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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流检修后备人员培训电机学.精品文档.电 变压器(静止电机)机 直流电机 旋转电机 异步电(动)机交流电机同步(发)电机说明:*部分为电气了解内容变压器部分一、 变压器的基本知识和结构(一) 定义和分类1 定义:变压器是一种静止的电器,它利用电磁感应原理,把一种电压、电流的交流电能,变换为同频率的另一种电压、电流的交流电能,以满足高压送电、低压配电的需要。2 分类 升压变压器:升高电压减小输电电流减少输电线路上能量和电压损耗(1) 用途:A电力变压器 降压变压器:减低电压,供用户使用B试验变压器、C电焊变压器、D仪用变压器(2) 绕组数:双绕组变
2、压器、三绕组变压器(3) 相数:单相变压器、三相变压器(4) 磁路系统:组式变压器、芯式变压器(5) 冷却方式:干式 油浸自冷:厂低变、灰变、保安变、锅炉变、除尘变 油浸风冷油浸式 油浸强迫油循环风冷:#10厂高变、#03高备变 油浸强迫油循环导向风冷:#7、#8、#9、#10主变 线饼间导向垫圈、铁心硅钢片点焊6钢丝或压成槽形油道 充气式(全封闭组合电器GIS)(二) 结构简介(组成)1 铁心:A作用:耦合磁通的主磁路B材料及目的:用导磁率高、磁滞和涡流(铁心)损耗小的铁磁性材料,即单片厚为0.35或0.5mm,其表面涂有绝缘漆的硅钢片叠装C叠装工艺D构成(芯柱和轭)2 绕组:作用:传递交流
3、电能的的电路材料、形式 交叠式同心式(圆筒式630KVA800KVA35KV、连续式630KV35110KV、纠结式如主变220KV31500KVA)3 油箱及变压器油:钢板加散热管和散热器、构成 小容量:普通 大容量:钟罩式 油的作用(绝缘、冷却)(10号、25号、45号、80240KV/cm)4 其他附件:(1)油枕(呼吸器、油表、注油孔、集污盒) A容纳油箱中因温度升高而膨胀的变压器油。B并限制变压器油与空气的接触面积,减少油受潮和氧化的程度。C 呼吸器或吸湿器(变色硅胶:受潮由蓝变红)使油枕上部的空气通过吸湿器与外面空气相通而压力正常。D硅胶等吸附剂用以过滤吸入储油柜内空气的杂质和水分
4、。E油表能保证油位正常。F通过注油孔注入变压器油,防止气泡进入变压器内。 *6300KVA变压器采用充氮或胶囊式油枕 *全封闭变压器无油枕,15年不维修,体积小,用于城市供电。(2)防爆管:当变压器内部发生故障时,油箱内压力升高,油和气体冲破玻璃向外喷出,保护油箱以免破裂。压力释放阀:动作压力53.94.9kpa, 2ms内动作,关闭压力29.4kpa(3)瓦斯继电器:变压器内部故障的保护装置。(4)套管:绕组引线与线路的桥梁瓷(1KV)、充气式(60KV)、电容式(60KV)(5)分接开关:调节变压器的输出电压,可改变高压绕组匝数进行小范围的调压。有、无载分接开关、装高压侧(例主变23622
5、.5%)5个分接头(三)铭牌1型号#8主变、11主变SFP10380000/220三相 高压侧额定电压为220KV额定容量为380000KVA 生产序号 强迫油循环风冷#11、#12厂高变SF1025000/202额定值#11主变:A额定容量:SN380000KVA、B额定电压:U1N为2362.5%KV, U2N为20KV、C额定电流I1N为929.6A,I2N为10970A额定电流计算公式:I(1,2)N=二、变压器基本工作原理(一)基本概念原、副绕组 物理过程 主、漏磁通 基本原理:电磁感应变压器是利用电磁感感应原理,借助具有不同的匝数的原副绕组之间的磁耦合作用,改变原副边电压、电流,而
