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2020年12月5日,星期六

理想变压器的基本特征是什么?

变电站变压器

 


变压器是对交流电进行变换的电气设备 从一个电路到另一电路的电力。 它利用磁耦合线圈来传递能量。 


基本上,它由一个初级绕组和一个次级绕组组成 缠绕。初级绕组及其电路称为次级绕组的初级侧。 变压器。次级绕组及其电路被称为次级绕组。 变压器。变压器的初级绕组和次级绕组均电气隔离 彼此之间,但它们通过磁场链接在一起。 


读:  


因此, 初级绕组和次级绕组彼此磁耦合。如果初级线圈连接到交流电压源,则交流磁通为 生产的。互通将另一个绕组(次级)连接到 原边,并会在其中感应出电压。如果次级绕组是开路的(未连接到负载),则 初级绕组由其电感决定。


理想变压器


理想的变压器是没有功率损耗的理想的变压器。 在理想的变压器中: 

  • 绕组是纯电感性的,没有电阻。因此,绕组中没有铜损。
  • 铁芯在运行过程中不会加热。因此,没有损失 in the iron core.
  • 励磁电流为零,初级绕组中的电流为零 当次级绕组开路时。


理想变压器



理想变压器的变压器匝数比 

  • 通过初级绕组和次级绕组的磁通量相同。
  • 因此,初级和次级的每匝感应电压都相同。 
  • 这意味着,Ep和Es分别与NP和NS成正比。 

理想变压器的基本公式 


根据给定的公式,我们可以说以下内容: 

  • 如果VP>VS电压从较高的电压降到较低的电压 然后将该变压器称为降压变压器。 
  • 如果VP<VS,电压从较低的电压升至较高的电压,然后将该变压器称为升压变压器。 
  • 通过互换初级绕组和次级绕组的连接,可以将降压变压器制成升压变压器。 


例子: 


在下图所示的图中,确定以下内容: 


一种。二次电压

b。二次电流 

C。初级电流

d。负载中的功率




解决方案: 


一种。从给定的公式,我们可以说Vp / Vs = 3/1。因此 Vs = 20。 


b。根据欧姆定律,I = Vs / R = 20/200; 是= 100 mA


C。根据公式,Vp / Vs = Is / Ip; Ip = Vp / Vs x Is = 1/3 x 100 mA; Is = 33.3毫安


d。负载中的功率流= Vs x Is = 20 x 100 mA; Pload = 2瓦。 

2020年11月26日,星期四

星三角汽车启动说明

 

星三角电源电路


星三角启动是指在电机连接时(通常在电机外部) 在开始顺序中为STAR。电机加速至接近正常时 在运行速度上,电动机以DELTA连接。  


电动机外部连接从星型更改为三角洲的方法通常是通过以下方式实现的: 通常被称为星三角启动器。这个启动器只是一些 接触器(开关)将不同的导线连接在一起,以形成所需的从星形到三角形的过渡。 


在星形连接中启动电动机时,电动机的相电压会降低 a factor of √3. 降低电压可以降低启动电流,启动功率和启动扭矩 每一个都使用等式1来计算(这忽略了其他因素,例如饱和度等):  





通常将这些启动器设置为特定的启动顺序,主要是使用时间设置来切换 在星际和三角洲之间。这些起动器可以有广泛的保护,可以监视起动 时间,电流,电压,电机速度等 


例如,如果电源电压为380伏。在电动机连接成星形的启动过程中,每个线圈上的施加电压为380 / 1.73,即220伏。由于施加电压的降低,启动转矩也将降低到67%。 





控制电路


在上面的控制电路中,按下开关S1时,会有一条完整的电流路径从L1流向L2,从而激活以下线圈: 


读:  工业厂房中的电动机控制


  • K1- 线路或主接触器
  • K2-星形接触器 
  • K4-计时器(设置为3到5秒)


在预定时间之后,将转换计时器接触。这样,控制星形接触器的延时闭合触点(K3)现在将断开,而延时闭合触点(K2)则相反。以这种方式,执行从星形到三角形的过渡。 


接触器K1的辅助触点与启动按钮S1(闩锁)并联连接,因此即使S1返回断开位置,电路也将保持激活状态。请注意,S1的特征在于按钮被按下后将返回其原始状态。 


常闭触点K3和K2也互锁,以防止同时激活STAR和DELTA连接,这会严重损坏电机。 



使用Star Delta出发有什么好处? 


