Схемотехническое моделирование процессов проявления частичных разрядов
Том 327 № 12 (2016)
Актуальность: В большинстве производственных процессов нефтедобывающей, горнорудной, угольной и других отраслях промышленности используются электрические машины постоянного тока. Надежность их работы в значительной степени зависит от состояния изоляции, роль которой играет эмалевая изоляция обмоточных проводов и главная изоляция стержней крупных электрических машин. Дефекты изоляции приводят к неожиданным отказам в работе электрических машин и, как следствие, к аварийным ситуациям, к простою и к высоким экономическим потерям из-за недоотпуска продукции и затрат на ликвидацию отказа машины. Причин выхода из строя электродвигателей постоянного тока достаточно много, большинство из них связанно с повреждением изоляции из-за воздействия на нее частичных разрядов.
Ключевые слова:
электродвигатели постоянного тока, частичные разряды, импульсные методы, обнаружение, дефекты, науглероживание, ресурсоэффективность
Авторы:
Вячеслав Владимирович Стругов
Валерий Александрович Лавринович
Скачать bulletin_tpu-2016-v327-i12-09.pdfЭлектрические машины постоянного тока серии П в морском исполнении 8-11 габаритов
Электромашины постоянного тока П-серии морского исполнения габаритов 8-11 используются в системе спецмеханизмов и способны непрерывно работать до 2 тыс.
часов за период без необходимости непосредственно их контролировать и обслуживать.
Электромашины ПМ-серии габаритов 8-11 производятся в формате генераторов, электродвигателей.
Электродвигатели, генераторы рассчитаны на длительное использование:
- электродвигатели – при меняющемся в пределах 175-320 В и стабильном – 110, 220 В напряжении;
- генераторы – при напряжении 115, 230 В. Для проведения зарядки аккумуляторных батарей используются генераторы с регулировкой напряжения в рамках 220-320 В.
Ключевые параметры, типы электродвигателей, генераторов ключевого исполнения, модификаций приведены ниже.
Электромашины имеют длительный S1 режим функционирования, согласно ГОСТ 183.
Способ охлаждения – IC01, согласно ГОСТ 20459.
Уровень защиты – IP23, согласно ГОСТ 17494.
Для стабильного напряжения возбуждение у генераторов является смешанным, для проведения зарядки аккумуляторных батарей – параллельным.
Конструктивное исполнение электродвигателей – IM2102, IM3611, IM2111, IM2101, IM1002, IM1001, согласно ГОСТ 2479; генераторов – IM2102, IM2101, IM1002, IM1001.
Установочно-габаритные размеры электромашин приведены ниже.
Электродвигатели постоянного тока ПП355, ПП400 типа предназначены для использования на судах промыслового предназначения в электрических регулируемых приводах палубных механизмов, где питание идет от судовых сетей с переменным током (напряжение (В) – 380) через тиристорные управляемые преобразователи.
Ключевые параметры устройств указаны ниже.
Режим их функционирования – S3 повторно кратковременный, ПВ =» 25%, согласно ГОСТ «183.
Способ охлаждения – вентиляция принудительного характера IC37, согласно ГОСТ 20459.
Уровень защиты – IP56, согласно ГОСТ 17494.
У устройств независимое 110 либо 220 В возбуждение.
Конструктивное исполнение – IM2102, IM2101, согласно ГОСТ 2479.
У электродвигателей, имеющих 1 свободный конец вала (по исполнению – IM2101), должен быть пристроенный типа ТП75-20-0.2-0.4 тахогенератор, согласно ТУ 16-89 ИЖДЦ524516002ТУ.
Присоединительные, установочные, габаритные размеры приведены ниже.
