. Следовательно, потенциал, подаваемый на автоматический выключатель, может находиться в пределах, не превышающих 118.8 … 145.2 кВ.
Образец более сложного расчёта
Определить номинальный ток генератора мощностью 48000 Вт при напряжении 110 В, учитывая, что Uном = 220 В, угол сдвига между фазами cosφ = 0.85. Обмотки трёхфазной схемы генератора соединены звездой. Расстояние между смежными пазами в статоре соответствует паспортной мощности двигателя.
Сначала находим фазное напряжение при соединении в звезду:
Определяем значение полной номинальной мощности генератора:
Искомое значение номинального тока генератора:
Поскольку расчётное фазное напряжение больше фактического, то длительная работоспособность генератора полностью обеспечится. Все прочие параметры системы следует рассчитывать с учетом тока Iн не менее 150 А.
Описанная методика действий с определёнными эксплуатационными факторами электрооборудования и энергосистем позволяет уточнять условия надёжной работы устройств, не допускать перегрузки их отдельных элементов, осуществлять более точный подбор типоразмеров трансформаторов, генераторов, электродвигателей и прочего электрооборудования.
Видео по теме
Пример расчета синхронного генератора общепромышленного применения
Исходные данные
Номинальная
мощность Рн
= 480 кВт.
Номинальное
линейное напряжение Uн
= 230 В.
Номинальная частота
вращения nн
= 500 мин-1.
Частота f
= 50 Гц.
Коэффициент
мощности cosφн
= 0,8.
Число фаз m
= 3.
Охлаждение –
воздушное, самовентиляцией.
Расчёт номинальных параметров
1. Номинальное
фазное напряжение (при соединении
обмотки статора в звезду Y)
В.
2. Номинальная
полная мощность
В∙А.
3. Номинальный
фазный ток
А.
4. Число пар полюсов
5. Расчётная мощность
В∙А.
Определение размеров статора
6. По рис. 1.1 для
кВ∙А при 2р
= 12 предварительно
находим внутренний диаметр статора D
= 0,92 м.
7. Внешний диаметр
статора
Da=kДD
=
(1,28–1,33)∙0,92 = (1,17–1,22) м.
По
табл. 1.1 kД
= 1,28–1,33.
По табл. 1.2 ближайший
нормализованный внешний диаметр статора
Da
=
1180 мм = 1,18 м (16-й габарит).
Высота
оси вращения h
= 0,63 м.
Уточняем
внутренний диаметр статора
8. Полюсное деление
9. Расчетная длина
статора.
По
рис. 1.3 и 1.4 для τ = 0,236 м при 2р
= 12 находим:
А=440∙102
А/м; Вδн
= 0,89 Тл.
Задаемся:
αδ
=0,66;
kВ=1,15;
kоб1=
0,92; αδ∙kВ=0,66∙1,15=0,76,
тогда
м.
10. Находим λ
По
рис. 1.5 устанавливаем, что найденное
значение λ лежит в пределах, ограниченных
кривыми при р
=
6.
11. Действительная
длина статора
12.
Число вентиляционных каналов при bК
=
0,01м и
lпак
=
(0,04–0,05) м
Принимаем
nК=6.
13. Длина пакета
м.
Округляем
до целого мм: lпак=0,045
м.
14. Суммарная длина
пакетов сердечника
Расчёт зубцовой зоны статора. Сегментировка
15. Число параллельных
ветвей обмотки статора.
Так
как Iнф
= 1510 А > 200 А, то
Выбираем
a1=6,
что кратно 2р=12,
при этом
Iнф
∙uп/
a1
=
1510∙6/6 = 1510 ≤ 3000А (величина uп
– из п. 20)
16. Из
рис. 2.1 (кривые 2) для τ =0,236 м находим:
t1min=0,031
м, t1max=0,035
м.
17. Максимальное
число пазов (зубцов) магнитопровода
статора
18. Минимальное
число пазов (зубцов) магнитопровода
статора
19. Число пазов
магнитопровода статора.
Так
как Da=1180
м
>
990 мм, то статор выполняется сегментированным.
В диапазоне Zlmax
– Zlmin
требованиям пп. 2.1–2.5 удовлетворяет
число пазов Zl
= 90; Zl/(ma1)=90/(3∙6)=5;
q1=Zl/(2pm)=90/(2∙3∙6)=2,5,
причем b=2,
c=1,
d=2,
2р/(a1d)=2∙6/(2∙6)=1,
Zl=90=2∙3∙3∙5.
Тогда
20.
Число проводников в пазу (предварительно)
Так
как uп
должно быть четным числом, принимаем
uп=6.
Уточняем:
п. 9 –
;
п. 11 –
;
п. 13 –
,
гдеnк=6
–число каналов (п. 12). Принимаем lпак=
0,041м;
п. 14 –
lст1=lпак(nк+1)=0,041∙7=0,287
м;
A=ZluпIнф/(πa1D)
=
=90∙6∙1510/(π∙6∙0,9) = 481∙102
А/м.