这种启动方法的最大优势是可以减少启动过程中的浪涌电流。起动电流的减小还可以减小由于高起动转矩而引起的电动机的机械应力。请注意,如果不应用降压启动,则启动电流可能高达600%。 

2020年11月25日,星期三

电压不平衡单相时的电动机保护

 

电压不平衡


当所有三相之间的电压不相等时,每相中的电流值也将变得不平衡。根据NEMA,对于电动机和发电机,最大电压不平衡量仅被限制为1%。当发生电压不平衡时,电机绕组中的电流会逐渐增加,如果持续不断,则会损坏电机。因此,有必要根据预期的电压不平衡对电动机进行降额。 



如果无法进行降额,并且电压不平衡仍然存在,则必须相应地减小这种情况下的负载。必须考虑使用这种方法来避免损坏设备。


电压不平衡的原因 

  • 连接不相等的单相负载。这就是为什么许多咨询工程师 指定将面板的负载平衡到± 10% between all three phases.
  • 打开增量连接。 
  • 变压器连接断开-引起单相状态。 
  • 变压器排上的分接头设置不正确。  
  • 连接的单相变压器的变压器阻抗(Z) into a “bank” not the same. 
  • 功率因数校正电容器中使用的电容器不相同或其中一些处于离线状态

绝缘寿命 电压不平衡对典型T型框架电机绝缘寿命的影响 具有B级绝缘,可在40℃下运行°加载到100%的C环境温度为 follows:




请注意,使用系数为1.0的电机没有那么多的热量 承受能力与使用系数为1.15的电动机一样。 较旧的大型U形电机由于具有散热能力,因此可以 承受过载情况的时间要长于较新的情况, 较小的T型机架马达。

绝缘等级 


下面显示了不同类别的最高工作温度 of insulation. 
  • A级绝缘= 105°C 
  • B级绝缘= 130°C 
  • F级绝缘= 155°C 
  • H级绝缘= 180°C

参考: 
  • 库珀·巴斯曼

2020年11月24日,星期二

选择交流感应电动机的基本因素是什么?

 

交流感应电动机的剖视图


交流感应电动机通常用于工业应用。以下电动机讨论将围绕三相460 VAC异步感应电动机进行。异步电动机是转子的速度不同于旋转磁场的速度的一种电动机。示出了这种类型的电动机。电磁定子绕组安装在壳体中。 


引出固定在定子绕组上的电源连接,以将其连接到三相电源上。在三相双电压电动机上,为电源连接提供了九根引线。为简单起见,下图中显示了三根电源连接线。转子安装在轴上并由轴承支撑。在自冷式电动机上,如图所示,风扇安装在轴上,以迫使冷却空气流过电动机。


电机的铭牌提供了重要信息 将电动机安装到交流变频器上时是必需的。以下 该图说明了一个25马力样品的铭牌 AC motor.


交流感应电动机的铭牌
照片:西门子

电机连接


该电动机可用于230 VAC或460 VAC系统。一种 接线图指示输入电源线的正确连接。低压连接旨在在230 VAC上使用,最大满载电流为56.8 Amps。高压连接旨在在460 VAC上使用,最大满载电流为28.4 Amps。


马达转速


基本速度是铭牌速度,以RPM为单位,其中 电动机在额定电压下产生额定马力, 频率。这表明输出轴将有多快 满载并正确转动连接的设备 施加60赫兹的电压。该电机的基本速度为 60 Hz时为1750 RPM。如果连接的设备在 小于满载时,输出速度将略大于基本速度。


服务因素


设计为以其铭牌马力运行的电动机 评级的服务系数为1.0。某些应用程序可能需要 超过额定马力的电动机。在这些情况下 可以指定使用系数为1.15的电动机。服务 系数是可以应用于额定功率的乘数。一种 1.15维修系数电动机可以比电动机高出15% motor’的铭牌功率。维修系数为 建议将1.15与交流变频器一起使用。这很重要 但是要注意,即使电动机具有维修系数 1.0服务中的电流和马力值为1.15 系数用于对变速驱动器进行编程。


绝缘级别


全国电气制造商协会(NEMA) 建立了绝缘等级以满足电机温度 在不同的操作环境中发现的要求。这 四个绝缘等级为A,B,F和H。F等级通常为 用过的。很少使用A类。在电动机启动之前, 绕组处于周围空气的温度下。这是 称为环境温度。 NEMA已将 环境温度为40° C, or 104°F适用于所有电机类别。电动机一旦启动,温度就会升高。这 环境温度和允许温度的组合 上升等于电机的最高绕组温度。一种 例如,具有F级绝缘的电动机具有最大 温升105°C.最高绕组温度 is 145° C (40° ambient plus 105°上升)。保证金允许 指向马达中心’s绕组温度 更高。这称为电动机’s hot spot.


NEMA设计


美国国家电气制造商协会(NEMA) 建立了电动机构造和性能标准。 第20页的铭牌适用于符合NEMA B要求的电机 规格。 NEMA B电机通常与交流电一起使用 驱动器。任何NEMA设计(A,B,C或D)交流电动机都可以工作 尺寸合适的变速驱动器非常完美。 


效率


交流电动机效率以百分比表示。它是一个 指示将多少输入电能转换为 输出机械能。该电机的额定效率 is 93.0%. 


参考: 

  • 西门子

2020年11月19日,星期四

如何确定变压器的K-额定值?