При работе в режиме генератора:
Мощность: 18 – 180 кВт
Частота вращения: 1 450 или 2 850 об./мин
При работе в режиме электродвигателя:
Мощность: 18 — 220 кВт
Частота вращения: 750 – 3 000 об./мин.
| Тип двигателя | Мощность, кВт | Напряжение, В | Ток, А | Частота вращения, мин-1 |
| ПМ81-ОМ5 | 18,7/23,0/23,0 | 220/320/270 | 85/72/85 | 1450 |
| 28 | 244 | 1450 | ||
| 28 | 230 | 122 | 1450 | |
| 50 | 230 | 217 | 2850 | |
| ПМ82-ОМ5 | 38 | 115 | 330 | 1450 |
| 38 | 230 | 165 | 1450 | |
| 63 | 230 | 274 | 2850 | |
| 23,0/30,0/30,0 | 220/320/270 | 104/94/111 | 1450 | |
| ПМ91-ОМ5 | 51 | 115 | 444 | 1450 |
| 54 | 230 | 235 | 1450 | |
| 33,5/41,0/41,0 | 220/320/270 | 152/128/152 | 1450 | |
| ПМ92-ОМ5 | 230 | 335 | 1450 | |
| 47,0/58,0/58,0 | 220/320/270 | 214/181/214 | 1450 | |
| ПМ Ю1-0М5 | 90 | 230 | 391 | 1450 |
| ПМ102-ОМ5 | 108 | 230 | 470 | 1450 |
| 60,0/74,0/74,0 | 220/320/270 | 273/231/273 | 1450 | |
| 70,0/86,0/86,0 | 220/320/270 | 318/269/318 | 1450 | |
| ПМ111-0М5 | 148 | 230 | 644 | 1450 |
| 99,0/121,0/121,0 | 220/320/270 | 450/378/450 | 1450 | |
| ПМ112-ОМ5 | 180 | 230 | 783 | 1450 |
| 121,0/149,0/149,0 | 220/320/270 | 550/465/550 | 1450 |
| Тип двигателя | Мощность, кВт | Напряжение, В | Ток, А | Частота вращения, мин-1 |
| ПМ81-ОМ5 | 18 | 110 | 202 | 1000/2000 |
| 18 | 220 | 100 | 1000/2000 | |
| 31 | 220 | 166 | 1500/2250 | |
| 37/24/20 | 320/220/175 | 240/133/150 | 1800/1500/1300 | |
| ПМ82-ОМ5 | 19 | 220 | 107 | 750 |
| 24 | 110 | 260 | 1000/2000 | |
| 24 | 220 | 130 | 1000/2000 | |
| 40 | 220 | 212 | 1500/2250 | |
| 32 | 320/220/175 | 116/173/231 | 1500 | |
| 60 | 320/220/175 | 223/321/408 | 3000 | |
| 29,0/19,6/17,0 | 320/220/175 | 106/110/127 | 1250/1000/850 | |
| 45,0/29,0/25,0 | 320/220/175 | 170/159/183 | 1800/1500/1300 | |
| ПМ91-ОМ5 | 31 | 110 | 344 | 1000/1500 |
| 31 | 220 | 170 | 1000/2000 | |
| 56 | 220 | 300 | 1500/2000 | |
| ПМ92-ОМ5 | 40 | 220 | 214 | 1000/1500 |
| 77 | 220 | 402 | 1500/1800 | |
| 32 | 320/220/175 | 116/172/228 | 1500 | |
| ПМ101-ОМ5 | 94 | 220 | 491 | 1500/1800 |
| 54 | 220 | 285 | 1000/1500 | |
| 63 | 320/220/175 | 220/320/420 | 1500 | |
| ПМ102-ОМ5 | 72 | 220 | 380 | 1000/1500 |
| 115 | 220 | 597 | 1500/1800 | |
| 121 | 220 | 625 | 1500/1800 | |
| 135 | 220 | 695 | 1500 | |
| ПМ111-0М5 | 94 | 220 | 491 | 1000/1500 |
| 153 | 220 | 790 | 1500/1800 | |
| ПМ112-ОМ5 | 112 | 220 | 580 | 1000/1500 |
| 189 | 220 | 965 | 1500 | |
| 220,0/150,0/110,0 | 320/220/175 | 780/775/730 | 1800/1500/1300 |
Электрические машины | Electriceasy.
com Электрические машины | Electriceasy.comОбъявления
- Что такое электрическая машина?
