Команда
Контакти
Про нас

    Головна сторінка


Тиристорні перетворювачі частоти: призначення, типи, структурна схема. Коротко про частотно-регульованому приводі





Скачати 76.75 Kb.
Дата конвертації17.07.2019
Розмір76.75 Kb.
Типнавчальний посібник

Тиристорні перетворювачі частоти: призначення, типи, структурна схема.

Коротко про частотно-регульованому приводі


Вступ

Сучасний частотно регульований електропривод складається з асинхронного або синхронного електричного двигуна і перетворювача частоти (див. Рис.1.).

Електричний двигун перетворює електричну енергію в механічну енергію і приводить в рух виконавчий орган технологічного механізму.

Перетворювач частоти управляє електричним двигуном і являє собою електронний статичну пристрій. На виході перетворювача формується електрична напруга зі змінними амплітудою і частотою.

Назва «частотно регульований електропривод» обумовлено тим, що регулювання швидкості обертання двигуна здійснюється зміною частоти напруги живлення, що подається на двигун від перетворювача частоти.

Протягом останніх 10 -15 років в світі спостерігається широке і успішне впровадження частотно регульованого електроприводу для вирішення різних технологічних завдань в багато галузей економіки. Це пояснюється в першу чергу розробкою і створенням перетворювачів частоти на принципово новій елементній базі, головним чином на біполярних транзисторах з ізольованим затвором IGBT.

У цій статті коротко описані відомі сьогодні типи перетворювачів частоти, застосовувані в частотно регульованому електроприводі, реалізовані в них методи управління, їх особливості та характеристики.

При подальших міркуваннях будемо говорити про трехфазном частотно регульованому електроприводі, так як він має найбільше промислове застосування.

Про методи управління

У синхронному електричному двигуні частота обертання ротора в сталому режимі дорівнює частоті обертання магнітного поля статора

В асинхронному електричному двигуні частота обертання ротора в сталому режимі відрізняється від частоти обертання на величину ковзання .

Частота обертання магнітного поля залежить від частоти напруги живлення. При харчуванні обмотки статора електричного двигуна трифазною напругою з частотою створюється обертове магнітне поле. Швидкість обертання цього поля визначається за відомою формулою

= ,

де - число пар полюсів статора.

Перехід від швидкості обертання поля , Вимірюваної в радіанах, до частоти обертання , Вираженої в оборотах на хвилину, здійснюється за такою формулою

= ,

де 60 - коефіцієнт перерахунку розмірності.

Підставивши в це рівняння швидкість обертання поля, отримаємо, що

= .

Таким чином, частота обертання ротора синхронного і асинхронного двигунів залежить від частоти напруги живлення.

На цій залежності і заснований метод частотного регулювання.

Змінюючи за допомогою перетворювача частоту на вході двигуна, ми регулюємо частоту обертання ротора.

У найбільш поширеному частотно регульованому приводі на основі асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором застосовуються скалярний і векторний частотне управління.

При скалярному управлінні за певним законом змінюють амплітуду і частоту прикладеної до двигуна напруги. Зміна частоти напруги живлення призводить до відхилення від розрахункових значень максимального і пускового моментів двигуна, к.к.д., коефіцієнту потужності. Тому для підтримки необхідних робочих характеристик двигуна необхідно зі зміною частоти одночасно відповідно змінювати і амплітуду напруги.

В існуючих перетворювачів частоти при скалярному управлінні найчастіше підтримується постійним відношення максимального моменту двигуна до моменту опору на валу. Тобто при зміні частоти амплітуда напруги змінюється таким чином, що відношення максимального моменту двигуна до поточного моменту навантаження залишається незмінним. Це відношення називається перевантажувальна здатність двигуна.

При сталості перевантажувальної здатності номінальні коефіцієнт потужності і к.к.д. двигуна на всьому діапазоні регулювання частоти обертання практично не змінюються.

Максимальний момент, що розвивається двигуном, визначається такою залежністю

= ,

де - постійний коефіцієнт.

Тому залежність напруги живлення від частоти визначається характером навантаження на валу електричного двигуна.

Для постійного моменту навантаження підтримується відношення U / f = const, і, по суті, забезпечується сталість максимального моменту двигуна. Характер залежності напруги живлення від частоти для випадку з постійним моментом навантаження зображений на рис. 2. Кут нахилу прямої на графіку залежить від величин моменту опору і максимального крутного моменту двигуна.

Разом з тим на малих частотах, починаючи з деякого значення частоти, максимальний момент двигуна починає падати. Для компенсації цього і для збільшення пускового моменту використовується підвищення рівня напруги живлення.


У разі вентиляторної навантаження реалізується залежність U / f 2 = const. Характер залежності напруги живлення від частоти для цього випадку показаний на рис.3. При регулюванні в області малих частот максимальний момент також зменшується, але для даного типу навантаження це некритично.

Використовуючи залежність максимального крутного моменту від напруги і частоти, можна побудувати графік U від f для будь-якого типу навантаження.

Важливою перевагою скалярного методу є можливість одночасного управління групою електродвигунів.

Скалярний управління досить для більшості практичних випадків застосування частотно регульованого електроприводу з діапазоном регулювання частоти обертання двигуна до 1:40.

Векторне управління дозволяє істотно збільшити діапазон управління, точність регулювання, підвищити швидкодію електроприводу. Цей метод забезпечує безпосереднє управління крутним моментом двигуна.

Момент, що обертає визначається струмом статора, який створює збудливу магнітне поле. При безпосередньому управлінні моментом необхідно змінювати крім амплітуди і фазу статорної струму, тобто вектор струму. Цим і обумовлений термін «векторне управління».

Для управління вектором струму, а, отже, положенням магнітного потоку статора щодо обертового ротора потрібно знати точне положення ротора в будь-який момент часу. Завдання вирішується або за допомогою виносного датчика положення ротора, або визначенням положення ротора шляхом обчислень за іншими параметрами двигуна. Як цих параметрів використовуються струми і напруги статорних обмоток.

Менш дорогим є частотно регульований електропривод з векторним керуванням без датчика зворотного зв'язку швидкості, проте векторне управління при цьому вимагає великого обсягу і високої швидкості обчислень від перетворювача частоти.

Крім того, для безпосереднього управління моментом при малих, близьких до нульових швидкостей обертання робота частотно регульованого електроприводу без зворотного зв'язку по швидкості неможлива.

Векторне управління з датчиком зворотного зв'язку швидкості забезпечує діапазон регулювання до 1: 1000 і вище, точність регулювання по швидкості - соті частки відсотка, точність по моменту - одиниці відсотків.

У синхронному частотно регульованому приводі застосовуються ті ж методи управління, що і в асинхронному.

Однак в чистому вигляді частотне регулювання частоти обертання синхронних двигунів застосовується тільки при малих потужностях, коли навантажувальні моменти невеликі, і мала інерція приводного механізму. При великих потужностях цих умов повністю відповідає лише привід з вентиляторної навантаженням. У випадках з іншими типами навантаження двигун може випасти із синхронізму.

Для синхронних електроприводів великої потужності застосовується метод частотного управління з самосинхронізацією, який виключає випадання двигуна із синхронізму. Особливість методу полягає в тому, що управління перетворювачем частоти здійснюється в суворій відповідності з положенням ротора двигуна.

Про перетворювачах частоти

Перетворювач частоти - це пристрій, призначений для перетворення змінного струму (напруги) однієї частоти в змінний струм (напруга) іншої частоти.

Вихідна частота в сучасних перетворювачах може змінюватися в широкому діапазоні і бути дещо вищими, так і нижче частоти живильної мережі.

Схема будь-якого перетворювача частоти складається із силової і керуючої частин. Силова частина перетворювачів зазвичай виконана на тиристорах або транзисторах, які працюють в режимі електронних ключів. Керуюча частина виконується на цифрових мікропроцесорах і забезпечує управління силовими електронними ключами, а також рішення великої кількості допоміжних завдань (контроль, діагностика, захист).

Перетворювачі частоти, застосовувані в регульованому електроприводі, залежно від структури і принципу роботи силової частини розділяються на два класи:

1. Перетворювачі частоти з явно вираженим проміжною ланкою постійного струму.

2. Перетворювачі частоти з безпосереднім зв'язком (без проміжної ланки постійного струму).

Кожен з існуючих класів перетворювачів має свої достоїнства і недоліки, які визначають область раціонального застосування кожного з них.


Історично першими з'явилися перетворювачі з безпосереднім зв'язком (рис.4.), в яких силова частина являє собою керований випрямляч і виконана на не замикають тиристорах. Система управління по черзі відмикає групи тірістотров і підключає статорні обмотки двигуна до мережі живлення.