 

电源变压器

由于线圈导体中的集肤效应,铁芯叠片中的额外涡流以及过大的磁滞现象(分子相互摩擦,类似于微波炉操作),谐波电流会给变压器带来额外的热量。 


在使用计算机生成的预测方法进行仔细研究之后,工程师开发了一种“ k额定变压器”,该变压器旨在处理和减轻谐波电流及其在电气系统中可能产生的严重影响。 k-4的谐波电流含量将导致发热,而如果全部都是基波(60-Hz)电流,则该热量将等于负载电流的1.140倍。 


通过以下示例可以证明确定变压器所需k定额的正确方法: 


示例:如果测得的(或计算机预测的)电流如下所示,则需要什么样的变压器K额定值承载此负载?

  • 真有效值安培= 73.3安培
  • h1 = 52.45安培 
  • h3 = 42.27安培 
  • h5 = 24.97安培 
  • h7 = 9.44安培 
  • h9 = 3.72安培 
  • h11 = 5.51安培
  • h13 = 4.77安培


公式


考虑我 聚氨酯 = Ih / I 均方根值

使用以上公式,我们可以得出下表的结果。



根据结果​​,变压器的k系数应为8.84或更高。 

谐波电流通过变压器


当大多数谐波电流从谐波电流流经变压器时 –产生负载的电源,其中一些被捕获在变压器内。三阶,九阶和十五阶谐波的平衡三次谐波电流被捕获在变压器的三角形绕组内,它们在其中简单地循环并加热三角形绕组。 

穿过三角型,星形三角型或星形三角型变压器的唯一三次谐波是不平衡三次谐波电流。 


因此,消除大部分谐波电流的最佳方法是简单地将带有三角形线圈绕组的变压器插入电力系统的负载中。另外,另一种方法“cancel”来自多个负载的第五和第七谐波电流是将其中一些负载连接到delta-delta,而另一些负载连接到delta-wye变压器,从而产生30°相移和矢量加到几乎为零的五阶和七阶谐波电流。 

这是安装12脉冲变速驱动器(VSD)或变频驱动器(VFD)而不是6脉冲驱动器时使用的确切方法,因为12脉冲驱动器需要另一个30的变压器绕组°与第一个变压器相移’s secondary winding.


2020年10月22日,星期四

电厂的发电机冷却系统有哪些不同

 



发电厂中的发电机设计为可连续运行。因此,冷却系统起着重要作用,以保持其可靠性。发电应用中使用的发电机可根据使用的冷却介质分为三种主要的设计类别:

  • 空气
下表显示了冷却介质的不同特性: 


该表为我们提供了有关不同冷却介质的相对排热能力的信息。例如,与水相比,空气具有较小的去除能力。另一方面,氢取决于它的压力。因此,压力越高,氢的除热能力越高。 


风冷


风冷发电机有两种基本配置:  
  • 开式通风(OV) -在OV设计中,外部空气通过过滤器直接从设备外部吸入,穿过发电机,然后排放到发电机外部。 
  • 全封闭水冷风(TEWAC)- 在TEWAC设计中,空气在发电机内循环,通过安装在机架上的空气进入水热交换器。在此过程中,水在循环并进入热交换器,该热交换器冷却直接渗透到发电机内部的空气。 
TEWAC冷却系统

TEWAC冷却系统


氢气冷却


除机架外,氢冷发电机的结构与风冷发电机的结构非常相似。大多数设计都使用直接径向流冷却,类似于下图所示。 


氢气冷却系统


另一方面,定子框架由于需要包含30 psig至75 psig的氢气,因此使用厚板圆柱形结构。端盖更加坚固耐用,并包含氢密封系统,可最大程度地减少泄漏。传统的氢气冷却,虽然可用于额定值低于100 MVA的发电机,但最常用于高于100 MVA的燃气和蒸汽轮机驱动单元。

氢/水冷发电机的电枢电压和电流明显高于空冷机组的电枢电压和电流。结果,电枢绕组上的绝缘电压应力和作用力可能比额定值较低的装置所承受的应力和作用力大几个数量级。  


直接水冷

水冷增加了制造的复杂性,并且需要辅助水冷和去离子橇以及相关的管道,控制和保护功能。通过对水轮机进行直接水冷,甚至可以实现更紧凑的发电机设计。 发电机电枢绕组。 


直接水冷系统


该设计使用空心铜线,去离子水流过该空心铜线。闭环辅助底座橇提供冷却水。冷水通过发电机连接端的分配头进入绕组。热水以类似的方式排放到发电机的涡轮机端。

水冷却使用昂贵,因为它需要辅助设备来冷却回水。而且,它需要发电机内部复杂而复杂的管道系统,以避免可能导致发电机单元损坏的泄漏。  

2018年3月9日,星期五

在什么情况下感应电动机可能会意外变成发电机?