Длина хорды
Расчёт
числа проводников в пазу uп,
числа сегментов Sст,
хорды Н
и линейной нагрузки А
сводим в табл. 1.
Таблица
1
|
Вариант |
Zl |
Sст |
Н, |
Zs=Z1/Sст |
q1 |
a1 |
uп |
t1, |
А, |
|
1 |
90=2∙3∙3∙5 |
18 |
0,205 |
5 |
2,5 |
6 |
6 |
0,0314 |
481∙102 |
|
2 |
90=2∙3∙3∙5 |
9 |
0,404 |
10 |
2,5 |
6 |
6 |
0,0314 |
481∙102 |
|
3 |
90=2∙3∙3∙5 |
6 |
0,59 |
15 |
2,5 |
6 |
6 |
0,0314 |
481∙102 |
Наилучший результат
дает 3-й вариант, который обеспечивает
минимальные отходы при штамповке из
стандартного листа размером 600×1500 мм.
Соседние файлы в папке СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР
- #
- #
- #
- #
Генераторы переменного тока
Если для получения электрического напряжения используется прополочная рамка, вращающаяся в магнитном поле, то напряжение индукции не постоянно, а зависит от мгновенного положения рамки в магнитном поле.
В соответствии с формулой №1 напряжение индукции пропорционально скорости изменения магнитного потока. Согласно выражению
, магнитный поток пропорционален площади сечении магнитного поля, пересекающего рамку, т.е.
Аналогичное выражение справедливо для вращающейся катушки.
| u | мгновенное значение напряжения индукции, | Вольт |
|---|---|---|
| Um | амплитуда напряжения, т.е. максимальное напряжение, возникающее дважды за оборот катушки, | Вольт |
| φ = ωt | угол поворота катушки, отсчитываемый, от начального положения, перпендикулярного направлению магнитного поля, | радиан |
| S | площадь витка, | метр 2 |
| N | число витков катушки, | штук |
| T | период вращения катушки, | секунд |
| f | частота вращения, | Герц |
| t | время, | секунд |
Переменное напряжение
Переменное напряжение Напряжение индукции меняется во времени по синусоидальному закону. В течение периода оно дважды меняет знак. Поэтому его называют переменным напряжением.
Амплитуда, или максимальное значение напряжения индукции, определяется формулой
Тогда для мгновенного напряжения имеем
Величина ω=2πf называется угловой частотой.
Частота переменного тока промышленной сети f = 50 Гц, и соответственно ω = 100π 1/с.
Переменный ток
Если к клеммам вращающейся катушки присоединить внешнюю электрическую цепь, то в ней возникает электрический ток, сила которого изменяется по синусоидальному закону во времени и меняет свой знак (направление) дважды за период. Такой ток называется переменным током.
| i | мгновенное значение силы тока, | Ампер |
|---|---|---|
| Im | амплитуда тока, | Ампер |
| ω=2πf | угловая частота, | радиан/секунда |
Если цепь тока содержит реактивные элементы, то между напряжением и током возникает разность фаз.
График зависимости напряжения u от времени t (или от φ = ωt) представляет собой синусоиду.
В любом генераторе переменного тока имеются магнит, создающий требуемое магнитное поле (чаще всего электромагнит; в генераторах малой мощности используются постоянные магниты), вращающиеся обмотки и контактные кольца. Для получения достаточно высокого напряжения применяют обмотки с большим числом витков и железные сердечники.
Вращающаяся часть генератора называется ротором, неподвижная часть — статором.
В генераторах большой мощности обмотки, в которых индуцируется напряжение, располагаются на статоре, а магниты — на роторе (машина с внутренними полюсами). При этом контактные кольца служат лишь для подвода небольшой мощности к электромагнитам.
Источник
Технические характеристики и конструкции современных генераторов
Синхронные генераторы
Для выработки электроэнергии на электростанциях применяют синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Различают турбогенераторы (первичный двигатель — паровая или газовая турбина) и гидрогенераторы (первичный двигатель — гидротурбина).
Для синхронных электрических машин в установившемся режиме работы имеется строгое соответствие между частотой вращения агрегата n, об/мин, и частотой сети f, Гц:
где р — число пар полюсов обмотки статора генератора.
Паровые и газовые турбины выпускают на большие частоты вращения (3000 и 1500 об/мин), так как при этом турбоагрегаты имеют наилучшие технико-экономические показатели. На тепловых электростанциях (ТЭС), сжигающих обычное топливо, частота вращения агрегатов, как правило, составляет 3000 об/мин, а синхронные турбогенераторы имеют два полюса. На АЭС применяют агрегаты с частотой вращения 1500 и 3000 об/мин.