Таким чином, вихідна напруга перетворювача формується з «вирізаних» ділянок синусоїд вхідної напруги. На рис.5. показаний приклад формування вихідної напруги для однієї з фаз навантаження. На вході перетворювача діє трифазна синусоїдальна напруга u а, u в, u с. Вихідна напруга u вих має несинусоїдальну «пилкоподібну» форму, яку умовно можна апроксимувати синусоїдою (стовщена лінія). З малюнка видно, що частота вихідної напруги не може бути дорівнює або вище частоти живильної мережі. Вона знаходиться в діапазоні від 0 до 30 Гц. Як наслідок малий діапазон управління частоти обертання двигуна (не більше 1: 10). Це обмеження не дозволяє застосовувати такі перетворювачі в сучасних частотно регульованих приводах з широким діапазоном регулювання технологічних параметрів.

Використання не замикаються тиристорів вимагає щодо складних систем управління, які збільшують вартість перетворювача.

«Різана» синусоїда на виході перетворювача є джерелом вищих гармонік, які викликають додаткові втрати в електричному двигуні, перегрів електричної машини, зниження моменту, дуже сильні перешкоди в мережі живлення. Застосування пристроїв, що компенсують призводить до підвищення вартості, маси, габаритів, зниженню к.к.д. системи в цілому.

Поряд з перерахованими недоліками перетворювачів з безпосереднім зв'язком, вони мають певні переваги. До них відносяться:

- практично найвищий ККД щодо інших перетворювачів (98,5% і вище),

- здатність працювати з великими напругами й струмами, що робить можливим їх використання в потужних високовольтних приводах,

- відносна дешевизна, незважаючи на збільшення абсолютної вартості за рахунок схем управління і додаткового обладнання.

Подібні схеми перетворювачів використовуються в старих приводах і нові конструкції їх практично не розробляються.


Найбільш широке застосування в сучасних частотно регульованих приводах знаходять перетворювачі з явно вираженим ланкою постійного струму (рис. 6.).

У перетворювачах цього класу використовується подвійне перетворення електричної енергії: вхідна синусоїдальна напруга з постійною амплітудою і частотою випрямляється у випрямлячі (В), фільтрується фільтром (Ф), згладжується, а потім знову перетвориться інвертором (І) в змінну напругу змінюваної частоти і амплітуди. Подвійне перетворення енергії призводить до зниження к.к.д. і до деякого погіршення масогабаритних показників по відношенню до перетворювачів з безпосереднім зв'язком.

Для формування синусоїдального змінного напруги використовуються автономні інвертори напруги і автономні інвертори струму.

Як електронних ключів в інверторах застосовуються замикаються тиристори GTO і їх вдосконалені модифікації GCT, IGCT, SGCT, і біполярні транзистори з ізольованим затвором IGBT.

Головним достоїнством тиристорних перетворювачів частоти, як і в схемі з безпосереднім зв'язком, є здатність працювати з великими струмами і напругами, витримуючи при цьому тривале навантаження й імпульсні впливи.

Вони мають більш високий ККД (до 98%) по відношенню до перетворювачів на IGBT транзисторах (95 - 98%).

Перетворювачі частоти на тиристорах в даний час займають домінуюче становище в високовольтному приводі в діапазоні потужностей від сотень кіловат і до десятків мегават з вихідною напругою 3 - 10 кВ і вище. Однак їх ціна на один кВт вихідної потужності найбільша в класі високовольтних перетворювачів.

До недавнього минулого перетворювачі частоти на GTO становили основну частку і в низьковольтному частотно регульованому приводі. Але з появою IGBT транзисторів відбувся "природний відбір» і сьогодні перетворювачі на їх базі загальновизнані лідери в області низьковольтного частотно регульованого приводу.

Тиристор є напівкерованих приладів: для його включення досить подати короткий імпульс на керуючий висновок, але для виключення необхідно або прикласти до нього зворотну напругу, або знизити комутований струм до нуля. Для цього в тиристорному перетворювачі частоти потрібна складна і громіздка система управління.

Біполярні транзистори з ізольованим затвором IGBT відрізняють від тиристорів повна керованість, проста неенергоємних система управління, найвища робоча частота

Внаслідок цього перетворювачі частоти на IGBT дозволяють розширити діапазон керування швидкості обертання двигуна, підвищити швидкодію приводу в цілому.

Для асинхронного електроприводу з векторним керуванням перетворювачі на IGBT дозволяють працювати на низьких швидкостях без датчика зворотного зв'язку.

Застосування IGBT з більш високою частотою перемикання в сукупності з мікропроцесорною системою управління в перетворювачах частоти знижує рівень вищих гармонік, характерних для тиристорних перетворювачів. Як наслідок менші додаткові втрати в обмотках і магнітопроводі електродвигуна, зменшення нагрівання електричної машини, зниження пульсацій моменту і виключення так званого «крокування» ротора в області малих частот. Знижуються втрати в трансформаторах, конденсаторних батареях, збільшується їх термін служби і ізоляції проводів, зменшуються кількість помилкових спрацьовувань пристроїв захисту і похибки індукційних вимірювальних приладів.

Перетворювачі на транзисторах IGBT в порівнянні з тиристорними перетворювачами при однаковій вихідній потужності відрізняються меншими габаритами, масою, підвищеною надійністю в силу модульного виконання електронних ключів, кращого тепловідведення з поверхні модуля і меншої кількості конструктивних елементів.

Вони дозволяють реалізувати більш повний захист від кидків струму і від перенапруги, що істотно знижує ймовірність відмов і пошкоджень електроприводу.

На даний момент низьковольтні перетворювачі на IGBT мають більш високу ціну на одиницю вихідної потужності, внаслідок відносної складності виробництва транзисторних модулів. Однак по співвідношенню ціна / якість, виходячи з перерахованих достоїнств, вони явно виграють у тиристорних перетворювачів, крім того, протягом останніх років спостерігається неухильне зниження цін на IGBT модулі.

Головною перешкодою на шляху їх використання в високовольтному приводі з прямим перетворенням частоти і при потужностях вище 1 - 2 МВт на даний момент є технологічні обмеження. Збільшення комутованого напруги і робочого струму приводить до збільшення розмірів транзисторного модуля, а також вимагає більш ефективного відводу тепла від кремнієвого кристала.

Нові технології виробництва біполярних транзисторів спрямовані на подолання цих обмежень, і перспективність застосування IGBT дуже висока також і в високовольтному приводі. В даний час IGBT транзистори застосовуються в високовольтних перетворювачах у вигляді послідовно з'єднаних декількох одиничних модулів.

Структура і принцип роботи низьковольтного перетворювача частоти на IGBT транзисторах

Типова схема низьковольтного перетворювача частоти представлена ​​на рис. 7. У нижній частині рисунка зображені графіки напруг і струмів на виході кожного елемента перетворювача.

Змінна напруга мережі живлення (u вх.) З постійною амплітудою і частотою (U вх = const, f вх = const) надходить на керований або некерований випрямляч (1).

Для згладжування пульсацій випрямленої напруги (u випрямися.) Використовується фільтр (2). Випрямляч і ємнісний фільтр (2) утворюють ланка постійного струму.

З виходу фільтра постійна напруга u d надходить на вхід автономного імпульсного інвертора (3).

Автономний інвертор сучасних низьковольтних перетворювачів, як було відзначено, виконується на основі силових біполярних транзисторів з ізольованим затвором IGBT. На даному малюнку зображена схема перетворювача частоти з автономним інвертором напруги як отримала найбільшого поширення.


У инверторе здійснюється перетворення постійної напруги u d у трифазну (або однофазне) імпульсна напруга u і змінюваної амплітуди і частоти. За сигналами системи управління кожна обмотка електричного двигуна приєднується через відповідні силові транзистори інвертора до позитивного і негативного полюсів ланки постійного струму. Тривалість підключення кожної обмотки в межах періоду проходження імпульсів модулюється за синусоїдальним законом. Найбільша ширина імпульсів забезпечується в середині півперіоду, а до початку і кінця напівперіоду зменшується. Таким чином, система управління забезпечує широтно-імпульсну модуляцію (ШІМ) напруги, що прикладається до обмоток двигуна. Амплітуда і частота напруги визначаються параметрами модулирующей синусоїдальної функції.

При високій частоті ШІМ (2 ... 15 кГц) обмотки двигуна внаслідок їх високої індуктивності працюють як фільтр. Тому в них протікають практично синусоїдальні струми.