The induction motor can contribute current to the faulted location 在短路情况下。 Especially for a large induction motor, electrical designers should never neglect its contribution in sizing the exact rating of the protective device. 它代表一个很小但很重要的值,它是确定可用的最大短路电流并由此确定电气设备的短路额定值所需要的。无论电动机的大小或额定电压如何,都可以证明在故障期间存在电动机。 

正常运行期间

在正常运行期间,电动机将电能转换为机械能。在定子中流动的电流会产生旋转磁场,其磁极朝向转子。该旋转磁场将电流感应到转子中。由于定子感应的电流,在转子中会产生磁极朝外的磁场。这导致转子(电动机轴)旋转。只要为定子提供稳定的电压,电动机轴就会继续旋转。 

在短路条件下


在短路条件下,系统电压将衰减。稳定的电源不再存在。转子中的旋转磁场将通过成为电源来尝试支持降低的电压条件。
此时,感应电动机将充当发电机,并向故障位置贡献电流(请参见故障点4)。

电机对故障系统的贡献

感应电动机可贡献的电流量等于其锁定的转子电流40电机FLA的0%至600%。 (ANSI标准C37.010 [1])。

2018年1月3日,星期三

变压器的阻抗百分比如何影响短路分析



在选择断路器和保险丝以保护电气系统时,短路量 必须在变压器的端子上知道可用电流。这是为了确定断路器的机械耐受等级以承受中断 在短路情况下。 

定义:


阻抗百分比表示该百分比 产生满负载所需的额定电压 变压器输出短路时的最大电流。 (伊顿(Eaton),2015年)。

因此,使用百分比阻抗的短路公式 Isc = IFL x(100 /%Z) 

计算


变压器额定值
  • 75 kVA
  • 240 V次级
  • 5%阻抗

满载次级电流= 75,000 / 240 = 312安培

应用公式:Isc = IFL x(100 /%Z)。

Isc = 312 /(100 / .05)= 6,240安培。 

在此示例中,最大短路电流为FLA的20倍(6240/312)。 

上图简单地告诉我们,如果变压器的阻抗百分比降低,则SC电流也会成比例地增加。 

在此示例中,将变压器阻抗减小到2.5%也会使SC电流增加到40倍。 

所以


... 在此示例中,我们需要选择kAIC额定值不小于6240安培(5%变压器阻抗)的断路器。断路器的kAIC额定值选择不当会完全损坏设备,并可能造成巨大的灾难。  


注意:这只是有关阻抗百分比如何影响SC分析的简短示例,因为在计算系统中的SC时还需要考虑几个因素。有关更详细的SC分析,请阅读 如何使用点对点方法解决短路计算问题。 

欢迎任何意见


2015年3月6日,星期五

什么是发电机常见问题及其保护



介绍

发电机保护在电厂运行中非常重要。发电机的保护涉及比任何其他系统元件的保护更多的可能的异常工况的考虑。在无人值守的电站中,应提供针对所有有害异常情况的自动保护。

问题

过度兴奋
当给定发电机的电压与频率之比(伏特/ Hz)超过设定值时,由于发电机磁芯的饱和以及随后在未设计成承载磁通量的组件中引起杂散磁通,可能会导致严重的过热这种过度励磁最常发生在机组以降低的频率运行时的启动或停机期间,或在完全甩负荷的过程中,从而使传输线连接到发电站。

具有反时限特性的伏特/ Hz继电器可与受保护设备的能力相匹配,并具有确定的时间设定点,用于保护发电机免受过度励磁。

同步丢失保护
当电力系统的两个区域或两个互连系统失去同步时,整个系统中的电压和电流将有很大的变化。当系统同相时,电压最大,电流最小。当系统为180度时,电压异相最小,电流最大。


负相序或不平衡电流
不平衡的故障和其他系统状况可能会导致发电机中的三相电流不平衡。这些电流的负序分量会在转子中引起双频电流,从而导致过热和损坏。

过电压

在甩负荷或励磁控制故障期间可能会发生发电机过电压。对于水力发电机或燃气轮机驱动的发电机,在甩负荷时,发电机可能会加速并且电压可以达到高水平,而不必超过发电机’s V/Hz limit.

调压设备通常提供这种保护。如果不是,则应由交流过电压继电器提供。该继电器应具有一个延时单元,其拾取器的额定电压约为额定电压的110%。它还应具有一个瞬时单元,其拾取器的额定电压约为额定电压的130%至150%。蒸汽轮机驱动的发电机通常不需要。

欠电压

欠压条件是交流电源的均方根值在超过1分钟的持续时间内在电源频率下降至低于90%。术语“电力不足”通常用于描述由公用事业公司发起的持续欠压时段,以减少电力需求。欠电压是由与引起过电压的事件相反的事件引起的。


动力反转

对于与另一台发电机一起运行的发电机,必须监控功率方向。如果原动机发生故障,则交流发电机将作为电动机运行并驱动原动机。继电器检测电源方向的反转并关闭交流发电机。避免了功率损失和对原动机的损坏。

