CC BY
68
Список литературы
1. Weh H. On the Development of Inverter Fed Reluctance Machines for High Power Densities and High Output. ETZ Archiv. Bd. 6. 1984. PP.135-144.
2. Law J.D., Chertok A., Lipo T.A. Design and Performance of Field Regulated Reluctance Mashine // IEEE Trans. on Industry Applications. 1994. № 5. P. 1185-1193.
3. Law J., Busch T., Lipo T. Magnetic Circuit Modeling of the Field Regulated Reluctance Machine, Part I: Model Development // IEEE Transaction on Energy Conversion.1996. №1. Vol. 11. P. 49-56.
4. Усынин Ю.С., Григорьев М.А., Виноградов К.М. Электроприводы и генераторы с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения // Электричество. 2007. №3. С. 21-26.
5. Статор синхронного реактивного двигателя независимого возбуждения / Ю.С. Усынин [и др.] // Электротехнические системы и комплексы: межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2007. С. 114-117.
6. Синхронная реактивная машина: пат. 2346376 Рос. Федерация, МПК H 02 K 19/24. № 2007126685/09; заявл. 12.07.2007. Опубл. 10.02.2009. Бюл. №4.
Yu. Usy'nin, M. Grigorev, A. SHishkov, A. Gorozhankin, A. By'chkov
New energy saving high-torque electric drives with synchronous reactive machine of independent excitation
The electric drives with Field Regulated Reluctance Machine are considered. The principle of operation, experimental research, comparison with dc and induction motors, control system of Field Regulated Reluctance Machine are representing. Attention is paid to high specific energy densities of this type machine.
Keywords: electric drive, asynchronous motor.
Получено 06.07.10
УДК 621.13
Ю.Н. Тимонин, зам. ген. директора, (4872) 32-77-69, tul energo@ tula elektra.ru (Россия, Тула, фил. "Тулэнерго" ОАО "МРСК" Центра и Приволжья)
РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА
Рассмотрены вопросы охлаждения трансформатора за счет применения регулируемого электропривода.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, регулирование частоты вращения, охладители.
Преобразование энергии происходит в трансформаторе с известными потерями. Подавляющая часть потерь выделяется в виде тепла в активных частях трансформатора, его магнитопроводе и обмотках. Магнитные поте-
ри, выделяющиеся в магнитопроводе, с достаточной точностью можно считать пропорциональными квадрату напряжения и2, электрические потери в обмотках — пропорциональными квадратам токов I2, или /22 . При переходе от одного нагрузочного режима к другому изменяются главным образом электрические потери в обмотках, магнитные потери при постоянном первичном напряжении почти не изменяются [1].
Некоторая часть потерь мощности выделяется также в конструктивных частях (баке, нажимных деталях и т.п.), располагающихся в магнитном поле.
Тепло, выделяющееся в трансформаторе, нагревает его, и температура его частей становится выше, чем температура окружающей среды. По мере увеличения температуры частей трансформатора возрастает поток тепла, передаваемый в окружающую среду, так как тепловой поток пропорционален превышению температуры нагретой части над температурой окружающей среды. Через достаточно большое время (теоретически через бесконечно большое время) рост температуры обмоток прекращается, так как все выделяющаяся в них тепло передается окружающей среде. Установившаяся температура нагретых частей зависит от устройства системы охлаждения, при помощи которой происходит удаление тепла во внешнюю среду.
Трансформатор и его система охлаждения должны работать так, чтобы температура его частей не превышала допустимых пределов. Лимитируется в основном температура частей, соприкасающихся с изоляционными материалами, маслом и другими диэлектрическими жидкостями.
Старение изоляционного материала, выражающееся в уменьшении его электрической и механической прочности, происходит тем интенсивнее, чем выше его температура. Опытным путем выявлено, что повышение температуры на 8 °С сокращает срок службы масляного трансформатора с бумажной изоляцией в 2 раза. Трансформатор может надежно служить в течение 15—20 лет, если его отдельные части имеют в номинальном режиме следующие превышения температуры, °С: обмотки 65, наружные поверхности магнитопровода и конструктивных частей 75, масло в верхних слоях при герметизированном исполнении 60 в остальных случаях 55.
Эти превышения температуры относятся к трансформаторам, отдающим тепло окружающему воздуху, наибольшая температура которого принимается равной 40 °С; при охлаждении водой, температура которой на входе в охладитель считается равной 25 °С, температура может быть увеличена на 15 °С.
Расчетная температура частей трансформатора, обеспечивающая срок службы трансформатора 15 - 20 лет, установлена с учетом наблюдающихся в эксплуатации суточных и годовых колебаний температуры окружающей среды и нагрузки трансформатора. Большую часть времени
(при нагрузке меньшей, чем номинальная, или температуре окружающего воздуха ниже 40 °С) температура изоляции трансформатора не достигает расчетной, что заметно увеличивает срок его службы.
При установившихся коротких замыканиях температура обмоток не должна превышать для масляных трансформаторов с обмотками из меди 250 °С. Допускаемые в реальных условиях эксплуатации длительные нагрузки, а также длительно и кратковременно допустимые перегрузки оговорены в ГОСТ 11677-85 и ГОСТ 14209-85.