У схемах перетворювачів з керованим випрямлячем (1) зміна амплітуди напруги u і може досягатися регулюванням величини постійної напруги u d, а зміна частоти - режимом роботи інвертора.

При необхідності на виході автономного інвертора встановлюється фільтр (4) для згладжування пульсацій струму. (В схемах перетворювачів на IGBT в силу низького рівня вищих гармонік в вихідному напрузі потреба у фільтрі практично відсутній.)

Таким чином, на виході перетворювача частоти формується трифазна (або однофазна) змінна напруга змінюваної частоти і амплітуди (U вих = var, f вих = var).

Типові схеми високовольтних перетворювачів частоти

В останні роки багато фірм велику увагу, яка диктується потребами ринку, приділяють розробці і створенню високовольтних частотних перетворювачів. Необхідна величина вихідної напруги перетворювача частоти для високовольтного електроприводу досягає 10 кВ і вище при потужності до декількох десятків мегават.

Для таких напружень і потужностей при прямому перетворенні частоти застосовуються вельми дорогі тиристорні силові електронні ключі зі складними схемами керування. Підключення перетворювача до мережі здійснюється або через вхідний струмообмежувальним реактор, або через узгоджувальний трансформатор.

Граничні напруження і струм одиничного електронного ключа обмежені, тому застосовують спеціальні схемні рішення для підвищення вихідної напруги перетворювача. Крім того, це дозволяє зменшити загальну вартість високовольтних перетворювачів частоти за рахунок використання низьковольтних електронних ключів.

У перетворювачах частоти різних фірм виробників використовуються наступні схемні рішення.

1. Двотрансформаторна схема високовольтного перетворювача частоти

У схемі перетворювача (рис. 8.) здійснюється подвійна трансформація напруги за допомогою понижувального (Т1) і підвищує (Т2) високовольтних трансформаторів.

Подвійна трансформація дозволяє використовувати для регулювання частоти відносно дешевий низьковольтний перетворювач частоти, структура якого представлена ​​на рис. 7.

Перетворювачі відрізняють відносна дешевизна і простота практичної реалізації.Внаслідок цього вони найбільш часто застосовуються для управління високовольтними електродвигунами в діапазоні потужностей до 1 - 1,5 МВт. При більшій потужності електроприводу трансформатор Т2 вносить суттєві викривлення в процес управління електродвигуном. Основними недоліками двотрансформаторних перетворювачів є високі масогабаритні характеристики, менші по відношенню до інших схем ККД (93 - 96%) і надійність.


Перетворювачі, виконані за цією схемою, мають обмежений діапазон регулювання частоти обертання двигуна як зверху, так і знизу від номінальної частоти.

При зниженні частоти на виході перетворювача збільшується насичення сердечника і порушується розрахунковий режим роботи вихідного трансформатора Т2. Тому, як показує практика, діапазон регулювання обмежений в межах n ном> n> 0,5n ном. Для розширення діапазону регулювання використовують трансформатори зі збільшеним перетином муздрамтеатру, але це збільшує вартість, масу і габарити.

При збільшенні вихідної частоти ростуть втрати в осерді трансформатора Т2 на перемагнічування і вихрові струми.

У приводах потужністю понад 1 МВт і напрузі низьковольтної частини 0,4 - 0,6 кВ перетин кабелю між перетворювачем частоти і низьковольтної обмоткою трансформаторів повинно бути розраховане на струми до кілоампер, що збільшує масу перетворювача.

2. Схема перетворювача з послідовним включенням електронних ключів


Для підвищення робочої напруги перетворювача частоти електронні ключі з'єднують послідовно (див. Рис.9.).

Число елементів в кожному плечі визначається величиною робочої напруги і типом елемента.

Основна проблема для цієї схеми полягає в строгому узгодженні роботи електронних ключів.

Напівпровідникові елементи, виготовлені навіть в одній партії, мають розкид параметрів, тому дуже гостро стоїть завдання узгодження їх роботи за часом. Якщо один з елементів відкриється з затримкою або закриється раніше за інших, то до нього буде докладено повне напруга плеча, і він вийде з ладу.

Для зниження рівня вищих гармонік і покращення електромагнітної сумісності використовують многопульсние схеми перетворювачів. Узгодження перетворювача з мережею живлення здійснюється за допомогою багатообмотувальних узгоджувальних трансформаторів Т.

На рис.9. зображена 6-ти пульсная схема з двообмоткових согласующим трансформатором. На практиці існують 12-ти, 18-ти, 24-х пульсної схеми перетворювачів. Число вторинних обмоток трансформаторів в цих схемах одно 2, 3, 4 відповідно.

Схема є найбільш поширеною для високовольтних перетворювачів великої потужності. Перетворювачі мають одні з кращих питомі масогабаритні показники, діапазон зміни вихідний частоти від 0 до 250-300 Гц, ККД перетворювачів досягає 97,5%.

3. Схема перетворювача з багатообмотувальних трансформатором

Силова схема перетворювача (рис.10.) Складається з багатообмотувальних трансформатора і електронних інверторних осередків. Кількість вторинних обмоток трансформаторів у відомих схемах досягає 18. Вторинні обмотки електрично зрушені відносно один одного.

Це дозволяє використовувати низьковольтні інверторні осередки. Осередок виконується за схемою: некерований трифазний випрямляч, ємнісний фільтр, однофазний інвертор на IGBT транзисторах.

Виходи осередків з'єднуються послідовно. У наведеному прикладі кожна фаза харчування електродвигуна містить три осередки.

За своїми характеристиками перетворювачі знаходяться ближче до схеми з послідовним включенням електронних ключів.


Спеціальні машини постійного струму (МПТ): електромашинний підсилювач (ЕМЦ), тахогенератор, призначення, пристрій, принцип роботи.

Спеціальні машини постійного струму

Універсальний колекторний двигун. Виконавчі двигуни постійного струму. Магнітогідродинамічний генератор. Тахогенератор. Електромашинний підсилювач. Уніполярний генератор. Вентильні двигуни.

Які бувають електричні двигуни і де вони застосовуються?

Електричні двигуни бувають постійного і змінного струму (рис. 2). Найбільш поширені електричні двигуни змінного струму. Вони прості по пристрою, невибагливі в експлуатації. Основний недолік - практично не регульована частота обертання.

Електричні двигуни змінного струму виготовляють одно- і багатофазних. Основні елементи таких двигунів - статор (нерухома частина) і ротор (обертається частина). Випускаються електродвигуни з коротко замкнутими обмотками ротора (типу білячої клітини) і обмотками, виведеними на колектор (систему контактних кілець) і замикаються через регульовані резистори. Такі ротори називають фазними, а електродвигуни - електродвигунами з фазним ротором.

Електричні двигуни змінного струму застосовують для приводу робочих машин різного призначення (насоси, деревообробні верстати, дробарки і т. Д.), Що не вимагають регулювання частоти обертання. Випускаються на потужності від 0, 2 до 200 і більше кіловат.

Електродвигуни постійного струму складаються з рухомої частини (якоря) і нерухомої частини (статора). Вони випускаються з паралельним, послідовним і змішаним з'єднанням обмоток якоря і статора. Перевагою двигунів постійного струму є здатність регулювати частоту обертання, але вони вимагають значних зусиль при експлуатації.

Мал. 2. Електричні двигуни: а - постійного струму; б - синхронні; в ~ асинхронні з фазним ротором; г - асинхронні трифазні з коротко замкнутим ротором серії 4А. 1 - вал, 2 ~ шпонка, 3 -підшипники, 4 - статор, 5 - обмотка статора, 6 - ротор (якір); 7 - вентилятор; 8 - коробка висновків; 9 - лапа, 10 - колектор; 11 - щітки; l1, l2 - поздовжнє і поперечне відстані в лапах; l3 - довжина виступаючого кінця вала; l4. - розмір виступає кришки; h - висота осі обертання; d1, d2 - діаметри вала і отворів в лапах.

Універсальні колекторні двигуни застосовуються в промислових і побутових електроустановках (електрифікований інструмент, вентилятори, холодильники, соковижималки, м'ясорубки, пилососи та ін.). Вони розраховані для роботи як від мережі постійного струму (110 і 220 В), так і від мережі змінного струму частотою 50 Гц (127 і 220 В). Ці двигуни мають великий пусковий момент і порівняно малі розміри.

За своєю будовою універсальні колекторні двигуни принципово не відрізняються від двополюсних двигунів постійного струму з послідовним збудженням.

В універсальних колекторних двигунах не тільки якір набирається з листової електротехнічної сталі, але і нерухома частина муздрамтеатру (полюса і ярмо).