发电机死电保护
如果死机意外通电,则在转动齿轮时,它将启动并起感应电动机的作用。在发电机加速期间,转子中会感应出很高的电流,并且可能会很快损坏它。


过频
系统故障可能导致系统分裂为孤岛,从而在可用发电量和负载之间造成不平衡。这会导致所连接负载的功率过大。功率过大会导致频率过高,并可能因负载需求降低而导致过电压。

完全或部分甩负荷可能导致发电机超速运行,因此会导致超频运行。通常,除非超过额定功率和大约105%的电压,否则超频操作不会引起任何严重的过热问题。可以采取控制措施将发电机速度和频率降低到正常水平,而不会使发电机跳闸。

欠频
当所连接的负载产生的功率不足时,频率不足会导致负载需求增加。电压下降会导致稳压器增加励磁,从而导致定子和转子过热。同时,由于发电机无法以降低的频率提供功率,因此需要更多的功率。

发电机在降低的频率下长时间运行会给燃气轮机或汽轮发电机带来特殊问题,这些问题很容易因超出其正常频段的运行而损坏。由于在涡轮的许多级中可能发生机械共振,因此在降低的频率下,涡轮比发电机的限制更大。如果发电机转速接近任何一个叶片的固有频率,则振动会增加,这会导致叶片结构破裂。

甩负荷是防止发电机过载的主要保护措施,但应提供低频继电器以提供额外的保护。

定子接地故障
尽管单个接地故障不会影响发电机的运行或不会产生任何直接的破坏作用,但第一个接地故障会建立接地参考,从而使第二个接地故障更有可能发生。这将增加田间其他点对地面的压力。第二个接地故障将通过以下方式造成广泛的损坏:
  • 短路部分励磁绕组
  • 引起较高的单元振动
  • 由于不平衡电流导致转子发热
  • 故障点的电弧损坏

保护

接地故障保护

接地故障的主要原因之一是绝缘故障。发电机的零序阻抗通常低于正序或负序阻抗,因此,对于牢固接地的发电机,单相接地故障电流大于三相故障电流。发电机通常通过阻抗接地,以限制接地故障电流。

与相间故障相比,可在阻抗接地的发电机上用于检测相间故障的故障电流非常小。根据故障的位置和发电机的接地方法,通常会提供单独的接地故障保护。

定子过热保护

此问题是由过载或冷却系统故障引起的。由于叠片短路导致的过热非常局部化,在严重损坏之前是否能够检测到过热只是一个偶然的问题。

做法是将电阻温度检测器线圈(RTD)或热电偶嵌入槽中,并使发电机的定子绕组大于500至1000 kVA。图9示出了与RTD一起使用的桥接电路。这些检测器中的足够多的位于绕组中的不同位置,因此可以获得整个定子的温度条件的指示。

选择几个提供最高温度指示的检测器,以与通常带有警报触点的温度指示器或记录器一起使用。给出最高指示的检测器可以被布置为操作温度继电器以发出警报。


超速

建议对所有原动机驱动的发电机进行超速保护。超速元件应通过机械或等效的电气连接对机器速度作出响应。如果是电气设备,则超速元件不应受到发电机电压的不利影响。

超速元件可以作为原动机,其限速器或发电机的一部分来提供。它应该操作限速器,或者提供其他任何关闭装置来关闭原动机。它还应使发电机断路器跳闸。这是为了防止发电机本身通过交流系统超频运行。

应将超速元件调整为在满载抑制速度之上约3%至5%的速度运行。

缺相保护

发电机定子绕组中的相故障会导致绝缘,绕组和铁芯的热损坏,并导致轴和联轴器受到机械冲击。发电机跳闸且磁场断开后,机器内部被困的通量可能导致故障电流流过许多秒钟。

发电机相间故障的一次保护最好由差动继电器提供。差动继电器将检测相相故障,三相故障和双相接地故障。通过发电机的低阻抗接地,还可以检测到某些单相接地故障。

自动总线切换

图10所示的一种自动总线切换单元以以下方式操作。

普通市电模式
在正常情况下,当市电可用时,市电将通过转换开关控制接触器运行,电源先连接到配电盘,然后再连接到电气负载。安装在转换开关控件中的电池充电器由公用事业公司供电,以使发电机组中的启动电池保持充电状态。

发生断电
当市电电压低于正常值的85%或完全失效时,备用电源系统将自动执行启动顺序。转换开关控制电路会不断监视来自公用电源和发电机组的电能质量。当转换开关控制电路检测到不可接受的市电时,控制将等待3秒钟,然后发送信号以启动发电机组引擎。如果市电在3秒钟之前恢复,发电机组将不会发出启动信号。

接收到启动信号并将手动/自动开关设置为自动时,发动机将启动,达到适当的运行速度,并在发电机组提供交流电源。转换开关控制电路会感测到这一点,等待3秒钟,然后将发电机组的电源传输到转换开关接触器。从停电发生到连接发电机组电源的时间通常少于10秒。