6、不改变频率,从而实现交流电能传递的目的。 E1 m E2 U20U1 I0 1 E1电 磁 电=电磁感应(二) 变压原理1 电压、电势和磁通三者关系U1E1=4.44 f N1mU20=E2=4.44 f N2m 同频率2 变比 k=E1/E2U1/U20=N1/N2或例:三相变 Y,d k=(三) 变流原理I1/I2N2/N1=1/k(电流互感器)或(四) 变阻抗原理ZL/=2ZL(收音机)(五) *标么值与百分值1定义 实际值 A*=A/AN标么值 额定值2优缺点3标么值与百分值的关系百分值=标么值1004例:#11主变 短路阻抗ZK%=13.55() I0(%)= 0.319(I0*)三
7、、三相变压器 组式:特点:互不关联,优缺点(一)磁路系统芯式:特点:彼此关联,优缺点:材料 、面积 效率(二)三相变压器的连接组别1原副绕组极性=同异名端:*单相或三相变压器某相高、低压绕组感应电势相位关系。结论:A、若高、低压绕组A与a为同极性端,则高、低压相电势、相位相同;B、若高、低压绕组A与a为同极性端,则高、低压相电势、相位相反。2三相绕组的连接(正确):星形和三角形3时钟表示法与连接组别:以高压侧线电势相量及低压侧对应的线电势相量,形象地分别看成时钟上长针和短针,并令长针指向时钟面的“12”,则低压侧线电势相量指向时钟的数字即为连接组别为第几组。4国家标准连接组别:Y,y0和Y,d
8、11例:#712主变的接线组别YN,d11;厂低变、灰变、保安变、锅炉变、除尘变Y,yn0;#10厂高变的接线组别D,d,d0 0;#03高备变YN,d,d11 11异步电动机部分一、旋转磁场(一)定子旋转磁场的产生(条件)以两极(2p=2)磁场电机为例:i0时,首进“”尾出“”结论:在三相对称的定子绕组中,通入三相对称交流电流,则产生旋转磁场。电流从02,则磁场顺时针转一周(二)旋转磁场的旋转方向结论:旋转磁场转向取决于三相电流的相序(由超前相 滞后相)=调换电动机任意两相定子绕组所接的电源接线,旋转磁场反向旋转,电动机转子亦反转。(三) 磁场的旋转速度1、2p=2时,电流变化02,则磁场顺
9、时针转一周,即n1f1,n1=3000r/min2、2p=4时,即n11/p, n1=1500r/min当p对磁极时,n1= 磁极对数(四)单相脉动磁场结论:在单相定子绕组中,通入单相交流电流,则产生不能旋转的脉动磁场。二、异步电动机的基本工作原理及分类(一)三相异步电动机的转动原理1旋转磁场的产生(电 磁)三相对称的定子绕组中,通入三相对称交流电流,则产生旋转磁场(n1)2.转子感应电流的产生(磁 电) 右手 短接旋转磁场切割转子绕组的导体(静止) 产生感应电势 形成感应电流 定则 绕组3.转子电磁转矩的产生(电磁 电磁力) 左手载流的转子导体在旋转磁场中 电磁力 电磁转矩 驱动转子旋转(n
10、) 定则将实现机械能转换成电能。(二)异步电动机的转速与转差率(1)异步概念0nn1转子转速 同步转速 (定子旋转磁场) 两者同向而不同速(2)转差率S=(0S1)(三)分类1 按转子结构:绕线型和笼型2 按防护形式:开启式(IP11清洁)、防护式(IP22、IP23防滴如水泵)、封闭式(IP44尘多如磨煤机)3 按使用环境:船用、化工用、高原用、湿热带用4 按容量:大、中、小和微型三、 结构简介(组成) 定子 鼠笼式 转子 绕线式(一)定子 放绕组1定子铁心:作用、材料、开槽 形状有开口(高压)、半开口(中小型)、半闭口(小型)2定子绕组:三相对称定子绕组 首尾端引入接线盒 接成Y、3机座
11、大型:钢板作用(固定铁心)、材料 铸铁、铸铝(二)转子1转子铁心:材料、形状2转子绕组:(1)鼠笼式转子 导体 铝液浇铸 单鼠笼裸导条 (形似笼状) 铜条插入 双鼠笼 (磨煤机) 短路环 铜环焊接 深槽式 大容量(2)绕线式转子 三相对称转子绕组 尾端接成Y 首端引至滑环 电刷 变阻器 启动时接入 运行时举刷装置将滑环短接比较两种电动机的优缺点:鼠笼式电动机结构简单、造价低、维修方便;绕线式电动机结构复杂、造价高、维修麻烦。故鼠笼式电动机应用广泛。(三) 其他附件端盖、轴承、风扇(四) 铭牌1 型号例:#8、#9、#10给水泵Y90024 #7水冷泵Y250M2 异步电动机 磁极数 中型机座