Обмотка збудження цих двигунів включається по обидва боки якоря. Таке включення (симетрування) обмотки дозволяє зменшити радіоперешкоди, що створюються двигуном.

Для отримання приблизно однакових частот обертання при номінальному навантаженні як на постійному, так і на змінному струмі обмотку збудження виконують з відгалуженнями: при роботі двигуна від мережі постійного струму обмотку збудження використовують повністю, а при роботі від мережі змінного струму - лише частково.

Момент, що обертає створюється за рахунок взаємодії струму в обмотці якоря (ротора) з магнітним потоком збудження.

Ці двигуни випускаються на порівняно невеликі потужності - від 5 до 600 Вт (для електроінструмента - до 800 Вт) і частоти обертання - 2770 - 8000 об / хв. Пускові струми таких двигунів невеликі, тому їх в мережу включають безпосередньо без пусковьк опорів. Універсальні колекторні двигуни мають мінімум чотири висновки: два для підключення до мережі змінного струму і два для підключення до мережі постійного струму. ККД універсального двигуна на змінному струмі нижче, ніж на постійному. Це викликано підвищеними магнітними і електричними втратами. Величина струму, споживаного універсальним двигуном при роботі на змінному струмі, більше, ніж при роботі цього ж двигуна на постійному струмі, так як змінний струм крім активної складової має ще й реактивну складову.

Частоту обертання таких двигунів регулюють, змінюючи підводиться від мережі напруга, наприклад, автотрансформатором, а у двигунів невеликої потужності - реостатом.

Однофазний колекторний двигун не можна пускати в хід при малому навантаженні, тому що він може піти «в рознос».

Вітчизняна промисловість випускає універсальні колекторні двигуни серій ВУЛ, МУН, УМТ, ДТА-4, УВ, М-1Д, ЕП, УД, Д2-03, ЕПП-1 і ін.


ЕЛЕКТРИЧНІ мікромашин автоматичних пристроїв

Електричні мікромашини автоматичних пристроїв набагато різноманітніше микромашин загальнопромислового застосування, що пояснюється специфікою виконуваних ними функцій. Для них характерно не силове перетворення енергії, а перетворення однієї величини в іншу. Наприклад, електричного сигналу в механічне переміщення, кутового зміщення в напругу і т.д.

Такі показники роботи, як ККД, cosj, корисна потужність, дуже важливі для силових електричних машин загального застосування, тут виявляються несуттєвими. Головними є вимоги високої точності роботи, доброго швидкодії, надійності і стабільності характеристик.

Мікромашини автоматичних пристроїв можна розділити на наступні групи:

1) виконавчі або керовані мікродвигуни;

2) інформаційні мікромашини;

3) електромашинні підсилювачі;

4) електричні мікромашини гироскопических систем.

1. Виконавчі ДВИГУНИ

Виконавчими (керованими) двігателяміназиваются електромеханічні пристрої, що перетворюють електричний сигнал в механічне обертання валу. Такі двигуни є дуже важливими елементами систем автоматики і телемеханіки. Від якості їх роботи багато в чому залежить якість роботи всієї, часом дуже складної системи.

Головні вимоги, що пред'являються до виконавчих двигунів:

· Відсутність самоходу - обертання двигуна при відсутності сигналу керування;

· Широкий діапазон регулювання частоти обертання;

· Стійкість роботи у всьому діапазоні кутових швидкостей;

· Високу швидкодію;

· Максимальна лінійність механічних і регулювальних характеристик;

Особливість виконавчих двигунів полягає в тому, що вони практично ніколи не працюють в установівшімcя режимі. Для них характерні часті пуски, реверси, аррестори і інші перехідні режими. У конструктивному відношенні це закриті машини, в більшості випадків без вентилятора. Останній не потрібен через малу ефективності в перехідних режимах і небажання збільшувати момент інерції.

Залежно від напруги живлення виконавчі двигуни поділяються на три групи:

1) асинхронні виконавчі двигуни;

2) виконавчі двигуни постійного струму;

3) крокові двигуни.

Майже всі виконавчі двигуни (за малим винятком) мають дві обмотки. На одну з них - обмотку збудження (ОВ), напруга подається постійно, на іншу - обмотку управління (ОУ), напруга подається лише на час відпрацювання переміщення.

2. Виконавчі ДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Незважаючи на ряд істотних недоліків, пов'язаних з наявністю ковзаючого контакту між щіткою і колектором, виконавчі двигуни постійного струму широко використовуються в системах автоматичного управління, регулювання та контролю, оскільки володіють і рядом позитивних якостей, зокрема такими як: плавне, широке і економічне регулювання частоти обертання; практична відсутність обмежень на максимальну і мінімальну частоту обертання; великі пускові моменти; хороша лінійність механічних а при якірному управлінні і регулювальних характеристик.

Як і будь-які виконавчі двигуни, ці мають дві обмотки: обмотку збудження і обмотку управління. При цьому напруга управління може подаватися або на обмотку якоря, або на обмотку збудження. Тому розрізняють якірне і полюсное управління.

3. Якірне управління виконавчим двигуном

Мал. 2.1. Схема включення виконавчого двигуна при якірному управлінні

Схема включення двигуна з якірним керуванням показана на рис. 2.1. Напруга збудження подається на обмотку полюсів, напруга управління - на обмотку якоря. Коефіцієнт сигналу a тут дорівнює a = U у / U ст. Для двигунів з постійними магнітами a = U у / U у.ном. Регулювання частоти обертання здійснюється зміною напруги управління.

Регулювальні характерістікілінейние. Напруга рушання пропорційно моменту навантаження. Лінійність механічних і регулювальних характеристик є важливою перевагою якірного управління.

Потужність управління різко зростає зі збільшенням коефіцієнта сигналу. Крім того, вона доходить до 95% повної споживаної потужності двигуна, оскільки є потужністю якірного ланцюга, що характерно для двигунів постійного струму.

В даному випадку це є суттєвим недоліком якірного управління, бо передбачає наявність потужних і дорогих підсилювачів.

Потужність збудження залишається величиною постійною, незалежною ні від коефіцієнта сигналу, ні від частоти обертання. До того ж - вона невелика за величиною, що також характерно для машин постійного струму.

Максимум механічної потужності в сильному ступені залежить від коефіцієнта сигналу і навіть при a = 1 не перевищує 1/4 базової потужності.

4. полюсні управління виконавчим двигуном

Мал. 2.4. Схема включення виконавчого двигуна при полюсному управлінні

Схема управління приведена на рис.2.4 Напруга управління подається на обмотку головних полюсів, напруга збудження - на обмотку якоря, по якій протягом всього часу роботи двигуна протікає струм збудження.

Незважаючи на зазначені гідності полюсного управління, перевагу все-таки слід віддати якірного тому, що воно забезпечує лінійні й однозначні характеристики, в принципі виключає самохід (при полюсному він можливий через взаємодію струму якоря з потоком залишкової намагніченості полюсів), володіє більш високою швидкодією , оскільки індуктивність якоря менше індуктивності обмотки збудження.

електромашинні підсилювачі

Найпростішим підсилювачем потужності є звичайний генератор постійного струму з незалежним збудженням. Коефіцієнт посилення машини визначається відношенням струму, протекаемого в обмотці якоря, до току збудження:

У такому виконанні коефіцієнт посилення дорівнює близько 15 - 30.

Підсилювальну здатність генератора можна збільшити, якщо використовувати каскадну схему включення генераторів. В цьому випадку з виходу першого генератора підключається обмотка збудження другого, а вихід з другого генератора буде перевищувати по потужності вхід першого в 1000 і більше разів.

Каскадна схема застосовується рідко через свою громіздкість і дорожнечі.

Найчастіше використовують так звані електромашинні підсилювачі (ЕМУ). Електрична схема ему приведена на рис. 7.6.1.


Конструктивно електромашинний підсилювач являє собою колекторних машину постійного струму з незалежним збудженням, що має два комплекти щіток (поздовжні 1-1 'і поперечні 2-2').

Струм, що протікає по обмотці збудження Iв, створює поздовжній магнітний потік Фd, спрямований по осі полюсів машини. При обертанні якоря на поперечних щетках 2-2 'з'являється ЕРС Е 2 = С n Ф d Так як вони замкнуті накоротко, то в обмотці якоря з'являється великий струм I 2. Цей струм створює в обмотці якоря сильне поперечне магнітне поле реакції якоря Ф q, нерухоме в просторі і спрямоване по осі щіток 2-2 '. Під дією магнітного потоку Ф q в якірній обмотці ме-жду щітками 1-1 'виникає ЕРС Е 1 = С n Ф q >> Е 2, так як Ф q >> Ф d. При підключенні до щіток 1-1 'навантаження R н в ланцюзі потече струм I я перевищує струм I в в десятки тисяч разів. Електромашинні підсилювачі застосовують для автоматичного управління потужними електродвигунами.