Быстроходность турбогенератора определяет особенности его конструкции. Эти генераторы выполняются с горизонтальным валом. Ротор турбогенератора, работающий при больших механических и тепловых нагрузках, изготовляется из цельной поковки специальной стали (хромоникелевой или хромоникельмолибденовой), обладающей высокими магнитными и механическими свойствами.
Ротор выполняется неявнополюсным. Вследствие значительной частоты вращения диаметр ротора ограничивается по соображениям механической прочности 1,1-1,2 м при 3000 об/мин. Длина бочки ротора также имеет предельное значение, равное 6-6,5 м. Определяется оно из условий допустимого статического прогиба вала и получения приемлемых вибрационных характеристик.
Рис.1. Общий вид современного турбогенератора
1 — обмотка статора; 2 — ротор; 3,4 — соединительные муфты;
5 — корпус статора; 6 — сердечник статора; 7 — возбудитель;
8 — контактные кольца ротора и щетки; 9 — подшипники генератора;
10 — подшипники возбудителя
В активной части ротора, по которой проходит основной магнитный поток, фрезеруются пазы, заполняемые катушками обмотки возбуждения (рис.1). В пазовой части обмотки закрепляются немагнитными легкими, но прочными клиньями из дюралюминия. Лобовая часть обмотки, не лежащая в пазах, предохраняется от смещения под действием центробежных сил с помощью бандажа. Бандажи являются наиболее напряженными в механическом отношении частями ротора и обычно выполняются из немагнитной высокопрочной стали. По обеим сторонам ротора на его валу устанавливаются вентиляторы (чаще всего пропеллерного типа), обеспечивающие циркуляцию охлаждающего газа в машине.
Статор турбогенератора состоит из корпуса и сердечника. Корпус изготовляется сварным, с торцов он закрывается щитами с уплотнениями в местах стыка с другими частями (рис.1). Сердечник статора набирается из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы набирают пакетами, между которыми оставляют вентиляционные каналы. В пазы, имеющиеся во внутренней расточке сердечника, укладывается трехфазная обмотка, обычно двухслойная.
Гидравлические турбины имеют обычно относительно малую частоту вращения (60-600 об/мин). Частота вращения тем меньше, чем меньше напор воды и чем больше мощность турбины. Гидрогенераторы поэтому являются тихоходными машинами и имеют большие размеры и массы, а также большое число полюсов.
Гидрогенераторы выполняют с явнополюсными роторами и преимущественно с вертикальным расположением вала. Диаметры роторов мощных гидрогенераторов достигают 14-16 м, а диаметры статоров — 20-22 м.
Рис.2. Общий вид современного вертикального гидрогенератора
В машинах с большим диаметром ротора сердечником служит обод, собираемый на спицах, которые крепятся на втулке ротора. Полюсы, как и обод, делают наборными из стальных листов и монтируют на ободе ротора с помощью Т-образных выступов (рис.2). На полюсах помимо обмотки возбуждения размещается еще так называемая демпферная обмотка, которая образуется из медных стержней, закладываемых в пазы на полюсных наконечниках и замыкаемых с торцов ротора кольцами. Эта обмотка предназначена для успокоения колебаний ротора агрегата, которые возникают при всяком возмущении, связанном с резким изменением нагрузки генератора.
В турбогенераторах роль успокоительной обмотки выполняют массивная бочка ротора и металлические клинья, закрывающие обмотку возбуждения в пазах.
Статор гидрогенератора имеет принципиально такую же конструкцию, как и статор турбогенератора, но в отличие от последнего выполняется разъемным. Он делится по окружности на две-шесть равных частей, что значительно облегчает его транспортировку и монтаж.
В последние годы начинают находить применение так называемые капсульные гидрогенераторы, имеющие горизонтальный вал. Такие генераторы заключаются в водонепроницаемую оболочку (капсулу), которая с внешней стороны обтекается потоком воды, проходящим через турбину. Капсульные генераторы изготовляют на мощность несколько десятков мегавольт-ампер. Это сравнительно тихоходные генераторы (n = 60-150 об/мин) с явнополюсным ротором.
Среди других типов синхронных генераторов, применяемых на электростанциях, надо отметить так называемые дизель-генераторы, соединяемые с дизельным двигателем внутреннего сгорания. Это явнополюсные машины с горизонтальным валом. Дизель как поршневая машина имеет неравномерный крутящий момент, поэтому дизель-генератop снабжается маховиком или его ротор выполняется с повышенным маховым моментом.
Номинальные параметры генераторов
Завод-изготовитель предназначает генератор для определенного длительно допустимого режима работы, который называют номинальным. Этот режим работы характеризуется параметрами, которые носят название номинальных данных генератора и указываются на его табличке, а также в паспорте машины.
Номинальное напряжение генератора — это линейное (междуфазное) напряжение обмотки статора в номинальном режиме.
Номинальным током статора генератора называется то значение тока, при котором допускается длительная нормальная работа генератора при нормальных параметрах охлаждения (температура, давление и расход охлаждающего газа и жидкости) и номинальных значениях мощности и напряжения, указанных в паспорте генератора.