Преобразование энергии в трансформаторе неизбежно связано с потерями, выделяющимися в виде тепла (тепловой энергии) в се активных, а также конструктивных частях. Для удаления выделяющегося тепла за пределы трансформатора предусматривается охлаждение при помощи охлаждающего масла, которая непрерывно имеет движения через активные элементы. В трансформаторах с естественным масляным охлаждением активные части (обмотки, магнитопровод), являются источникам тепла, устанавливаются в баке, заполненном трансформаторным маслом. Тепло, выделяющееся в обмотках и магнитопроводе, пердается через их наружную поверхность охлаждающему маслу. Нагретое масло имеет меньшую плотность, чем холодное масло вблизи стенок бака. Возникав конвективная циркуляция масла баке. Около нагретых частей он движется, постепенно нагреваясь, вверх, около стенок бака, постепенно охлаждаясь и отдавая запасенную тепло через стенки бака окружающему воздуху.
Система охлаждения трансформатора состоит из каналов, по которым перемещается охлаждающая среда (масло), и вентилятора или насоса, который создает напор, необходимый для циркуляции охлаждающей среды. В замкнутых системах охлаждения, в которых циркулирует постоянное количество масла, имеются также теплообменники-охладители, предназначенные для охлаждения газа (или жидкости) и удаления тепла во внешнюю среду.
В установившемся режиме каждом горизонтальном сечении устанавливается такое распределение температуры, при котором превышение температуры магнитопровода и обмоток над маслом, с одной стороны, и превышение температуры масла над окружающим воздухом, с другой стороны, оказываются достаточными для того, чтобы все тепло, выделяющееся в активных частях, передавалось за счет конвекции маслу и от масла к стенкам бака, а затем от наружной поверхности стенок бака путем конвекции и теплового излучения к окружающему воздуху Внутри магнитопро-вода, обмоток и стенок бака благодаря большой теплопроводности металлов, из которых они изготовлены, температура изменения масляного трансформатора меняется незначительно. Значительно большие перепады температуры наблюдаются в изоляции обмоток и при передаче тепла от магнитопровода и наружной поверхности изоляции обмоток к маслу и от
масла к стенкам бака. Особенно велик перепад температуры между наружной поверхностью стенки бака и окружающим воздухом
С увеличением мощности трансформатора возникают затруднения с отведением тепла от наружной поверхности бака. Это связано с тем, что потери в трансформаторе, приходящиеся на единицу поверхности, возрастают пропорционально первой степени линейного размера.
Поэтому применяют комбинированную систему охлаждения, состоящая из системы масляного охлаждения с дутьём и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители. Такая система применяется для трансформаторов мощностью 63000 кВА и выше. Охладители состоят из тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором.
Привод масляных насосов, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители. Благодаря высокой скорости циркуляции масла, большой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Такая система охлаждения позволяет значительно уменьшить габаритные размеры трансформаторов. Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.
Схема масляного охлаждения с дутьем и принудительной циркуляцией
масла через воздушные охладители: 1 — бак трансформатора; 2 — масляный электронасос; 3 — адсорбционный фильтр; 4 — охладитель; 5 — вентилятор обдува
Работа привода масляного насоса и вентилятора осуществляется по жесткой программе. Температурная информация снимается с поверхности трансформатора в трех точках. Для обеспечения минимальных потерь как в силовой части трансформатора, так и в системе охлаждения целесообразно обеспечить необходимый уровень охлаждения за счет изменения скорости движения масла и воздушного потока. Изменение скорости движения масла и воздушного потока возможно за счет применения регулируемого электропривода по системе ПЧ-АД как на масляные насосы, так и на вентиляторы по одному частотному преобразователю соответственно на систему.
Список литературы
1. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. Т. 2. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. 525 с.
Y. Timonin
Managed elektroprivod of the system of cooling of transformer The questions of cooling of transformer are considered due to application of managed elektroprivod.
Keywords: asynchronous engine, adjusting offrequency of rotation, okhladitekdli.
Получено 06.07.10
УДК 629.9:502.14:62-83
Б.Ф. Дмитриев, д-р техн. наук, проф., (812) 714-68-39, [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, СПбГМТУ), А.Н. Калмыков, проф., проректор по НР, (812) 714-68-39, [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, СПбГМТУ), А.А. Сеньков, инж., (812) 714-68-39, [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, Центр морской техники «Рубин»)
МНОГОУРОВНЕВЫЕ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Рассматривается применение многоуровневых преобразователей напряжения с широтно-импульсной модуляцией для судовых электроэнергетических систем. Представлены некоторые результаты компьютерного моделирования электромагнитных процессов многоуровневого широтно-импульсного преобразователя при различных видах нагрузки.
Ключевые слова: технические средства, электрическая энергия, энергосбережения, полупроводниковые преобразователи.
Современные суда и корабли содержат сложные технические комплексы, в которых широко используются электроэнергетические и управляющие технические средства. При этом под техническими средствами понимаются основные и вспомогательные устройства, предназначенные для выполнения определённых функций. К ним относятся снабжение потребителей необходимым видом энергии, обеспечение движения и маневрирования корабля, предотвращение аварий и борьба с их последствиями, создание условий жизнеобеспечения и нормальных условий эксплуатации судового оборудования.
Наиболее важной технической системой является энергетическая система корабля (судна), она является многофункциональной, поскольку
80