12、机座中心高(mm)#8、#9、#10定子水冷泵Y200L22 铁心长度号2 额定电压:额定运行状态下定子绕组施加的线电压(V)3 额定电流:额定运行状态下定子绕组流过的线电流(A)4 额定功率因数5 额定效率:额定运行状态下由转轴端输出的机械功率(KW)6 额定转速 小型(4KW)8 工作方式:连续S1(给水泵、风机)、短时S2(机床、水闸启闭机)10.30.60.90min、断续S3S8(起重机、电梯)15%.25%.40%60%9 防护形式:开启式(清洁)IP11、防护式(防滴)IP22、IP23、封闭式(尘多)IP44求额定电流:IN=四、转矩与电压、功率的关系1转矩与电压的关系:MU1
13、2 KW2转矩与功率的关系:MN=五、转矩特性和机械特性 N.m r/min1 转矩特性曲线过载能力:表示电动机能承担过载而不致停转的能力。1.62.2启动转矩倍数:衡量电动机启动性能的重要指标。1.02.02机械特性曲线3稳定工作区和不稳定工作区(恒转矩) (变转矩风机)4曲线的两种变动情况六、启动(方法)1 存在的问题及危害和基本要求存在的问题及危害:启动电流Ist大,启动转矩Mst不大。使电动机绕组过热及影响其它设备正常工作。基本要求:足够大的启动转矩Mst,时间短;尽可能小的启动电流Ist;简单、经济、可靠、维护方便;没有冲击。2鼠笼式电动机启动(1) 直接(全压)启动:(厂辅机)优缺
14、点:简单、经济、可靠等。但Ist过大。应用:PNn1时(起重机下放重物时),将机械能转化为电能,向电网送电。优缺点:经济性能好,应用范围窄。应用于起重机、电动机车和多速电动机。同步电机部分一、 同步发电机的基本知识及结构(一) 基本原理1、结构简介2、基本原理(文字) 原动机旋转励磁电流 励磁绕组 恒定、旋转磁场 三相对称定子绕组依次切割 产生三相对称的交流电势。概括:定子绕组导体切割转子主磁场产生感应电势。电生磁、磁生电。(二)交流电势的频率 2 变化一次 转子转速(r/min)f n、p 转子磁极对数(三)同步概念当发电机带上三相对称负载时 三相对称交流电流通入三相对称的定子绕组 产生旋转
15、磁场(定子即电枢) 其与转子同速同向。(四)分类1.原动机 汽轮发电机 卧式 隐极式水轮发电机 立式 凸极式2.冷却介质和方式 外冷510万kw空外冷 氢 转子内冷、定子外冷1025万kw水内冷 定、转子内冷2060万kw组合:水-水-空(上海电机厂30万kw)(7#发电机转子水冷是中心孔进水,表面出水) 水-水-氢(上海电机厂30万kw) 水-氢-氢(哈尔滨电机厂60万kw)冷却系统(举本厂例)1空冷(10万KW)(1)轴向分段通风系统(从背后看):冷却器在机身下部,轴流式风扇“两进三出” 两段进风 或“四进五出” (例#7#10铁心) 三段出风 (长度长容量大)(2)径向交迭通风系统:离心
16、式风扇2 氢冷(常用的两种组合) A定子绕组水内冷(并联、半圈一水路)、B转子绕组氢内冷(转子线圈系采用槽下有通风副槽即槽底副槽的转子径向通风,铜线直线段有两排径向通风孔,端部每匝铜线也有通风沟槽的轴向及切向内冷的通风系统。)C定子铁心氢内冷(冷风进经铁心外圆,流入铁心径向通风道再经气隙回到风扇。) (*例#12,四台冷却器在机两端冷却热氢气,然后重复进入循环,风扇为抽风式) 定子绕组氢外冷、转子绕组氢内冷、定子铁心氢内冷、(#1、#4、#5、#6“两进三出”).3转子常用的通风系统的几种形式:(1)转子表面冷却(空冷)(2)气隙取气斜流通风:“四进五出”、进出风斗、氢冷(例)(3) 槽底副槽