Номинальная полная мощность генератора определяется по следующей формуле, кВА:
Номинальная активная мощность генератора — это наибольшая активная мощность, для длительной работы с которой он предназначен в комплекте с турбиной.
Номинальная активная мощность генератора определяется следующим выражением:
Номинальные мощности турбогенераторов должны соответствовать ряду мощностей согласно ГОСТ 533-85Е. Шкала номинальных мощностей крупных гидрогенераторов не стандартизирована.
Номинальный ток ротора — это наибольший ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности при отклонении напряжения статора в пределах ±5% номинального значения и при номинальном коэффициенте мощности.
Номинальный коэффициент мощности согласно ГОСТ принимается равным 0,8 для генераторов мощностью до 125 MBА, 0,85 для турбогенераторов мощностью до 588 MBА и гидрогенераторов до 360 MBА, 0,9 для более мощных машин. Для капсульных гидрогенераторов обычно cosφном ≈ 1.
Каждый генератор характеризуется также КПД при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности. Для современных генераторов номинальный коэффициент полезного действия колеблется в пределах 96,3-98,8%.
Источник
РАЗДЕЛ 4
ОСНОВНОЕ ОБОУДОВАНИЕ
ЛЕКЦИИ 14, 15, 16
ТЕМА 4.1. (6 часов)
Синхронные генераторы
4.1.1. Синхронные генераторы
4.1.3. Системы возбуждения генераторов
4.1.4 Гашение поля генераторов
4.1.5. Включение генераторов на параллельную работу
4.1.6. Режимы работы синхронных генераторов
4.1.7. Автоматическое регулирование возбуждения
На электростанциях применяются синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Основными типами современных синхронных генераторов являются турбогенераторы и гидрогенераторы, первичным двигателем которых соответственно является паровая (газовая) или гидравлическая турбина.
Характерной особенностью турбогенераторов, в отличие от гидрогенераторов, является большая скорость вращения, они относятся к категории быстроходных машин. Быстроходные генераторы являются более экономичными в работе и имеют меньший расход активных материалов на единицу мощности, так как с увеличением скорости вращения размеры и вес, как генератора, так и паровой турбины уменьшаются. Все современные турбогенераторы имеют одинаковую скорость вращения 1500 и 3000 об/мин при частоте 50 Гц и числе пар полюсов 
или 
. Роторы таких генераторов выполняются с неявно выраженными полюсами в виде цельных поковок из высококачественной легированной стали. В роторе фрезерованы пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения.
Сердечник статора выполняют из тонких стальных листов, которые набирают пакетами с каналами для вентиляции. Во внутренней части пакетов имеются пазы, в которые укладывают обмотку статора.
Турбогенераторы выполняют исключительно с горизонтальным валом, в то время как гидрогенераторы средней и большой мощности имеют обычно вертикальное расположение вала, явнополюсной ротор и относительно низкую скорость вращения в пределах 100—750 об/мин., что объясняется конструктивными особенностями гидротурбин.
Номинальные параметрыгенераторов. Каждый синхронный генератор характеризуется следующими основными номинальными параметрами: напряжением, мощностью, током статора, током ротора, частотой, коэффициентом мощности — cos φ и КПД.
Номинальным напряжением генератора называют то напряжение, при котором он предназначен для нормальной работы. ГОСТ устанавливают номинальные напряжения генераторов на 5 % выше соответствующих номинальных напряжений электрических сетей для компенсации потерь напряжения в сетях при их нормальной нагрузке.
Номинальная мощность генератора определяется как длительно допустимая нагрузка при определенной расчетной температуре охлаждающего вещества (газа или жидкости) и длительно допустимой температуре нагрева обмотки и стали статора и обмотки ротора.
Для трехфазного генератора номинальная мощность определяется по формуле
Номинальная полная мощность генератора определяется по формуле
Для номинальных мощностей турбогенераторов ГОСТом установлен стандартный ряд от 2,5 до 1200 МВт. Мощности гидрогенераторов оптимизированы по конкретным значениям напоров и расходов воды на ГЭС и ГАЭС.
Номинальный ток статора определяется по формуле
Номинальный ток ротора — это ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности.
Номинальный коэффициент мощности — cos φ у большинства синхронных генераторов равен 0,8 и 0,85. У генераторов мощностью 800—1200 МВт он равен 0,9.
Коэффициент полезного действия характеризует генератор при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности. У современных турбогенераторов номинальный КПД колеблется в пределах 97,5—98,9 %. Чем мощнее генератор, тем выше его КПД. С уменьшением нагрузки и коэффициента мощности КПД генератора уменьшается.