Определение и виды «электрической машины». - Правило левой руки Флеминга и правило правой руки
Для определения направления движения в двигателях или направления тока в генераторах.
- Закон Фарадея и закон Ленца
Законы электромагнитной индукции. - Правило правой руки Максвелла
Направление магнитного поля вокруг прямого проводника с током.
- Классификация машин постоянного тока
Различные типы генераторов постоянного тока и двигателей постоянного тока. - Генераторы постоянного тока
Конструкция и работа генератора постоянного тока. - Обмотка якоря
Обмотка внахлестку, волновая обмотка и другие родственные термины. - Реакция якоря
Реакция якоря в машинах постоянного тока и ее неблагоприятные последствия.
- Уравнение ЭДС и крутящего момента
Уравнение ЭДС генератора постоянного тока и уравнение крутящего момента двигателя постоянного тока. - Характеристики генераторов постоянного тока
Внутренние (E/Ia), внешние (V/I L ) и характеристики разомкнутой цепи. - Потери в машине постоянного тока
Потери в меди, потери в стали (потери в сердечнике), механические потери, схема потока мощности. - Работа двигателя постоянного тока
Как работает двигатель постоянного тока? - Характеристики двигателей постоянного тока
Характеристики крутящего момента в зависимости от тока якоря, скорости в зависимости от тока якоря и скорости в зависимости от крутящего момента. - Методы пуска двигателя постоянного тока
3-точечный пускатель, 4-точечный пускатель и последовательный пускатель двигателя. - Управление скоростью двигателя постоянного тока
Различные методы управления скоростью двигателя постоянного тока. - Электрическое торможение двигателей постоянного тока
Различные методы электрического торможения двигателей постоянного тока. - Параллельная работа шунтирующих генераторов
Параллельная работа 2-х шунтирующих генераторов постоянного тока. - Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами
Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. - BLDC двигатель
Конструкция и работа бесколлекторных двигателей постоянного тока.
Машины постоянного тока
- Асинхронный двигатель
Принцип работы и типы асинхронного двигателя. - Трехфазный асинхронный двигатель
Конструкция, работа и типы. - Вращающееся магнитное поле
Производство вращающегося магнитного поля (rmf). - Уравнение крутящего момента трехфазного двигателя IM
Пусковой крутящий момент и рабочий крутящий момент, условие максимального крутящего момента. - Пуск 3 фазы IM
Использование первичных резисторов, автотрансформаторов и пускателей звезда-треугольник. - Регулирование скорости асинхронного двигателя
Различные методы регулирования скорости асинхронных двигателей. - Типы двигателей с короткозамкнутым ротором
Классы A, B, C, D, E и F. - Двигатель с двойным короткозамкнутым ротором
Конструкция и работа двигателя с двойным короткозамкнутым ротором. - Сползание и зацепление
Сползание и зацепление в асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором. - Однофазный двигатель
Принцип работы однофазного асинхронного двигателя. Почему однофазный АД не запускается самостоятельно? - Синхронный генератор переменного тока (альтернатор)
Конструкция и работа генератора переменного тока. - Синхронизация генератора
Подключение генератора к сети. - Асинхронный генератор
Как работает асинхронный генератор? - Синхронный генератор и асинхронный генератор
Разница между синхронным генератором и асинхронным генератором. - Синхронный двигатель
Конструкция и работа синхронного двигателя. - Синхронный двигатель против асинхронного двигателя
Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем. - Явнополюсный ротор против неявнополюсного ротора
Сравнение явнополюсного ротора и неявнополюсного ротора.
