Ток возбуждения: HydroMuseum – Ток возбуждения

HydroMuseum – Ток возбуждения

Генераторы
постоянного тока могут быть выполнены с магнит­ным и электромагнитным
возбуждением. Для создания магнитного потока в генераторах первого типа
используют постоянные магниты, а в генераторах второго типа — электромагниты.
Постоянные магниты применяют лишь в машинах очень малых мощностей. Таким
образом, электромагнитное возбуждение является наиболее широко используемым
способом для создания магнитного потока. При этом способе возбуждения магнитный
поток создается током, протекающим по обмотке возбуждения.

В
зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока могут
быть с независимым возбужде­нием и с самовозбуждением.

При
независимом возбуждении обмотка возбуж­дения включается в сеть вспомогательного
источника энергии по­стоянного тока. Для регулирования тока возбуждения Iв в цепи обмотки
включено сопротивление rр. При таком
возбуждении ток Iв не зависит от
тока в якоре Iя.

Недостатком
генераторов независимого возбуждения является потребность в дополнительном
источнике энергии. Несмотря на то, что этот источник обычно имеет малую
мощность (несколько процентов мощности генераторов), необходимость в нем
является большим неудобством, поэтому генераторы независимого возбуж­дения
находят очень ограниченное применение только в машинах высоких напряжений, у
которых питание обмотки возбуждения от цепи якоря недопустимо по конструктивным
соображениям.

Генераторы
с самовозбуждением в зависимости от включения обмотки возбуждения могут быть
параллельного, по­следовательного и смешанного возбуж­дения.

У
генераторов параллельного возбуждения ток мал (несколько процентов номинального
тока якоря), и обмотка возбуждения имеет большое число витков. При
последовательном возбуждении ток возбуждения равен току якоря и обмотка
возбуждения имеет малое число витков.

При
смешанном возбуждении на полюсах генератора помеща­ются две обмотки возбуждения
— параллельная и последователь­ная.

Процесс
самовозбуждения генераторов постоянного тока про­текает одинаково при любой
схеме возбуждения. Так, например, в генераторах параллельного возбуждения,
получивших наиболее широкое применение, процесс самовозбуждения протекает
следую­щим образом.

Какой-либо
первичный двигатель вращает якорь генератора, магнитная цепь (ярмо и сердечники
полюсов) которого имеет не­большой остаточный магнитный поток Ф0.
Этим магнитным пото­ком в обмотке вращающегося якоря индуктируется ЭДС Е0,
со­ставляющая несколько процентов номинального напряжения ма­шины.

Под
действием ЭДС Е0 в замкнутой цепи, состоящей из якоря и обмотки
возбуждения, протекает ток Iв.
Намагничивающая сила обмотки возбуждения Iвw (w— число витков)
направлена согласно с потоком остаточного магнетизма, увеличивая магнитный
поток машины Ф, что вызывает увеличение как ЭДС в обмотке якоря Е, так и тока в
обмотке возбуждения Iв. Увеличение
последнего вызывает дальнейшее увеличение Ф, что в свою очередь увели­чивает Е
и Iв.

Из-за
насыщения стали магнитной цепи машины самовозбуж­дение происходит не
беспредельно, а до какого-то определенного напряжения, зависящего от скорости
вращения якоря машины и сопротивления в цепи обмотки возбуждения. При насыщении
стали Магнитной цепи увеличение магнитного потока замедляется и про­цесс
самовозбуждения заканчивается. Увеличение сопротивления в цепи обмотки
возбуждения уменьшает как ток в ней, так и маг­нитный поток, возбуждаемый этим
током. Поэтому уменьшается ЭДС и напряжение, до которого возбуждается
генератор.

Изменение
скорости вращения якоря генератора вызывает из­менение ЭДС, которая пропорциональна
скорости, вследствие чего Изменяется и напряжение, до которого возбуждается
генератор.