17、的转子径向通风(例#12)转子轴向通风(“两进三出”空冷)二、同步发电机的基本结构(以空、水冷为例)(组成)1转子(1)转子铁心:磁路、材料(整块钢锻造)、制造工艺(整体式和组合式)、开槽(辐射式和平行式、大小齿)(2)励磁绕组:材料(扁铜线、同心式)、绝缘 匝或层间(环氧酚醛玻璃布或云母带) 槽(塑性云母板)、固定 槽部用槽楔(硬铝或铝青铜) 端部用护环(3)护环(圆环形钢套即非导磁合金钢):作用是把励磁绕组的端部套紧,以防绕组端部甩出。 搭接式(2.5KW易磨损)形式 悬挂式(大容量)(4)中心环(圆盘形环):作用是用来支持护环和防止转子绕组端部的轴向移动。(5)滑环(和电刷):直流电流通
18、过静止的正负电刷和两互相绝缘在转轴上随转子转动的滑环引入转子励磁绕组。*(6)阻尼绕组:构成(槽楔下铜条与护环下铜环焊接)作用是削弱负序旋转磁场以及发电机发生振荡时起阻尼作用。(7)风扇(离心式、轴流式)2定子(电枢)(1)定子铁心A材料(大容量0.35mm无取向冷轧硅钢片,小容量125MW以下0.5mmD41热轧硅钢片)及作用B 压圈(无磁性铸铁以减小端漏磁),压住硅钢片C齿压板(无磁性铸铁以减小齿漏磁),压住铁心齿部压圈在齿压板上D测温元件:铜或铂丝绕成,多埋几档(迭入扇形酚醛压板凹槽内,测铁心温度)(2)定子绕组A测温元件:监视定子线棒断水,还可确定断水线棒*B线圈换位:原理:集肤效应
19、损耗增大方法:每股导线沿线棒全长尽可能占槽深不同位置。几种方法:180。、360。、540。C线圈绝缘:防晕处理:6.3KV定子线棒出口处涂半导体+玻璃丝带。*D线圈固定:槽部:原因:线圈的电流与槽磁通作用,产生电磁力,其以100HZ将线棒推向槽底,大小与电流平方成正比-机械磨损;线棒表面与槽壁接触不良,火花放电,在防晕层及主绝缘表面产生电、热、机械、化学等作用蚀伤现象-电腐蚀。措施:槽内线棒一侧放波形半导体玻璃布板,槽内采用适形材料垫条等。端部:原因:定子绕组端部承受巨大的电磁力及端部振动和磨损严重。措施:压板加绑线、端箍、线鼻间用用适形材料作垫块。*E定子端部发热问题原因:端漏磁通 在边端
20、铁心和定子端部结构件上产生涡流而发热,使压圈发热高达300。C磁屏蔽齿压板与压圈之间放磁屏蔽(薄硅钢片) 减少垂直进入边端铁心的漏磁通大部分磁通进入磁屏蔽环内使齿压板和边端铁心温度降低(疏)30万机组装两道磁屏蔽环 压圈外侧 压圈与齿压板电(铜或铝)屏蔽(阻尼板) 压圈上放电屏蔽 端部漏磁通通过时(轴向) 电屏蔽上产生的涡流形成的磁场阻碍阻挡磁通进入压圈和边端铁心的作用。(堵)三、励磁方式1励磁机的作用:提供励磁电流、调节励磁电流可调电压和无功功率2几种励磁方式(举例)(1)直流励磁机励磁(10万KW)例:#1自并励直流电机#2、3主励它励直流电机、副励自并励直流电机#4、5主励它励直流电机、
21、副励永磁机(2)半导体励磁他励励磁系统a.静止半导体励磁 #7#10主励是100HZ和150HZ的感应子电机 #7#10副励是350HZ的永磁发电机 #6主励感应子电机、副励永磁机b.旋转半导体励磁(无刷励磁),副励为350HZ永磁机,主励为350HZ交流发电机。旋转部分装在大轴自励励磁系统a.自并励励磁系统(仅有整流变压器)(例#12):发电机启动后,由电厂的直流电源或剩磁供给起励电流。b.自复励励磁系统(整流变压器+串联变压器即变流器): 产生与定子电流相应的电压,以补偿短路时发电机的压降,保证强励。(3)谐波励磁系统在发电机定子槽内嵌有3次谐波附加绕组 产生3次谐波电势 整流 供励磁四、
22、铭牌1型号: QFQ502汽轮 2极磁极发电机 额定功率50MW 氢冷例:#7#10 QFS3002#12 QFSN3002水内冷 氢内冷2额定值(概念)(1)额定容量SN或额定功率PN:是发电机在额定运行时出线端的额定视在功率,一般用KVA或MVA为单位;是发电机在额定运行时输出的额定有功功率,一般用KW或MW为单位(2)额定电流IN:是发电机在额定运行时流过三相定子绕组的线电流,一般用KA或A为单位(3)额定电压UN:是发电机在额定运行时三相定子绕组的线电压-,一般用KV或V为单位(4)额定功率因数cosN:是发电机在额定运行时的功率因数,即额定有功功率与额定视在功率之比,cosN=计算I