Залежно від конструкції і способу збудження ему підрозділяються на наступні типи:

1) з незалежним збудженням;

2) зі змішаним збудженням;

3) зі спеціальною орієнтацією магнітних потоків.

ЕМУ з незалежним збудженням є звичайним генератор постійного струму, обмотка збудження якого живиться від регульованого джерела напруги. Вихідна напруга ЕМУ з незалежним збудженням з достатнім ступенем точності лінійно залежить від швидкості обертання його ротора. ЕМУ з незалежним збудженням дає можливість управляти значними потужностями навантаження при незначних витратах потужності в обмотці управління. Коефіцієнт посилення по потужності для деяких типів ЕМУ з незалежним збудженням може досягати значень 100 і більше. Постійна часу обмоток збудження зазвичай становить десяті частки секунди.

ЕМУ зі змішаним збудженням є генератор постійного струму, що працює в режимі самозбудження. ЕМУ зі змішаним збудженням відрізняються від підсилювачів з незалежним збудженням тим, що необхідна для створення магнітного потоку збудження потужність майже цілком походить з виходу з ланцюга позитивного зворотного зв'язку. Внаслідок цього результуючий коефіцієнт посилення системи може бути досить великим.

Для третього типу ЕМУ класифікаційними ознаками є число ступенів посилення і орієнтація керуючого магнітного потоку другий (і третій) ступені посилення по відношенню до керуючого магнітного потоку першого ступеня посилення. За кількістю ступенів посилення ему підрозділяються на одно-, дво- та триступінчаті. За орієнтації керуючого магнітного потоку другого ступеня дво- і триступінчаті ему підрозділяються на ЕМУ з поперечним, з поздовжнім полем і з поздовжньо-поперечним полем.

Ему з поперечним полем є спеціальний генератор постійного струму з якорем, виконаним за типом якорів звичайних машин постійного струму, але з додатковою парою поперечних короткозамкнутих щіток (див. Рис. 14.55). Завдяки такій конструкції ему з поперечним полем вимагає для збудження потужність, в десятки разів меншу, ніж відповідна потужність збудження звичайних генераторів. На статорі ему розташовані одна або не-. скільки обмоток управління (на рис. 14.55 показана тільки одна обмотка Wy), обмотка додаткових полюсів і компенсаційна обмотка.

В ЕМУ з поперечним полем магнітний потік управління другим ступенем посилення розташований перпендикулярно до магнітного потоку управління першою сходинкою. Так як прийнято вважати, що магнітний потік першого ступеня, створюваний вхідний керуючої обмотки, спрямований по поздовжній осі ему (перпендикулярно рис. 14.55), то магнітний потік управління другого ступеня спрямований по поперечної осі ему. Тому цей клас двоступеневих ЕМУ і отримав назву ему з поперечним полем.

При подачі на обмотку управління Wy сигналу управління в ЕМУ виникає поздовжній магнітний потік управління. У витках обертового з постійною швидкістю ротора (якоря) наводиться ЕРС, при цьому найбільшого значення вона досягає в витках, розташованих в поздовжній площині ему. Напруга цієї ЕРС знімається поперечними щітками 1 (див. Рис. 14.55). Оскільки вони закорочені і опір ланцюга мало, то в ланцюзі протікає досить великий струм, що призводить до формування значного за величиною поперечного магнітного потоку. Цей процес називається реакцією якоря по поперечної ланцюга (перший ступінь посилення ему). Під дією посиленого таким чином магнітного потоку в витках обертового якоря ЕМУ наводиться ЕРС, максимальна величина якої має місце в витках, розташованих в площині цього потоку, тобто в поперечній площині ему. Напруга цієї ЕРС, що знімається поздовжніми щітками 2, є вихідним сигналом ему (другий ступінь посилення). Оскільки при підключеній навантаженні по поперечним виткам якоря ЕМУ протікає струм, то під дією цього струму в ЕМУ створюється магнітний потік, спрямований по поздовжній осі назустріч потоку. Це так звана реакція якоря ЕМУ по поздовжній осі. Таким чином, в поздовжньої осі ему буде діяти деякий результуючий магнітний потік, який є результатом не тільки керуючого напруги в обмотці Wy, але і параметрів навантаження. Для зменшення протидіє магнітного потоку в статорі ЕМУ використовується компенсаційна обмотка, за допомогою якої досягається компенсація поздовжньої реакції якоря.

Мал. 14.55. Спрощена схема ему з поперечним полем

одноякірні ПЕРЕТВОРЮВАЧІ

Для перетворення змінного струму в постійний, як відомо, використовують випрямлячі. Перетворення постійного струму в змінний можна здійснити електромашинними перетворювачами. Каскад з двох машин: (асинхронний двигун змінного струму і генератор постійного струму) цілком вирішують цю задачу.

Але буває ситуація, коли необхідно перетворити постійний струм низької напруги в постійний струм підвищеної напруги. Робиться це в одній комбінованої машині, що складається з двигуна і генератора постійного струму із загальною магнітною системою. З боку низької напруги це електродвигун, а з боку підвищеної напруги - генератор постійного струму з незалежним збудженням.

В одних і тих же пазах якоря перетворювача закладені самостійні обмотки низької і підвищеної напруги. Кінці обмоток приєднані до відповідного колектора (рис. 7.7.1), причому обмотка підвищеного, напруги має значно більшу кількість провідників, ніж обмотка низької напруги.

Одноякірні перетворювачі широко застосовуються в авіаційній техніці, а також в загальнопромислових установках, де первинним джерелом постійного струму є акумулятор.

Одноякірні перетворювачі постійного струму в трифазний змінний відрізняється від розглянутого тим, що обмотка підвищеної напруги складається з

трьох секцій, зміщених одна від одної на 120 °. Висновки секційних обмоток припаяні до трьох контактних кілець і за допомогою струмознімальних щіток змінний струм передається до споживача.

Тахогенератором ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Тахогенератором називають електричні машини малої потужності, що працюють в генераторному режимі і службовці для перетворення частоти його обертання в електричний сигнал.

Тахогенератори постійного струму за принципом дії і конструктивним оформленням є електричними колекторними машинами.

Вихідний характеристикою тахогенератора є залежність величини на-напруги на затискачах якоря U я від частоти його обертання n при постійному магнітному потоці збудження Ф і постійному опорі навантаження Rнагр

На рис. 7.8.1 показана вихідна характеристика тахогенератора при різних R нагр.

тахогенератори

Тахогенератором називається інформаційна електрична машина, призначена для вироблення електричних сигналів, пропорційних частоті обертання ротора.Тахогенератори можуть бути постійного і змінного струму. Тахогенератори постійного струму є малопотужні генератори постійного струму з незалежним збудженням або з порушенням від постійних магнітів. Вихідна напруга тахогенератора пропорційно частоті обертання ротора.

Асинхронний тахогенератор за конструктивним виконанням подібний асинхронного двигуна з порожнистим немагнітним ротором. Він складається зі статора і нерухомого осердя ротора, між якими, в повітряному зазорі обертається тонкий порожнистий немагнітний циліндр. Принципова схема асинхронного тахогенератора показана на рис. 13.4.


Мал. 13.4

На статорі генератора розміщені дві обмотки, просторово зміщені відносно один одного на 90 o. Одна з них, обмотка збудження B, підключена до джерела синусоїдальної напруги, інша обмотка, що є генератором Г, включається на вимірювальний прилад або на вимірювальну схему.

Обмотка збудження створює пульсуючий магнітний потік Ф в.

При нерухомому роторі ЕРС в генераторної обмотці дорівнює нулю, так як вектор магнітного потоку Ф в перпендикулярний осі цієї обмотки.

При обертанні циліндра пульсуючий магнітний потік індукує в ньому ЕРС обертання. Під дією ЕРС в циліндрі з'являються струми, напрямки яких вказані на рис. 13.4. Токи створюють по осі генераторної обмотки пульсуючий поперечний потік Ф п. Цей потік індукує в генераторної обмотці ЕРС, пропорційну частоті обертання циліндра.