Машины переменного тока
- Трансформатор
Конструкция, работа и типы трансформаторов. - Идеальный трансформатор
Характеристики идеального трансформатора. - Уравнение ЭДС и коэффициент трансформации напряжения
Уравнение ЭДС трансформатора и коэффициент трансформации напряжения. - Трансформатор с сопротивлением и реактивным сопротивлением рассеяния
Магнитная утечка и практичный трансформатор с сопротивлением и реактивным сопротивлением рассеяния. - Потери и КПД трансформатора
Потери в меди, потери в сердечнике (потери в железе). - Эквивалентная схема
Нахождение эквивалентной схемы трансформатора. - Испытание трансформатора на обрыв цепи и короткое замыкание
Испытание трансформатора на обрыв цепи (OC) и короткое замыкание (SC). - Тест Сампнера или взаимный тест
Испытание Сампнера или последовательное испытание трансформатора. - Автотрансформатор
Как работает автотрансформатор? - Трехфазный трансформатор
Работа и типы трехфазных трансформаторов. - Подключение трехфазного трансформатора
Звезда-звезда, звезда-треугольник и другие конфигурации. - CT и PT
Трансформатор тока (CT) и трансформатор напряжения (PT) - Охлаждение трансформатора
Различные методы охлаждения трансформаторов. - Параллельная работа трансформаторов
Необходимость и условия параллельной работы. - Реле Бухгольца
Работа реле Бухгольца и его преимущества.
Трансформеры
- Краткое введение в схемы
Серийные параллельные цепи, напряжение и ток, закон Ома, интегральные схемы - Основы силовой электроники
Диоды, ГТО, транзисторы и др. - Шаговый двигатель
Как работает шаговый двигатель? - Руководство по устранению неполадок при перегрузке двигателя
Некоторые ключевые области, которые могут быть причиной перегрузок двигателя, и меры по их устранению. - Универсальный двигатель
Конструкция и работа универсального двигателя. - Серводвигатель
Как работает серводвигатель? - Советы по безопасности при использовании портативных генераторов
Советы по безопасности при использовании портативных генераторов. - 6 различных типов должностей для инженеров-электриков
Какие существуют профессии для инженеров-электриков? - Электрические приводы
Преимущества электрических приводов. - Потенциометр и реостат
Разница между потенциометром и реостатом. - Клеммные колодки
Клеммная колодка (также называемая соединительной клеммой или клеммным соединителем) представляет собой…
Разное
Дом
Электрические машины — Якорь машины постоянного тока
Якорь электрической машины — исторически сложившееся название обмотки, в которой индуцируется напряжение и происходит передача энергии между электрической и механической системами.
Этот термин используется в машинах постоянного тока и синхронных машинах переменного тока. В машине постоянного тока якорь представляет собой вращающуюся цепь.
Коммутация
В машине постоянного тока, разработанной до появления силовой электроники, используется механическая система для переключения напряжения контура, генерируемого переменным током, и подачи напряжения постоянного тока на клеммы машины. Этот процесс называется коммутацией. Механическое переключение достигается с помощью устройства, называемого коммутатором с разъемным кольцом. Рассмотрим рисунок и иллюстрацию на рис. 1. Каждый проводник (или каждая сторона петли) соединен с цилиндрическим проводником, который разделен на две половины. При вращении ротора цилиндр находится в контакте с неподвижными щетками. (Первоначально использовались втулки из медной проволоки; в современных машинах используются подпружиненные графитовые блоки.)
При вращении ротора половинки коллектора с разрезным кольцом проходят мимо неподвижных щеток.
С течением времени клеммы x и y подключаются к чередующимся концам проводящего контура ротора
Рассматривая графики индуцированного (красный) и терминального (синий) напряжения во времени, становится ясно, что напряжение, индуцированное в проводящем контуре на роторе продолжает чередоваться между положительным и отрицательным. Однако из-за расположения щеток измеренное напряжение на клеммах x-y является однонаправленным.