Самовозбуждение
генератора будет происходить лишь при определенных условиях, которые сводятся к
следующим:
  1. Наличие потока остаточного магнетизма. При
    отсутствия этого потока не будет создаваться ЭДС Е0, под
    действием котором в обмотке возбуждения начинает протекать ток, так что
    возбуждение генератора будет невозможным. Если машина размагничена и не имеет остаточного намагничивания, то по
    обмотке возбуждения надо пропустить постоянный ток от какого-либо
    постороннего источника электрической энергии. После отключения обмотки
    возбуждения машина будет иметь вновь остаточный магнитный поток.
  2. Обмотка возбуждения должна быть включена согласно с
    потоком остаточного магнетизма, т. е. так, чтобы намагничивающая сила этой
    обмотки увеличивала поток остаточного магнетизма.
  3. При
    встречном включении обмотки возбуждения ее намагничивающая сила будет уменьшать
    остаточный магнитный поток и при длительной работе может полностью размагнитить
    машину. Если обмотка возбуждения оказалась включенной встречно, то необходимо
    изменить направление тока в ней, т. е. поменять ме­стами провода, подходящие к
    зажимам этой обмотки.
  4. Сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть чрезмерно большим, при очень большом сопротивлении
    цепи воз­буждения самовозбуждение генератора невозможно.
  5. Сопротивление внешней нагрузки должно быть велико,
    так как при малом сопротивлении ток возбуждения будет также мал и
    самовозбуждения не произойдет.

Управление возбуждением двигателей постоянного тока

Управление двигателями постоянного тока

По способу возбуждения двигатели постоянного тока подразделяются аналогично генераторам на двигатели независимого (рис.1), параллельного (рис.2), последовательного (рис.3) и смешанного (рис.4) возбуждения. При параллельном, последовательном и смешанном возбуждении  напряжение на обмотке возбуждения зависит от напряжения на обмотке якоря, при независимой системе возбуждения, обмотка возбуждения питается от дополнительного источника постоянного тока и не зависит от режима работы и нагрузки двигателя.

 Рис.1 Схема независимого возбуждения

Рис.2 Схема параллельного возбуждения

Рис.3 Схема последовательного возбуждения

Рис.4 Схема смешанного возбуждения

Для регулирования скорости двигателей постоянного тока применяют различные способы.


В общем случае скорость двигателя определяется выражением:

Как видно из выражения (1. 1), регулировать скорость двигателя постоянного тока возможно двумя способами:

— Изменением питающего напряжения U




— Изменением магнитного потока машины Ф (изменением тока возбуждения)




Раньше регулирование питающего напряжения встречало трудности связанные с преобразованием напряжения постоянного тока, изменение скорости вращения двигателя осуществлялось с помощью включения в цепь якоря дополнительного регулировочного реостата. Основными недостатками этого метода являются  потери в реостате, через который протекает ток полной нагрузки двигателя, неудобство управления.




Наиболее удобным, распространенным и экономичным способом регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока, является изменение магнитного потока машины (изменение тока возбуждения). Экономия связана с тем, что в данном случае управлять можно не большим током якоря, а малым током возбуждения, что уменьшает потери и удешевляет систему управления.   Однако этот способ позволяет лишь увеличивать скорость вращения двигателя.




Согласно выражению (1.1), с уменьшением Ф скорость возрастает (рис.5). Двигатели рассчитываются для работы при номинальном режиме с наибольшим значением Ф, т. е. с наименьшей величиной n. При таком регулировании к. п. д. двигателя остается высоким, так как мощность возбуждения мала, и потери при регулировании минимальны. Максимальная скорость вращения в данном случае ограничивается механической прочностью машины и условиями ее коммутации.

    

Рис.5 Характеристики ДПТ при регулировании тока возбуждения



Современные способы регулирования скорости двигателей постоянного тока

Сегодня основным средством управления двигателями постоянного тока становятся современные  тиристорные регуляторы (назовем их “приводы постоянного тока”), их производят множество фирм, специализирующихся на приводной технике (например, Control Techniques, Siemens, Sprint-Electric и т. д.).  Современные приводы постоянного тока позволяют управлять не только скоростью вращения двигателя, но и его моментом (например, на линиях намотки). За счет различных интерфейсов обмена сигналами с автоматизированной системой управления, изменять параметры работы двигателя достаточно просто и удобно.

Приводы постоянного тока могут работать как в одном квадранте, так и во всех четырех, при этом изменяя не только ток обмотки якоря, но и ток обмотки возбуждения — многие приводы имеют встроенные “контроллеры поля”, что дает возможность регулировать скорость двигателя в самом широком диапазоне.