Источник
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №11
«Расчет параметров генераторов постоянного тока»
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: рассчитать ток генератора в
номинальном режиме, ЭДС генератора, номинальное изменение напряжения, ток в
обмотке возбуждения, ток в цепи якоря при номинальной нагрузке.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ:
В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС 
. При
подключении к генератору нагрузки в цепи якоря возникает ток, а на выводах генератора устанавливается напряжение, определяемое уравнением напряжений для цепи якоря генератора:
. (11.1)
Здесь
(11.2)
—
сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: обмотки
якоря 
, обмотки добавочных полюсов 
, компенсационной
обмотки 
, последовательной обмотки
возбуждения 
и переходного щеточного контакта 
.
При отсутствии в машине
каких-либо из указанных обмоток в (11.2) не входят
соответствующие слагаемые.
Якорь генератора приводится во вращение
приводным двигателем, который создает на валу генератора вращающий момент 
. Если генератор работает в режиме х.х. 
, то
для вращения его якоря нужен
сравнительно небольшой момент холостого
хода 
. Этот момент обусловлен тормозными моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.
При неизменной частоте
вращения 
вращающий момент приводного двигателя уравновешивается суммой противодействующих моментов: моментом
х.х. и электромагнитным моментом М, т.
е.
. (11.3)
Выражение (11.3) — уравнение
моментов для генератора при 
. Умножив члены уравнения (11.3) на угловую
скорость вращения якоря 
, получим уравнение мощностей:
, (11.4)
где 
— подводимая от
приводного двигателя к генератору мощность (механическая); 
— мощность х.х., т. е. мощность, подводимая к
генератору в режиме х.х. (при отключенной нагрузке); 
— электромагнитная мощность генератора.
Механическая мощность,
развиваемая приводным
двигателем 
, преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность 
, передаваемую нагрузке, и мощность, затрачиваемую на покрытие потерь
.
Так как генераторы обычно
работают при неизменной частоте вращения, то их характеристики рассматривают при условии . Рассмотрим основные характеристики генераторов постоянного тока.
Характеристика холостого
хода — зависимость
напряжения на выходе
генератора в режиме х.х. 
от тока возбуждения 
:
при 
и .
Нагрузочная характеристика
— зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбуждения :
при 
и .
Внешняя характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U
от тока нагрузки 
:
при 
и ,
где 
—
регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуждения.
Регулировочная
характеристика —
зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при неизменном напряжении на выходе генератора:
при 
и .
Вид
перечисленных характеристик определяет рабочие свойства генераторов
постоянного тока.
При
оценке свойств генераторов постоянного тока используется понятие номинального
изменения напряжения на выходе генератора при сбросе нагрузки: 
(11.5)
Обычно для генератора независимого возбуждения 
.
Характеристика показывает, как следует менять
ток в цепи возбуждения, чтобы при изменениях нагрузки генератора напряжение на
его выводах оставалось неизменным, равным номинальному. При этом частота вращения сохраняется постоянной .
При работе
генератора без нагрузки в цепи возбуждения устанавливают ток 
, при котором напряжение на
выводах генератора становится равным номинальному.
В генераторе
постоянного тока независимого возбуждения ток в обмотке возбуждения
определяется по формуле: Iв= Uном /rв. (11.6)
Ток в цепи якоря при номинальной нагрузке: Iаном= Iном+ Iв. (11.7)
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:
1.
Решить
задачу №1. Генератор постоянного тока независимого возбуждения мощностью Рном
и напряжением Uном имеет
сопротивление обмоток в цепи якоря, приведенное к рабочей температуре, Σr ; в
генераторе применены электрографитированные щетки марки ЭГ (∆Uщ
=
2,5 В). Определить номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки.
Значения параметров приведены в табл. 11.1.
Таблица 11.1
|
Параметр |
Варианты |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
Рном |
20 |
45 |
15 |
90 |
80 |
30 |
18 |
|
Uном, |
230 |
460 |
230 |
460 |
460 |
230 |
230 |
|
Σr, |
0,12 |
0,22 |
0,15 |
0,12 |
0,11 |
0,08 |
0,13 |
Решение:
– определить ток в номинальном режиме Iаном;
– определить ЭДС генератора Ea,
выразив его из уравнения
напряжений (10.18) ;
–определить
номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки ∆Uном.
2.
Решить
задачу №2. Генератор постоянного тока параллельного возбуждения имеет
номинальные данные: мощность Рном, напряжение Uном, частота
вращения nном,
сопротивление обмоток в цепи якоря, приведенное к рабочей температуре, Σr, падение
напряжения в щеточном контакте пары щеток ∆Uщ
= 2 В, сопротивление цепи обмотки возбуждения
rв, КПД в
номинальном режиме ηном, ток генератора Iном, ток в
цепи возбуждения Iв, ток в
цепи якоря Iаном, ЭДС
якоря Еаном, электромагнитная
мощность Рзм, электромагнитный момент при номинальной нагрузке Мном,
мощность приводного двигателя Р1ном.