Асинхронні тахогенератори, як і тахогенератори постійного струму, використовуються для вимірювання швидкості обертання валів, а також для формування прискорюють або уповільнюють сигналів в автоматичних пристроях

Характеристика пошкодження трансформаторів. Методи випробування трансформаторів

Силові трансформатори є одним з найбільш масових і значущих елементів енергосистем. Так, в 1999 р тільки в ЄЕС Росії було в експлуатації в мережах 110 - 750 кВ силових трансформаторів і автотрансформаторів загальною потужністю S т.уст. = 567 569 МВ-А при встановленій потужності генераторів P Усть. = 194 000 МВт. При цьому коефіцієнт співвідношення встановлених потужностей трансформаторів і генераторів склав: K ц.р. = 2,92. При обліку встановленої потужності всіх силових трансформаторів, включаючи трансформатори напругою менше 110 кВ, К ц.р. істотно більше і досягає 6-6,5.

Природно, що надійність роботи мереж, електростанцій і енергосистем в значній мірі залежить від надійності роботи трансформаторів, тим більше, що значна частина трансформаторів відпрацювала певний стандартом мінімальний термін служби - 25 років [I], а технічне переозброєння трансформаторів в силу сформованих умов йде вкрай повільно : в 1993 р воно склало 1,1%, а в 1999 р - всього лише 0,5%.

Для аналізу надійності роботи трансформаторів в першу чергу необхідна представницька вибірка експлуатаційних даних, а також наступна інформація:

· Розподіл ушкоджень по основних вузлів трансформаторів різних класів напруг;

· Характеристики тяжкості ушкоджень;

· Роль коротких замикань;

· Частота пошкоджень в залежності від терміну служби трансформаторів;

· Причини і наслідки пошкоджень;

· Дані про відхилення від вимог нормативно-технічних документів, інструкцій заводів-виготовлювачів, протиаварійних та експлуатаційних циркулярів, керівних та розпорядчих документів РАО "ЄЕС Росії" [2].

За період з січня 1997 по листопад 2000 року були проаналізовано в цілому по актам, що надійшли до Департаменту генеральної інспекції з експлуатації електричних станцій і мереж РАО "ЄЕС Росії", 712 відмов і технічних порушень силових трансформаторів напругою 35 - 750 кВ.

У табл. 1 наведено розподіл пошкоджень силових трансформаторів по вузлах і класам напруги, при цьому їх число склало: 29% для 35 кВ; 47% для 110 кВ; 19% для 220 кВ; 2% для 330 кВ; 3% для 500 кВ; 0% для 750 кВ.

Як випливає з табл. 1, найбільшу повреждаемость мають: високовольтні вводи - 22%, обмотки - 16%, пристрої РПН - 13,5%. Значна частка відмов припадає на течі (11%) і випускаючи трансформаторного масла (23%).

Таблиця 1

Розподіл пошкоджень силових трансформаторів по вузлах і класам напруги за період січень 1997 року - листопад 2000 р

вузол Клас напруги, кВ
35 110 220 330 500 750 всього
число % число % число % число % число % число % число %
обмотки 61 30 43 13 10 7 1 8 0 0 0 0 115 16
магнитопровод 0 0 0 0 2 1,5 1 8 0 0 0 0 3 0,5
Система охолодження 7 3 16 5 8 6 2 15 3 14 0 0 36 5
РПН 4 2 61 18 26 19 1 8 5 24 0 0 97 13,5
Уведення 27 13 77 23 44 32 3 23 7 34 0 0 158 22
текти масла 15 7 35 10 21 15 3 23 4 19 0 0 78 11
упускаючи масла 59 30 75 22 24 18,5 2 15 2 9 0 0 162 23
вандалізм 31 15 31 9 1 1 0 0 0 0 0 0 63 9
Разом 204 100 338 100 136 100 13 100 21 100 0 0 712 100

У табл. 2 наведено розподіл пошкоджень силових трансформаторів по вузлах, для яких в актах вказана тривалість їх експлуатації. Як видно з табл. 2, пошкодження обмоток мають місце у трансформаторів з будь-якими термінами експлуатації, для РПН найбільше число ушкоджень у трансформаторів з термінами експлуатації 10-30 років, для високовольтних вводів - після 10 років експлуатації. Однак наявні дані не дозволяють зробити оцінку залежності пошкоджуваності трансформаторів від терміну експлуатації, так як для цього необхідно враховувати число експлуатованих трансформаторів в кожному діапазоні часу служби.

Найбільш важким пошкодженням трансформатора є внутрішнє коротке замикання (КЗ). Як показав аналіз, пошкодження, викликані внутрішніми КЗ, мали місце при пошкодженнях обмоток в 80% випадків загального числа пошкодженні обмоток, при пошкодженнях високовольтних вводів - 89%, при пошкодженнях РПІ -25% і при пошкодженнях інших вузлів - 36% відповідно, включно з помилками при монтажі, ремонті та експлуатації.

При обробці даних актів виявлено ряд випадків неправильного застосування [3] в частині вимог до складання актів розслідування технологічних порушень в роботі електростанцій, мереж і енергосистем. Укладачі актів не завжди виконують при їх заповненні вимоги всіх пунктів. Так, за період 1997-1998 рр. 23,4% актів були оформлені в повному обсязі. У 2000 р частка в повному обсязі оформлених актів скоротилася до 10,4%. Зокрема, в ряді випадків відсутні дані про Недовідпуск, недовиробітку енергії і економічний збиток від наслідків відмови, як того вимагає [4].

Основні пошкодження трансформаторів і високовольтних вводів із зазначенням причин їх виникнення, характером і наслідками їх розвитку наведені в табл. 3.

Аналіз пошкоджень трансформаторів з внутрішніми короткими замиканнями за періодами, зазначеним в [1] (перший - протягом перших 12 років експлуатації до першого капітального ремонту, другий - за повний нормований термін служби не менше 25 років, третій - за термін служби понад 25 дет) , представлений далі.

За період експлуатації до 12 років мали місце такі види пошкоджень:

· Внутрішні пошкодження трансформаторів через тривале невідключення при наскрізних КЗ на стороні 10 кВ;

· Пошкодження обмоток вищої напруги через виникнення виткового замикання;

· Пошкодження негерметичних вводів, які тривалий час зберігалися на складі до установки в трансформатор;

· Перекриття масляного каналу герметичних вводів по внутрішній поверхні нижньої порцелянової покришки;

· Порушення цілісності контактної системи і токоограничивающих опорів контактора РПН, що призвели до утворення електричної дуги і викиду масла.

За період 12-25 років експлуатації мали місце такі пошкодження:

· Пошкодження обмоток нижчої напруги при різко змінних навантаженнях дугових електричних печей заводу;

· Пошкодження через зволоження і забруднення ізоляції обмоток;

· Зволоження бакелітовій ізоляції контактора РПН;

· Пошкодження негерметичних вводів через зволоження і забруднення внутрішньої ізоляції;

· Перекриття, масляного каналу герметичних вводів по внутрішній поверхні нижньої порцелянової покришки.

Таблиця 2

Розподіл пошкоджень силових трансформаторів по вузлах із зазначенням тривалості їх експлуатації за період січень 1997 року - листопад 2000 р

вузол Число ушкоджень за тривалістю експлуатації всього
10 років 10-20 років 20-30 років 30-40 років більше 40 років
обмотки 23 25 23 28 12 111
магнитопровод 6 0 1 0 0 1
Система охолодження 2 14 13 1 0 30
РПН 12 28 21 10 0 71
Уведення 15 37 38 31 9 130
текти масла 12 16 19 11 3 61
упускаючи масла 12 22 22 14 5 75
вандалізм 3 6 10 1 1 21
Разом 79 148 147 96 30 500

Т а б л і ц а 3

Основні пошкодження трансформаторів високовольтних вводів

вузол пошкодження Причина виникнення пошкодження Характер і наслідки розвитку ушкодження
обмотка Вигорання витковой ізоляції і витків обмотки Тривале невимикання наскрізного струму КЗ на стороні нижчої напруги трансформатора Вигорання витковой ізоляції і витоків, розкладання масла, розплавлення і розбризкування міді і руйнування ізоляції
деформації обмотки Недостатня електрична стійкість обмоток Пошкодження ізоляції внаслідок деформації обмоток з можливим пошкодженням трансформатора
Зволоження та забруднення ізоляції обмоток Порушення герметичності трансформатора до струмів КЗ

Зниження електричної міцності Маслобарьерний ізоляції та пробою першого масляного каналу, що може викликати:

- розвиток "повзе розряду"

- іонізаційний пробій витковой ізоляції за рахунок витіснення масла водяною парою з капілярів ізоляції