转换开关包括手动手柄。如果传输电路没有导致自动转换为发电,则可以将手动/自动开关移至手动位置,然后使用手柄将其从市电转换为应急电源,反之亦然。

市电回电
当市电恢复供电时,转换开关控制电路会感测到这一点,并会在5分钟的时间内监视可接受的电压水平。在这之后
5分钟内且电压水平稳定后,控制器将向转换开关接触器发出信号,以将负载重新传输回市电,然后断开发电机组电源。此时,发电机组为“off-line”并会自动再运行5分钟,以使其正常冷却。在此冷却周期之后,发电机组将自动关闭并重置为待机模式。


接地系统

地线定义为零电压电位的参考点,通常是到地线的实际连接。接地的需求非常重要,因为开阔的地面状况可能会给操作发电设备的任何人带来严重的安全问题。接地可确保任何人触摸任何金属部件都不会受到高压电击。用于此目的的导体是裸线或绿色绝缘线。


避雷针

避雷器用于引起雷击或其他系统问题引起的过高电压接地。遭到雷击时,电源线和相关设备可能无法使用。它们被设计为在必要时可以快速重复地运行。避雷器连接到变压器或开关柜的内部。

大型发电机的主要部件

电路中发电机的符号
主要成分

发电机和励磁系统的组件在以下各节中进行了单独描述:


1.发电机外壳

生成器是三个部分的组合:
  1. 框架单元
  2. 励磁机外壳
  3. 冷却器单元 
  •  框架单元由钢制框架组成,该框架容纳定子铁芯,绕组和转子。框架的下部还容纳连接端子。
  • 激励器壳体容纳无刷激励器。励磁机壳体顶部的一个管道允许发电机冷却空气流入励磁机并冷却励磁机组件。 
  •  位于发电机框架单元顶部的冷却器单元用于容纳空气冷却器和水管连接。 
  • 励磁机外壳上的门允许对励磁机进行检查和维护。 
  • 以上所有组件均作为单个单元安装在公共钢平台(床)上。每个部分都设有吊耳,以便在安装和运输时进行搬运。


2.定子

  •  定子铁心是一个空心圆柱体,由叠层的冷轧硅钢板叠层而成。
  • 叠片由绝缘螺栓夹紧。芯部具有通风管,允许冷却剂空气流过它们。 
  • 在铁芯的内周面上设有设计成容纳绕组导体的全长纵向槽。 
  • 定子铁芯通过灵活的安装方式支撑在框架内。 
  • 这种布置可防止高水平的振动传递到机架和基础,而高水平的振动通常是在两极电机中由于磁力而产生的。

3.转子

  • 在转子主体的整个长度上切开槽,以容纳励磁绕组。 
  • 轴的激励器侧具有中心孔,这些中心孔使励磁绕组导线穿过中心孔,以与无刷励磁系统的旋转整流器(RR)连接。 
  • 两个轴向鼓风机安装在发电机转子轴的两端。 
  •  风扇导向装置固定在定子上,该导向装置引导空气流入鼓风机。  
  • 由非磁性材料制成的固定环与绕组端匝配合,以支撑并保护匝免于因运转中的发电机产生的离心力而损坏。 
  • 这也允许转子绕组的轴向热膨胀。 
  • 发电机励磁绕组通过两个穿过转子轴空心中心孔的绝缘导体与无刷励磁系统的RR连接。

4.输出端子

  • CT中继线位于定子机架的下部,在涡轮机的另一侧,用于进行电气输出连接。   
  • CT干线箱容纳了发电机的三个导线,三个线路端子和套管CT。 
  • 适配器盒将发电机线路端子与IPB连接,以提供电源。 
  • 通过套管CT后,三个端子引线短路’形成零线端子,并连接至安装在冷却器单元中的发电机零线接地设备。


 5.中性接地设备

  • 发电机中性点是高阻抗的,通过变压器接地,次级端带有一个限流电阻。 
  •  中性接地设备(NGT)与套管CT一起安装在发电机冷却器单元内’s on neutral leads.

6.冷却系统

  • 发电机内部通过空气冷却,空气由安装在转子轴两端的两个轴流风机(风扇)循环,空气从发电机两端进入,并向内部移动(通过气隙和转子轴向通风槽) )沿轴向分布,然后沿径向通过芯中的通风管道扩散。 
  • 定子中的热空气经过空气冷却器,冷却空气,冷却后的空气再用于下一次循环冷却。一部分冷却空气还在无刷励磁系统和中性接地设备上循环以对其进行冷却。 
  • 冷却水从发电站的闭式循环冷却水系统中供应。发电机的负载取决于运行中的空气冷却器的数量。

7.轴承

  • 发电机使用带外部强制供油的倾斜垫式轴承,每个位置的轴承分为上下两半,轴承绝缘以防止轴中产生的涡流在轴与轴之间通过。否则会损坏轴承的轴承。 
  • 上半部分通过轴承保持器进行绝缘,而下半部分在轴承环和轴承配合面之间使用绝缘板,并通过绝缘螺栓将其固定。 
  • 将绝缘材料插入其他部分,例如在油封和支架之间,以防止轴电流流过这些区域。