Значения перечисленных параметров
приведены в табл. 11.2. Требуется определить значения параметров, не указанных
в таблице.
Таблица 11.2
|
Параметр |
Варианты |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
Рном , кВт |
10 |
— |
— |
18 |
45 |
|
Uном, В |
230 |
230 |
460 |
230 |
— |
|
nном , об/мин |
1450 |
— |
— |
1500 |
1000 |
|
Σr , Ом |
0,3 |
0,15 |
— |
— |
— |
|
rв , Ом |
150 |
100 |
— |
— |
92 |
|
ηном , % |
86,5 |
— |
88 |
— |
88 |
|
Iном , А |
— |
87 |
— |
— |
97,8 |
|
Iв ,А |
— |
— |
4 |
— |
— |
|
Iаном ,А |
— |
— |
— |
75 |
— |
|
Еа, В |
— |
— |
480 |
240 |
477 |
|
Рзм.ном, |
— |
— |
55 |
— |
— |
|
Мном, Н•м |
— |
280 |
525 |
— |
— |
|
Р1ном , кВт |
— |
23 |
— |
21 |
— |
3.
Оформить отчет по практической работе.
4.
Ответить на контрольные вопросы.
5.
Сделать вывод о проделанной работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Что происходит в цепи якоря при подключении
к генератору нагрузки?
2. Чем якорь генератора приводится во вращение и что происходи на валу в
этот момент?
3. Во что в генераторе преобразуется механическая мощность, развиваемая приводным двигателем?
4. Что такое регулировочная характеристика?
5. Что такое нагрузочная характеристика?
Номинальные напряжения электрических сетей и области их применения
Номинальным напряжением U н источников и приемников электроэнергии (генераторов, трансформаторов) называется такое напряжение, на которое они рассчитаны в условиях нормальной работы.
Номинальные напряжения электрических сетей и присоединяемых к ним источников и приемников электрической энергии устанавливаются ГОСТом.
Шкала номинальных напряжений для сетей переменного тока частотой 50 Гц междуфазное напряжение должно быть 12, 24, 36, 42, 127, 220, 380 В; 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ, для сетей постоянного тока -12, 24, 36, 48, 60, 110, 220, 440, 660, 3000 В.
Для электрических сетей трехфазного переменного тока напряжением до 1 кВ и присоединенным к ним источников и приемников электроэнергии ГОСТ 721-78 устанавливает следующие значения номинальных напряжений:
Сети и приемники — 380/220 В; 660/380 В
Источники — 400/230 В; 690/400 В.
Номинальное напряжение генераторов с целью компенсации потери напряжения в питаемой ими сети принимается на 5% больше номинального напряжения этой сети (см. табл. 1).
Номинальные напряжения первичных обмоток, повышающих трансформаторов, присоединяемых к генераторам, приняты также на 5% больше номинальных напряжений подключаемых к ним линий.
Первичные обмотки понижающих трансформаторов имеют номинальные напряжения, равные номинальным напряжениям питающих их линий.
В табл. 1. приведены номинальные и наибольшие рабочие напряжения электрических сетей, генераторов и трансформаторов напряжением выше 1 кВ, принятые ГОСТ 721 — 78.
Таблица 1.1. Номинальные напряжения трехфазного тока, кВ
| Сети и приемники | Трансформаторы и автотрансформаторы | Наибольшее рабочее напряжение | |||
| без РПН | c РПН | ||||
| первичные обмотки | вторичные обмотки | первичные обмотки | вторичные обмотки | ||
| 6 | 6 и 6,3 | 6,3 и 6,6 | 6 и 6,3 | 6,3 и 6,6 | 7,2 |
| 10 | 10 и 10,5 | 10,5 и 11 | 10 и 10,5 | 10,5 и 11 | 12,0 |
| 20 | 20 | 22 | 20 и 21,0 | 22,0 | 24,0 |
| 35 | 35 | 38,5 | 35 и 36,5 | 38,5 | 40,5 |
| 110 | — | 121 | 110 и 115 | 115 и 121 | 126 |
| 220 | — | 242 | 220 и 230 | 230 и 242 | 252 |
| 330 | 330 | 347 | 330 | 330 | 363 |
| 500 | 500 | 525 | 500 | — | 525 |
| 750 | 750 | 787 | 750 | — | 787 |
Питание цепей управления, сигнализации и автоматизации электроустановок, а также электрифицированного инструмента и местного освещения в производственных цехах осуществляется на постоянном токе напряжениями 12, 24, 36, 48 и 60 В и на переменном однофазном токе 12, 24 и 36 В. Электроприемники постоянного тока питаются на напряжениях 110; 220 и 440 В. Напряжения генераторов постоянного тока 115; 230 и 460 В.
Электрифицированный транспорт и ряд технологических установок (электролиз, электропечи, некоторые виды сварки) получают питание на напряжениях, отличных от приведенных выше.