- пошкодження трансформатора

Знос ізоляції обмоток Зниження механічної стійкості ізоляції обмоток Руйнування ізоляції обмоток з подальшим виникненням виткового замикання або замикання на іншу обмотку при помірному наскрізному струмі КЗ з внутрішнім пошкодженням трансформатора
Дефект виготовлення грозоупорной обмотки Дотик петель грозоупорних обмотокразделяющей перегородки В умовах вібрації трансформатора веде до стирання ізоляції петель і розвитку пробою
магнитопровод перегрів муздрамтеатру Освіта короткозамкнутого контуру в муздрамтеатрі Оплавлення стали муздрамтеатру, пожежа в залозі, розкладання масла
Система охолодження Порушення охолодження трансформатора пошкодження маслонасосів Порушення охолодження трансформатора і забруднення механічними домішками
Засмічення труб охолоджувачів перегрів трансформатора
Перемикачі відгалужень РПН Порушення контактів в РПН Іскріння, перегрів, оплавлення і вигорання контактів.Подгара токоограничивающих опорів непрацездатність РПН
Порушення перегородки, ізолюючої бак розширювача МЧН від бака трансформатора дефект виготовлення Забруднення масла трансформатора, зниження його електричної міцності, ускладнення діагностики трансформатора
Механічна несправність ГОН Знос елементів кінематичної схеми Обгорання контактів перемикачів
Порушення герметичності бака контактора Зволоження бакелітового циліндра контактора Внутрішнє дуговое КЗ по зволоженим розшарування бакелітовій ізоляції бака РПН
Інші вузли порушення герметичності Підсмоктування повітря через сальники засувок. Порушення герметичності гнучкою оболонки розширювача, несправність воздухоосушитель Проникнення атмосферної вологи і повітря, ослаблення електричної міцності ізоляції
Порушення контактних з'єднань відводів, демпферів та ін. Дефект монтажу та наладки Перегрів контактів, забруднення контактів продуктами розкладання ізоляції і масла
Текти масла через гумові прокладки в місці з'єднань бака з вихлопною трубою, з-під роз'єму кріплення введення Дефекти монтажу, ремонтів експлуатації Упускаючи масла з трансформатора
Високовольтні негерметичні вводи Зволоження та забруднення ізоляції негерметичних вводів Проникнення атмосферної вологи під введення, освіта домішок в маслі введення Створює умови для розвитку теплового і електричного пробою ізоляції введення
Високовольтні герметичні вводи Відкладення осаду (продуктів окислення масла або вимивання з конструктивних матеріалів) на внутрішній поверхні фарфору та на поверхні внутрішньої ізоляції Осад адсорбує вологу і забруднення, в тому числі металлосодержащие Призводить до виникнення провідних доріжок, розвитку розрядів і пробою масляного каналу введення
Колоїдне старіння масла В результаті окислювальних процесів і взаємодії масла з конструктивними матеріалами, в першу чергу, з медесодержащими і залізовмісними, відбувається утворення і зростання колоїдних частинок Призводить до зниження електричної міцності масляного каналу введення
Текти масла з вводів через нижні гумові прокладки, через порушення верхнього ущільнює вузла, через гумові ущільнення вимірювального виведення Дефекти монтажу, ремонту і експлуатації Веде до зниження тиску масла, порушення герметичності, попадання вологи і повітря під введення. Викликає зниження електричної міцності ізоляції
Підвищення тиску під вводах Викликається втратою герметичності сильфонов і, як наслідок, недостатньої температурної компенсацією наявного обсягу олії, а також появою джерела інтенсивного газоутворення або порушенням зв'язку між введенням і виносним баком тиску Зниження електричної міцності внутрішньої ізоляції введення

За період після 25 років експлуатації мали місце пошкодження:

· Внутрішні пошкодження трансформаторів через тривале їх невідключення при наскрізних КЗ на стороні 10 кВ;

· Пошкодження РПН і обмоток трансформаторів при перемиканні РПН;

· Пошкодження трансформаторів через порушення контактів відведення обмотки, обриву частини провідників гнучкого зв'язку від вступного ізолятора до обмотці, отгоранія відведення обмотки в баку трансформатора з замиканням на ярмова балку;

· Пошкодження негерметичних вводів через зволоження і забруднення внутрішньої ізоляції;

· Знос ізоляції обмоток.

Із зафіксованих випадків пошкоджень трансформаторів з внутрішніми короткими замиканнями 15% супроводжувалися вибухами і пожежами. Ці ушкодження в основному були викликані пошкодженнями РПН, обмоток і високовольтних вводів.

Так, зокрема, при перекритті ізоляції масляного каналу герметичного введення ГМТА-110 сталося пошкодження автотрансформатора АТДЦТН-125000/220/110 1985р. виготовлення. Трансформатор пошкоджений повністю і відновленню не підлягає.

Через сильний зносу ізоляції обмоток сталося пошкодження з пожежею трансформатора ПТД-60000/220/110 1958р. виготовлення з повним руйнуванням трансформатора і вводів 220, 110 і 10 кВ.

В результаті пошкодження РПН автотрансформатора АОДЦТН-267000/500/220 1973 р виготовлення і подальшої пожежі сталися: розрив бака, руйнування фарфорових покришок вводів 220 кВ, корпусу контактора пристрою РПН, отгоранія спуску гнучкою зв'язку 220 кВ від впливу полум'я пожежі, пошкодження обладнання шаф обдування (ШАОТ) і кабельних зв'язків системи охолодження, а також трьох охолоджувачів.

Проведений аналіз показав, що внутрішні КЗ в трансформаторах 110-500кВ пов'язані, в першу чергу, з ушкодженнями РПН, високовольтних вводів і обмоток. При цьому найбільш важкі наслідки мають місце при розвитку таких дефектів, як:

· Зниження електричної міцності масляного каналу високовольтних герметичних вводів через відкладення осаду на внутрішній поверхні фарфору та на поверхні внутрішньої ізоляції, а також з-за колоїдного старіння масла;

· Зниження електричної міцності паперово-масляної ізоляції високовольтних негерметичних вводів через зволоження і забруднення;

· Зволоження, забруднення і знос ізоляції обмоток трансформаторів;

· Вигоряння витковой ізоляції і витків обмоток через тривале невідключення наскрізного струму КЗ на стороні нижчої напруги трансформатора;

· Помилки монтажу, ремонту і експлуатації.

Необхідно відзначити, що більша частина зазначених дефектів могла б бути своєчасно виявлено застосуванням існуючих методів і засобів технічної діагностики.

З виходом шостого видання [5] для силових трансформаторів, автотрансформаторів і масляних реакторів істотно розширено перелік контрольованих параметрів. При цьому принципова відмінність чинного документа [5] від попереднього [6] полягає в тому, що поряд з традиційними випробуваннями, що лежать в основі оцінки стану трансформаторів, де контрольовані параметри в своїй основі мають зв'язок з електричною міцністю ізоляції, введені нові, що не мають безпосередній зв'язку, але націлені на раннє виявлення розвитку дефектів. До них відносяться: хроматографический аналіз газів, розчинених в маслі; контроль вмісту фуранових з'єднань в маслі; вимір ступеня полімеризації; тепловізійний контроль; вимір опору короткого замикання. Також з'являються пропозиції щодо подальшого розширення цього переліку, зокрема: контроль рівня часткових розрядів; ІК-спектрометричний аналіз; контроль каламутності і поверхневого натягу масла; вібраційний контроль стану пресування обмотки і ін.