8. EXCITER 

大型发电机的典型无刷励磁系统包括以下内容:

-永磁型发电机(PMG)
-交流励磁机
-旋转整流器(RR)
-AVR

9.防冷凝加热器

  •  防冷凝空间加热器安装在发电机定子框架的底侧。
  • 在激励器壳体中,空间加热器安装在激励器壳体内部的壁上。

10.发电机控制面板(GCP)

  • 发电机控制面板(GCP)安装在T / G控制室中,以允许发电机本地同步,选择AVR操作模式。

11.发电机主电路断路器

  • GMCB系统位于由SF6断路器,隔离开关,接地开关组成的复合柜单元中。
  • 发电机断路器为SF6型,自然冷却并通过液压操作。
  • SF6气体填充在水平布置在框架上并通过支撑绝缘子与地面绝缘的母线罐和绝缘管中。断路器中使用了双流量吹风机型灭弧室。

 12.隔离相总线(IPB)

  • IPB用于在发电机的线路端子和发电机变压器的低压端子(16.5kV)之间建立连接。
  • IPB承载来自发电机三相端子的输出功率,并在发电机变压器的端子处传递功率,然后变压器将电压升高,以传递至高压传输系统。

13. TAP CHANGE CHANGE控制

发电机变压器的抽头位置可能需要升高和降低到: 

  • 调节发电机和电网之间的无功功率(VAR)。当变压器的LV侧已经通电时,升高/降低变压器HV的电压。
  • 当变压器从HV侧而不是LV侧通电时,升高/降低变压器LV侧的电压。

如何计算变压器压降


介绍

知道变压器的压降很重要,因为它是影响安装该电压的电气系统性能的因素之一。显然,变压器中的高电压降可能导致系统负载侧的低压。

公式 

单相变压器:Vd = I(R cos theta + X sin theta)
三相变压器:Vd = sqrt(3)x I(R cos theta + X theta)

在哪里:  

Vd =压降
R =电阻 
X =电抗
塞塔 =功率因数角


读:  X / R比的重要性是什么?


示例1(单相变压器)

找到为50 HP电动机提供功率因数为0.70的单相变压器的压降。变压器的制造商额定值如下。
  • 额定电压= 12.7KV /  230V
  •  KVA rating = 100 KVA
  • %R =  2.24 %
  • %X = 3.34%
解决方案:

在这种情况下,变压器的电阻和电抗以百分数形式给出,因此我们需要确定这些量的实际值。在确定实际值时,我们需要使用以下公式,

R实际= 10(%R)(次要KV)^ 2 
                        KVA transformer

R实际= 10(2.24%)(0.23 KV)^ 2     >>使用230 V次级作为基准电压
                          100 KVA 

R实际= 0.01185欧姆>>实际电阻值

X实际  = 10(%X)(次要KV)^ 2
                           100 KVA

X实际= 10(3.44%)(0.23 KV)^ 2 >>使用230 V次级作为基准电压
                              100 KVA

X实际= 0.0182欧姆>>实际电抗值

确定电流值

P = 50马力x  746 W = 37,300 watts
                         HP 

I = P / VL * pf

I = 37,300瓦/ 230 V * 0.7
我= 231安培

cos theta = 0.7 
正弦θ= 0.7

Vd = I(R cos theta + X sin theta)
Vd = 231 A x [(0.01185)(0.7)+(0.0182)(0.7)]

Vd = 4.85伏或

%Vd =  (4.85伏)x 100 = 2.11 %
             230 Volts Base


示例2(三相变压器) 

找到为100 KVA负载提供0.80功率因数的三相变压器的压降。变压器的制造商额定值如下。
  • 额定电压= 12.7KV /  230V
  •  KVA rating = 150 KVA
  • %R =  1.08 %
  • X = 1.63%
解决方案: 
上面的过程仍然相同,但是我们仅在电流的最终计算上有所不同,因为我们可以得到的值将乘以sqrt(3)或1.73。

R实际= 10(%R)(次要KV)^ 2 
                        KVA transformer

R实际= 10(1.08%)(0.23 KV)^ 2     >>使用230 V次级作为基准电压
                          100 KVA 

R实际值= 0.0031欧姆>>实际电阻值

X实际  = 10(%X)(次要KV)^ 2
                           100 KVA

X实际= 10(1.63%)(0.23 KV)^ 2 >>使用230 V次级作为基准电压
                              100 KVA

X实际= 0.0047欧姆>>实际电抗值

确定电流值

I = S /(1.73 x VL)
I = 100,000 VA /(1.73 x 230)
我= 251安培

cos theta = 0.8
sin theta =0。6

Vd = 1.73 x I(R cos theta + X sin theta)
Vd = 1.73 x 251 A x [(0.0031)(0.8)+(0.0047)(0.6)]