У повышающих силовых трансформаторов номинальное напряжение первичной обмотки совпадает с номинальным напряжением трехфазных генераторов. У понижающих трансформаторов первичная обмотка является приемником электроэнергии, и ее номинальное напряжение равно напряжению сети.
Номинальные напряжения вторичных обмоток трансформаторов, питающих электрические сети, на 5 или 10 % выше номинальных напряжений сети, что дает возможность компенсировать потери напряжения в линиях: 230, 400, 690 В и 3,15 (или 3,3); 6,3 (или 6,6); 10,5 (или 11); 21 (или 22); 38,5; 121; 165; 242; 347; 525; 787 кВ.
Напряжение 660 В рекомендуется для питания силовых электроприемников. По сравнению с напряжением 380 В оно имеет ряд преимуществ: меньшие потери энергии и расход проводникового материала, возможность применения более мощных электродвигателей, меньшее количество цеховых ТП. Однако для питания мелких двигателей, цепей управления электроприводом и сетей электроосвещения необходимо устанавливать дополнительный трансформатор на 380 В.
Напряжение 3 кВ используется только для питания электроприемников, работающих на этом напряжении.
Электроснабжение предприятий, внутризаводское распределение энергии и питание отдельных электроприемников выполняются на напряжениях свыше 1000 В.
Напряжения 500 и 330 кВ применяются для питания особенно крупных предприятий от сетей энергосистемы. На напряжениях 220 и 110 кВ осуществляется питание крупных предприятий от энергосистемы и распределение энергии на первой ступени электроснабжения.
На напряжении 35 кВ питаются предприятия средней мощности, удаленные электропотребители, крупные электроприемники и распределяется энергия по системе глубоких вводов.
Напряжения 6 и 10 кВ используются для питания предприятий малой мощности и в распределительных сетях внутреннего электроснабжения. Напряжение 10 кВ целесообразнее, если источник питания работает на этом напряжении, а число электроприемников на 6 кВ невелико.
Напряжения 20 и 150 кВ широкого применения на промышленных предприятиях не находят из-за использования их только в некоторых энергосистемах и отсутствия соответствующего электрооборудования.
Выбор напряжения сети производится одновременно с выбором схемы электроснабжения, а в некоторых случаях — на основе технико-экономического сравнения вариантов.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
Номинальные напряжения генераторов и трансформаторов
Номинальным напряжением генераторов и трансформаторов называется напряжение, на которое они рассчитаны для нормальной работы и дают наибольший экономический эффект.
Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением приемников электроэнергии, которые от нее питаются. К приемникам электроэнергии относятся также первичные обмотки трансформаторов. В действительности напряжения на зажимах приемников будут отклоняться от номинального, так как никакая сеть из-за наличия падения напряжения в своих проводниках не имеет одинакового напряжения во всех точках. Чтобы уменьшить эти отклонения напряжения, желательно в начале линии у источника иметь превышение напряжения, а в конечной точке — снижение его против номинального.
Допустимые отклонения напряжения зависят от характера приемников и назначения сети. Большей частью считают допустимым отклонения +5%. Поэтому за номинальное напряжение генераторов принимают напряжение на 5% выше номинального напряжения сети, учитывая наличие в ней потери напряжения. Например, при номинальном напряжении сети 6 кВ номинальное напряжение генераторов будет 6,3 кВ.
Рис. 1. Номинальное напряжение сети
Наличие номинальных напряжений вторичной и первичной обмоток трансформаторов выясняется из рассмотрения схемы, состоящей из генератора Г с повысительным трансформатором Т1 линии электропередачи 1-2 повышенного напряжения (например, 110 кВ), понизительного трансформатора Т2 и одной из линий 3-4, отходящих от шин пониженного напряжения (например, 6 кВ) понизительного трансформатора Т2.
Горизонтальная линия, нанесенная пунктиром с точкой, изображает номинальное напряжение в процентах отдельных частей сети. Для участка 1-2 номинальное напряжение сети U н=110 кв, а для участка 3-4 Uн=6 кв. Связывая эти номинальные напряжения сетей посредством коэффициента трансформации, равного отношению номинальных напряжений сетей участков 1-2 и 3-4, можно линию номинальных напряжений дать в виде прямой, как это показано на рисунке 2.
Рис. 2. Напряжение отдельных точек электропередачи
Вторичная обмотка трансформатора Т2 является генерирующей обмоткой для линии 3-4, и поэтому ее напряжение при нагрузке трансформатора должно быть выше номинального напряжения сети на 5%, т. е. должно составлять 6,3 кв. Но так как в трансформаторе при нагрузке имеет место потеря напряжения, то для получения при нагрузке на вторичной стороне трансформатора напряжения на 5% выше номинального напряжения сети напряжение холостого хода трансформатора должно быть примерно на 10% выше номинального напряжения сети, что дает 6,6 кв.