Таблиця 4

Вид діагностичної цінності методів контролю

метод контролю аналізований процес Вид діагностичної цінності
Хроматографічний аналіз газів, розчинених в маслі Перегрів струмоведучих з'єднань і елементів конструкції внутрішньої ізоляції, електричний розряд в маслі Супутній показник фізико-хімічного руйнування ізоляції. Монотонність зміни у часі при розвитку процесу. Детермінована діагностична цінність
Вимірювання ступеня полімеризації паперової ізоляції Знос паперової ізоляції Функція фізико-хімічного руйнування ізоляції. Монотонність зміни у часі при розвитку процесу. Детермінована діагностична цінність
Вимірювання вмісту фуранових з'єднань в маслі Старіння паперової ізоляції Супутній показник фізико-хімічного руйнування ізоляції. Відсутність монотонності і значущих відмінностей зміни змісту від терміну експлуатації та ступеня зносу ізоляції. Випадкова діагностична цінність
Вимірювання каламутності масла Колоїдно-дисперсні процеси в високовольтних герметичних вводах Функція фізико-хімічного стану колоїдно-дисперсної системи. Монотонність зміни у часі при розвитку процесу. Детермінована діагностична цінність
Вимірювання поверхневого натягу старіння масла Функція полярності рідини. Монотонність зміни у часі при розвитку процесу. Детермінована діагностична цінність
ІК-спектрометрія старіння масла Супутній показник наявності продуктів старіння масла. Монотонність зміни у часі при розвитку процесу. Детермінована діагностична цінність
тепловізійний контроль Локальні зони перегріву Супутній показник теплового стану трансформатора і струмоведучих частин. Монотонність зміни у часі при розвитку процесу. Детермінована діагностична цінність
Вимірювання часткових розрядів Іонізаційні процеси в ізоляції Супутній показник фізико-хімічного руйнування ізоляції. Відсутність монотонності зміни в часі при розвитку процесу. Випадкова діагностична цінність
Вимірювання опору короткого замикання деформація обмоток Супутній показник зміни геометрії обмоток Монотонність зміни у часі при розвитку процесу Детермінована діагностична цінність
Метод низьковольтних імпульсів деформація обмоток Супутній показник зміни геометрії обмоток Монотонність зміни у часі при розвитку процесу Детермінована діагностична цінність
Визначення зусиль пресування обмоток трансформатора по частоті власних коливань системи пресування при зовнішньому імпульсному механічному впливі розпресування обмоток Супутній показник ступеня пресування обмоток. Монотонність зміни у часі при розвитку процесу. Детермінована діагностична цінність

Один з найбільш об'єктивних показників, що дозволяють оцінити інформативність використовуваного ознаки, - діагностична цінність. При наявності статистичних даних йот показник являє собою чисельну оцінку інформації про стан обладнання, якою володіє інтервал значень вимірюваного параметра.

Слід зазначити, що при аналізі діагностичної цінності тієї чи іншої ознаки принципово важливе значення мають такі аспекти:

· Чи є контрольований показник функцією фізико-хімічного стану ізоляції або він відстежує супутні зміни при розвитку процесів, що призводять до пошкоджень;

· Наявність монотонності зміни значення вимірюваного показника в часі при розвитку характеризується їм процесу;

· Наявність значущих відмінностей між значеннями вимірюваного показника і ступенем розвитку процесу.

Виконання або невиконання цих умов визначає вид діагностичної цінності (наявність детермінованої або випадкової, діагностичної цінності) у використовуваних ознак.

У табл. 4 наведена оцінка виду діагностичної цінності методів контролю процесів, що призводять до пошкоджень трансформатора. Необхідно підкреслити, що ознаки з випадковою діагностичною цінністю, яка визначається відсутністю монотонності зміни значень при розвитку контрольованого їм процесу, не можуть бути використані для прийняття рішень про стан обладнання, а лише в деяких випадках можуть свідчити про необхідність більш повного обстеження.

Додатково необхідно зазначити, що в даний час в експлуатації ще перебуває досить багато трансформаторів, виготовлених відповідно до [7], що мають недостатню електродинамічну стійкість до зрослим рівням струмів короткого замикання в енергосистемах. Згідно [1] розрахункова потужність трифазного короткого замикання в мережах 6 - 750 кВ приблизно в 2,5 рази більше прийнятої в [I]. Пошкоджуваність трансформаторів, розроблених до 1970 року, згідно [8] перевищує 1%, в той час як у нових вона близько 0,2% (без урахування пошкоджень через високовольтних вводів). Для трансформаторів, виготовлених відповідно до [I], має місце підвищений ризик їх пошкоджень. Ризик в цьому випадку представляє собою матеріальні і соціальні втрати від коротких замикань.

Об'єктивне наявність фактора ризику в умовах експлуатації вимагає застосування цілеспрямованих заходів, що дозволяють знизити ризик як в частині ймовірності пошкодження трансформатора, так і в частині можливих збитків.До першої частини слід віднести використовувані в практиці координації рівнів струмів короткого замикання різні заходи по обмеженню наскрізних струмів короткого замикання автотрансформаторів енергосистем при досягненні струмами значень 80% і більше нормованого рівня [9, 10]. Ця зміна схеми мережі (схемні рішення), що забезпечує зниження струмів короткого замикання; стаціонарне і автоматичне розподіл мережі; введення реакторів в нейтраль трансформаторів і автотрансформаторів; обмеження небезпечних впливів струмів короткого замикання на обмотки автотрансформаторів шляхом вибору черговості АПВ ліній і навіть блокування АПВ; застосування методів і засобів діагностики.

Потрібна підвищена увага до заходів, що надають прямий вплив на зниження можливих збитків у разі виникнення аварійної ситуації: дії персоналу відповідно до нормативних інструкціями, ефективність роботи автоматичної системи пожежогасіння, чітка робота релейного захисту і наявність необхідного резерву електроустаткування.

висновки

1. Внутрішні короткі замикання в трансформаторі обумовлені найчастіше ушкодженнями РПН, високовольтних вводів і обмоток. Ці ушкодження самі по собі є найбільш частими.

2. Доцільно внесення доповнень і змін до РД 34.45-51.300-97 "Обсяг і норми випробувань електроустаткування" в частині оцінки стану паперової ізоляції обмоток на основі аналізу діагностичної цінності нормованих показників для трансформаторів, які відпрацювали певний стандартами мінімальний нормований термін служби 25 років.

3. Доцільно розробити методичні вказівки щодо підвищення надійності герметичних вводів в експлуатації для продовження терміну служби трансформаторів.

4. Для трансформаторів, у яких можливі перевищення допустимих для них значень струмів короткого замикання, має місце підвищений рівень ризику їх пошкоджень, який слід враховувати в експлуатації. Важливою складовою частиною заходів при оцінці технічного стану таких трансформаторів є виявлення наявності небезпечних деформацій обмоток, втрати механічної міцності витковой ізоляції і розпресування обмоток.

5. Необхідно підвищити вимоги до електротехнічної промисловості в частині підвищення надійності роботи РПН, вводів і обмоток (конструкція та ізоляція).


Схеми електрообладнання дільниці (цеху, відділу)

Захист від шкідливих речовин в промисловості: Вентиляція. Призначення, види

Вентиляцією називається сукупність заходів і пристроїв, що використовуються при організації повітрообміну для забезпечення заданого стану повітряного середовища в приміщеннях і на робочих місцях відповідно до СНиП. (Будівельними нормами).

Системи вентиляції забезпечують підтримку допустимих метеорологічних параметрів в приміщеннях різного призначення.

Розрізняють такі види вентиляційних систем:

1. Природна вентиляція (Переміщення повітря в системах природної вентиляції відбувається внаслідок різниці температур, тисків зовнішнього повітря і повітря в приміщенні).

2. Механічна вентиляція (В механічних системах вентиляції використовуються устаткування і прилади, що дозволяють переміщати повітря на значні відстані).

3. Припливна вентиляція (Припливні системи служать для подачі у вентильовані приміщення чистого повітря замість видаленого).

4. Витяжна вентиляція (Витяжна вентиляція видаляє з приміщення забруднене або нагріте відпрацьоване повітря). І т.д.

Вентиляційні системи, як правило, складаються з певного набору компонентів:

1. Воздухозаборная решітка (через неї надходить повітря в систему)

2. Повітряний клапан (запобігає попадання в приміщення зовнішнього повітря при вимкненому вентиляційній системі).

3. Фільтр (фільтрує вступник повітря від механічних забруднень).

4. Калорифер або повітронагрівач (підігріває повітря, що надходить в систему вентиляції в зимовий період).

5. Шумоглушитель (запобігає поширенню шуму по воздуховодам).

6. Вентилятор (подає або викидає повітря з системи).

7. Кондиціонери (розподіляють повітряні потоки по приміщенню).

8. Повітророзподільники (решітки або дифузори: через них здійснюється подача (паркан) повітря з приміщення).

9. Автоматика (управління елементами вентиляційної системи).

На сьогоднішній день найбільш поширеним вентиляційним обладнанням є вентиляційне обладнання фірм Ostberg (Швеція), Systemair (Швеція).


  • Про перетворювачах частоти
  • Структура і принцип роботи низьковольтного перетворювача частоти на IGBT транзисторах
  • Які бувають електричні двигуни і де вони застосовуються
  • ЕЛЕКТРИЧНІ мікромашин автоматичних пристроїв
  • 1. Виконавчі ДВИГУНИ
  • 2. Виконавчі ДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
  • 3. Якірне управління виконавчим двигуном
  • 4. полюсні управління виконавчим двигуном
  • Тахогенератором ПОСТІЙНОГО СТРУМУ