Рис. 1. Иллюстрация работы коммутатораУвеличенное количество полюсов и проводников
Реалистичные конструкции машин постоянного тока обычно имеют более двух полюсов. Увеличение количества полюсов для определенного потока на полюс увеличит наведенное напряжение при заданной скорости и увеличит крутящий момент, доступный на ампер. На рис. 1 показана схема статора с 4 полюсами. Каждый полюс будет
нести катушку, являющуюся частью обмотки возбуждения. Картина потока будет похожа на
Показаны линии потока, чередующие северный и южный полюса.
В общем случае с \(p\) полюсами картина поля будет повторяться каждые \(720/p\) градусов.
В рассматриваемой исходной базовой машине имеется только 2 проводников, или одна петля на роторе. Если количество витков (и разрезных колец сегментов коммутатора) увеличивается, то щетки можно спроектировать так, чтобы они всегда были в контакте с проводником, который находится под поверхностью полюса. Пример этой идеи с двумя катушками показан на рис. 3 9.0003 Рис. 3. Анимация двухполюсной системы с двумя перпендикулярными катушками обмотки якоря
Уравнения для общей машины
Каждый проводник на роторе машины имеет среднее индуцированное напряжение, определяемое как
\[ e_{av}=rlB_{av}\omega_m \]
\(e_{av}\) — среднее индуцированное напряжение и \(B_{av}\) — величина средней плотности потока под полюсом. Используя общее уравнение для площади поверхности столба
\[ A_p=\frac{2\pi rl}{p} \]
уравнение для среднего напряжения, индуцированного на проводнике под поверхностью полюса можно найти по потоку и скорости:
\[ e_{av}=\frac{p}{2\pi}\phi\omega_m \]
Теперь, если вместо одного витка провода есть катушка с общей Z проводников (\(Z/2\)витков) соединены последовательно в любое время:
\[ e_{av}=\frac{Zp}{2\pi}\phi\omega_m \]
Обмотка машины, в которой индуцируется напряжение, называется
обмотка якоря.
В машине постоянного тока обмоткой якоря является
обмотка на роторе. Определение постоянной машины постоянного тока \(k\):
\[ k=\frac{ZP}{2\pi} \]
приводит к уравнению напряжения якоря.
\[ E_A=к\фи\омега_м \]
Аналогично общему расчету напряжения, крутящий момент на одном проводнике можно записать как
\[ \tau_{av}=rlB_{av}я \]
, что дает общий крутящий момент, заданный уравнением крутящего момента машины постоянного тока.
\[ \тау=к\фи I_A \]
Обратите внимание, что, поскольку мы перешли к уравнениям с постоянными значениями постоянного тока, уравнение напряжения якоря записывается в верхнем регистре как \(E_A\), чтобы обозначить, что это постоянное напряжение, а уравнение крутящего момента использует \(I_A\ ), чтобы показать, что ток является постоянным значением постоянного тока.
Цепь якоря
Модель эквивалентной схемы якоря
Модель эквивалентной схемы для якоря
машина постоянного тока показана на рис.
1. Наведенное напряжение якоря,
\(E_A\) представлен источником напряжения,
подключен через 2 щетки к остальной части цепи. Арматура
сопротивление обмотки \(R_A\) и напряжение на клеммах \(V_T\). Уравнение цепи якоря
\[ V_T = E_A + I_A R_A \]
Рассматривая модель эквивалентной схемы, можно увидеть, что измеряемое напряжение машины, напряжение на клеммах \(V_T\) равно индуцированному напряжению якоря \(E_A\), когда ток якоря \(I_A\) равен нуль. Это происходит в двух случаях:
- без нагрузки: клеммы якоря подключены к источнику напряжения, но момент нагрузки отсутствует. В установившемся режиме момент двигателя и момент нагрузки равны и противоположны друг другу, то есть \(\tau=0\). Следовательно, ток якоря \(I_A\) равен нулю в соответствии с уравнением крутящего момента и \(E_A=V_T\)
- обрыв цепи: это тестовый случай, когда машина вращается внешней механической системой, а клеммы машины разомкнуты. Опять же, в этом случае \(I_A = 0 \) и \(E_A=V_T\)