В линии 1-2 высшего напряжения имеют место аналогичные явления. Напряжение холостого хода трансформатора, т. е. номинальное напряжение вторичной обмотки повысительного трансформатора, как являющейся генерирующей обмоткой и для линии 1-2, должно быть на 10% выше номинального напряжения этой линии. Соответствующие напряжения при холостом ходе и нагрузке показаны на схеме сети.
Учитывая сказанное, в стандарте приняты номинальные напряжения вторичных обмоток трансформаторов: 6,6; 11,0; 38,5; 121; 242, 347, 525, 787 кВ. Для коротких линий местных сетей приняты номинальные напряжения вторичных обмоток только на ответствующих номинальных напряжений сети 6,3 и 10,5 кВ.
Номинальное напряжение первичных обмоток трансформатора, являющихся приемниками электроэнергии, согласно сказанному ранее должно быть равно номинальному напряжению сети, т.е. 6, 10, 35, 110, 220, 330, 500 и 750 кВ.
Для первичных обмоток трансформаторов, присоединенных непосредственно к сборным шинам станции или подстанции или к выводам генераторов, в стандарте предусматриваются напряжения на 5% выше номинального напряжения сети, а именно: 3,15 и 10,5 кВ.
Рис. 3. Напряжение первичной и вторичной обмоток трансформаторов
На рис. 3 приведены примеры установок, для которых при номинальном напряжении 6 кВ напряжения обмоток в трансформаторах выбираются на +5 или +10% выше номинального напряжения сети.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
РАЗДЕЛ 4
ОСНОВНОЕ ОБОУДОВАНИЕ
ЛЕКЦИИ 14, 15, 16
ТЕМА 4.1. (6 часов)
Синхронные генераторы
4.1.1. Синхронные генераторы
4.1.3. Системы возбуждения генераторов
4.1.4 Гашение поля генераторов
4.1.5. Включение генераторов на параллельную работу
4.1.6. Режимы работы синхронных генераторов
4.1.7. Автоматическое регулирование возбуждения
На электростанциях применяются синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Основными типами современных синхронных генераторов являются турбогенераторы и гидрогенераторы, первичным двигателем которых соответственно является паровая (газовая) или гидравлическая турбина.
Характерной особенностью турбогенераторов, в отличие от гидрогенераторов, является большая скорость вращения, они относятся к категории быстроходных машин. Быстроходные генераторы являются более экономичными в работе и имеют меньший расход активных материалов на единицу мощности, так как с увеличением скорости вращения размеры и вес, как генератора, так и паровой турбины уменьшаются. Все современные турбогенераторы имеют одинаковую скорость вращения 1500 и 3000 об/мин при частоте 50 Гц и числе пар полюсов или . Роторы таких генераторов выполняются с неявно выраженными полюсами в виде цельных поковок из высококачественной легированной стали. В роторе фрезерованы пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения.
Сердечник статора выполняют из тонких стальных листов, которые набирают пакетами с каналами для вентиляции. Во внутренней части пакетов имеются пазы, в которые укладывают обмотку статора.
Турбогенераторы выполняют исключительно с горизонтальным валом, в то время как гидрогенераторы средней и большой мощности имеют обычно вертикальное расположение вала, явнополюсной ротор и относительно низкую скорость вращения в пределах 100—750 об/мин., что объясняется конструктивными особенностями гидротурбин.
Номинальные параметрыгенераторов. Каждый синхронный генератор характеризуется следующими основными номинальными параметрами: напряжением, мощностью, током статора, током ротора, частотой, коэффициентом мощности — cos φ и КПД.
Номинальным напряжением генератора называют то напряжение, при котором он предназначен для нормальной работы. ГОСТ устанавливают номинальные напряжения генераторов на 5 % выше соответствующих номинальных напряжений электрических сетей для компенсации потерь напряжения в сетях при их нормальной нагрузке.
Номинальная мощность генератора определяется как длительно допустимая нагрузка при определенной расчетной температуре охлаждающего вещества (газа или жидкости) и длительно допустимой температуре нагрева обмотки и стали статора и обмотки ротора.
Для трехфазного генератора номинальная мощность определяется по формуле
Номинальная полная мощность генератора определяется по формуле
Для номинальных мощностей турбогенераторов ГОСТом установлен стандартный ряд от 2,5 до 1200 МВт. Мощности гидрогенераторов оптимизированы по конкретным значениям напоров и расходов воды на ГЭС и ГАЭС.
Номинальный ток статора определяется по формуле
Номинальный ток ротора — это ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности.
Номинальный коэффициент мощности — cos φ у большинства синхронных генераторов равен 0,8 и 0,85. У генераторов мощностью 800—1200 МВт он равен 0,9.
Коэффициент полезного действия характеризует генератор при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности. У современных турбогенераторов номинальный КПД колеблется в пределах 97,5—98,9 %. Чем мощнее генератор, тем выше его КПД. С уменьшением нагрузки и коэффициента мощности КПД генератора уменьшается.
Источник