23、N=五、定子绕组的电动势(一)磁路及磁场分布主、漏磁通概念 主磁通分布:非正弦波分解(二)基波感应电势公式(与变压器比较) E1=4.44fNkw1(三)高次谐波电动势及削弱方法(E=4.44fNkw)1 磁场的分解及危害 基波主磁通分布:非正弦波分解 高次谐波:=3、5、7 基波电势产生非正弦波电势: 高次谐波电势:=3、5、7高次谐波电势引起附加损耗、通讯干扰(15003000HZ)和过电压(线路谐振)2措施(1)改善主极磁场分布(2)*定子绕组采用“Y”,以消除线电势中的3次及倍数谐波(3)采用短距绕组削弱或消除谐波电势(y1=4/5.消除5次,y1=2/3.消除3次)(4)采用分布绕组
24、来削弱谐波电势*(5)齿谐波电势及削弱方法(对电动机即为附加转矩)原因:定子槽开口引起的气隙磁导的不均 齿谐波磁通,而产生齿谐波电势。(对电动机有附加转矩,而引起振动和噪音)。措施:A.采用磁性槽楔(中型电动机机电动机)或半闭口槽(小型电动机)B.采用定子斜槽削弱齿谐波(中小型异步电动机和小型能够同步发电机)C.采用分数槽绕组(如q=3/2)(水轮发电机和低速电机)六、电枢反应*1电枢反应概念发电机负载时,定子即电枢旋转磁场对转子主磁场的影响。2电枢反应与电机运行的关系(1)当发电机带纯电阻性负载 时交轴电枢反应,有功电流 电枢磁场与转子电流 电磁力 制动转矩 能量转换 必须随有功负载的变化调
25、节原动机的输入功率(进汽量),调有功功率否则频率将下降,即要维持频率 不变须调节原动机的输入功率(进汽量)。(2)当发电机带感性负载时去磁电枢反应 磁场削弱 发电机端电压降低 要维持发电机端电压不变 必须随着无功负载 的变化调节转子励磁电流 。(3)当发电机带容性负载时助磁电枢反应 磁场增强 发电机端电压降低 要维持发电机端电压不变 必须随着无功负载的变化调节转子励磁电流 。七、参数(同步电抗)1漏抗 X 与漏磁通相对应 引起发热、电压降2电枢反应电抗Xa 与电枢反应磁通相对应 影响端电压。3同步电抗Xt=Xa+X 端电压波动运行稳定性八、并列运行(一)并列运行的优点提高供电的可靠性、提高电能
26、质量、提高运行效率。(二)并列的条件与方法1准同步并列法(1) 并列条件:A、UF=U(10%,事故20%),B、UF与U相位相同(20。),C、fF=f(30万KW0.5HZ),尽可能fFf即整步表指针顺时针D、相序相同。(2)*不满足条件的不良影响和后果UF与U大小不等冲击电流h为感性,定子绕组受冲击电磁力,损伤定子绕组端部(变形)F与相位不同h为有功分量,在转子产生冲击(制动)转矩,严重损伤转轴(30。)fF与f频差太大时有制动转矩(送出有功),时有助动转矩(吸收功率),产生机组振动和功率振荡。相序不同产生无法消除环流危害安全。2自同步并列法相序与频率基本接近 合断路器 立即加励磁。(三
27、)功角特性1公式:输出功率P2PM=2功角特性曲线3功角的意义 定子对转子“磁拉力” n f 须汽门 PM (有功)(四)并列运行时有功功率的调节1有功功率调节调节发电机输出有功功率,须调节原动机输入功率(汽门)(功角)。2静态稳定发电机受电网或原动机微小、暂时的扰动,扰动消失后能否恢复稳定运行点。a点是稳定运行点,b点是不稳定运行点(失步)。静稳定范围:0。90。)条件:最大减速面积加速面积2振荡失步时物理量的变化及防止措施定子电压、电流和功率大幅度摆动,转子电流也较大幅度摆动,转动声不恒定与表计摆动响应。措施:(1)增加励磁电流(2)故障期投入加载电阻(3)装阻尼绕组(4)发电机与系统解列