Vd = 2.30伏或

%Vd =  (2.30 V)x 100 = 1.0 %
             230 Volts Base

案例研究:150 HP鼓风机电机的变频驱动器安装


介绍

  • 变频驱动器是一种可以降低功耗的电气设备 由于降低了电机速度。 
  • 离心负载不仅用于鼓风机,还包括泵等。
  • 在本案例研究中,该应用程序适用于将热空气提供给干燥箱的鼓风机电动机。
  • 当要干燥的产品小于干燥箱的容量时,就会出现问题,因为干燥机操作员会排出过量的热空气以补偿所需的温度。
  • 由于在给定负载下电机的电能需求是恒定的,因此将热空气排到干燥箱中会浪费能源。
目标
  • 这项研究的目的是减少150 HP,440伏的三相电动机的能量消耗,该电动机驱动干燥箱中的热空气鼓风机。
  • 确定变频器总安装成本的投资回收期 


能源成本计算  

千瓦时=(Pt)x(T o)                                                                              <FMLA.1>
总费用=千瓦时x(费用/千瓦时)                                              <FMLA.2>

                  Pt=消耗的总功率
                  To=营业时间

¨      @ 15 hp,220伏特,三相电动机:

Pt= 150马力* .746
   = 112千瓦
           
¨      @ 24小时每日循环工作:

千瓦时 D= 112千瓦* 24小时= 2688千瓦时

哪里:KWHD=每日KWH消耗

¨      @ P 5.00 / KWH的费用:

总成本= 2688千瓦时* P 5.00 /千瓦时

总成本= P 13,440(每日能源成本)
           
¨      @ 1个月:

总成本= P 13,440.00 * 26(基于每月26个工作日)

             总成本= P 349,440(每月能源成本)

离心负荷的能量计算

Pt = kN 3   * 生命值

            其中:k =比例常数
                        N =电机转速
                        Pt =消耗的总功率

¨      @ 150 HP电动机以100%的速度运行

Pt= k(100%)* 150马力
Pt= 150k

¨      能量计算,每天循环24小时,以100%的速度运行

千瓦时=(Pt)x(T o)                                                    从<FMLA.1>

所以:

千瓦时 D= [k(100%)3 * 150] * 24h

千瓦时 D= 3600k

¨      @ P 5.00 /千瓦时

总成本= 3600k * 5

总成本 FS = P 18,000.00千

(总成本表达式,w /其他值保持成比例常数“k”用于全速运行的离心负载)
带变速驱动器的离心负载的能量计算。


风扇和鼓风机的功率要求与公式中描述的体积流量成正比。


 P= Qw高/ 33,000

其中:Q =流体的体积流率,以立方英尺/分钟为单位。
              W= 流体密度  
               高=  总头英尺
              P =马力

 与离心负载速度有关的功率。

Pt = kN 3   * 生命值
千瓦时=(Pt)x(T o)                                                                            

            其中:k =比例常数
                        N =电机转速
                        Pt =消耗的总功率

功率和体积流率具有线性关系,因此可以直接与成本相关。

例如:150 hp电动机,其以100%的速度运行12小时的日常循环负载,以80%的速度运行8小时,以60%的速度运行6小时。

千瓦时=(Pt)x(T o)             

                Therefore:
千瓦时 D=     [k(100%)3  * 150HP * 12h]
               [k(80%)3  * 150HP * 8小时]
               [k(60%)3  * 150HP * 6小时]
                                                              
千瓦时 D= 1,800k + 614.4k + 194.4 k
千瓦时 D= 2,608.8千

¨      @ P 5.00 /千瓦时

总成本= 2,608.8 k * 5

总成本 VS = 13, 044.00 k

(总成本表达式,w /其他值保持成比例常数“k”适用于上述示例中描述的使用变速驱动和循环负载的离心负载)


结论



 按比例

总成本 VS      =     13,044.00千
          总成本 FS            18,000.00千

 将不带变速驱动器获得的总成本与不带变速驱动器获得的总成本相关联:

总成本 VS = .724 *总成本 FS

成本分析

根据上面所示的一般能源成本计算,一台全速运行24小时的150 hp电动机每月的总能源成本为:

总费用=  P 349,440.00

从采用上述循环占空比示例获得的关系中:

总成本 VS = .724 * 349,440.00   

总成本VS = P 253,227.52(每月总成本w / VFD)

 积蓄

节省= P 349,440.00-P 253,227.52

节省= P 96,212.48(每月节省)

投资回报

总投资(1个单位)= P 435,000.00

投资回收期= P 435,000.00     =    4.52个月
                                             P  96,212.48                             

参考:
  1. 案例:使用变频驱动器对先锋高繁殖种的鼓风机电机进行项目建议的案例研究,作者:Celestino Cole,2007年 
  2. 施耐德电气手册,Altivar 61  

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