Следует отметить, что “ослабление” поля при задании скорости двигателя выше номинальной, привод  производит автоматически, контроллер поля представляет собой тот же тиристорный регулятор. Встроенные контроллеры поля имеют приводы Mentor, Mentor MP (Control Techniques),  PL, PLX (Sprint-Electric). Остальные модели приводов постоянного тока этих брендов для питания обмотки возбуждения двигателей имеют неуправляемые выпрямители.




Номинальный ток контроллеров возбуждения приводов постоянного тока имеют следующие значения:

Sprint-Electric PL, PLX —  8A (для приводов с номинальным током якоря 12-123A), 16A (для приводов с номинальным током якоря 155-330A), 32A (для приводов с номинальным током якоря 430-630A).

Control Techniques Mentor — M25(R) — M210(R) —  8 А, остальные габариты с неуправляемым выпрямителем.


Control Techniques Mentor  MP —


MP25Ax(R), MP45Ax(R), MP75Ax(R), MP105Ax(R), MP155Ax(R), MP210Ax(R) — 8А


 MP350Ax(R), MP420Ax(R), MP550Ax(R), MP700Ax(R), MP825Ax(R), MP900Ax(R) — 10A


MP1200Ax(R), MP1850Ax(R) — 20А.




Для токов обмотки возбуждения имеющих значение свыше 8А, Control Techniques предлагает внешние контроллеры поля, которые связываются с приводом постоянного тока по цифровой шине — это контроллеры FXM-5 (до 90А) и FXMP-25 (до 25А).




На практике часто встречаются двигатели с низковольтными обмотками возбуждения с большими токами. В данном случае, для изменения тока можно применить приводы постоянного тока, при этом вместо обмотки якоря подключить обмотку возбуждения. Это может быть любой аналоговый или цифровой привод постоянного тока. При использовании в качестве регуляторов поля простых аналоговых преобразователей Sprint-Electric (модели 340, 680, 1220, 340i, 680i, 1220i, 370, 370E, 400E, 800E, 1200E, 400, 800, 1200, 400i, 1600i, 3200i, SL, SLE), производитель рекомендует настраивать их в режим управления моментом.


Привод Mentor MP (Control Techniques) имеет для этого специальный режим.

По всем возникшим вопросам обращайтесь пишите нам на [email protected], тел.(812) 635-9030

Ток возбуждения трансформатора – Помехи напряжения

Что такое возбуждение трансформатора
Текущий? При подаче нормального напряжения на клеммы
трансформатора с разомкнутой вторичной цепью, в
начальный. Этот ток называется током возбуждения трансформатора и течет все время во время работы.
трансформатора. Ток возбуждения требуется трансформатору для поддержания
магнитное поле внутри сердечника и составляет в основном
не зависит от вторичной нагрузки . В этом есть две составляющие
ток:

* Составляющая тока потерь в сердечнике

* Составляющая тока намагничивания

Ток потерь в сердечнике

Ток потерь в сердечнике может быть
считаются резистивными потерями в сердечнике и находятся в фазе с приложенным
Напряжение. Ток потерь в сердечнике определяет
потери холостого хода трансформатора . Ток потерь в сердечнике представляет собой
потери холостого хода трансформатора и включают потери в железе, небольшие диэлектрические
потери и потери в меди, вызванные протеканием тока возбуждения. Из них только
потери в стали, вызванные вихревыми токами, значительны. Потери зависят от частоты,
максимальная магнитная индукция и характеристики магнитопровода. Значения основных потерь
обычно предоставляются трансформаторным заводом во время доставки продукта.

Ток намагничивания

Составляющая тока намагничивания отстает от приложенного напряжения на 90 градусов, и ее величина зависит от числа витков в первичной обмотке, формы кривой насыщения трансформатора и максимальной плотности потока, на которую рассчитан трансформатор. Ток намагничивания является чисто реактивным током и, следовательно, не вносит прямого вклада в потери холостого хода. Для работы трансформатора требуется реактивная мощность намагничивания (VARS), и этот ток должен обеспечиваться источником.

Как рассчитать реактивную мощность трансформатора?

Компонент тока намагничивания имеет интересную форму. Ниже показана форма сигнала трансформатора 30 кВА 480 В/208 В без нагрузки.

Форма волны тока возбуждения трансформатора

Почему намагничивающая составляющая тока возбуждения трансформатора имеет такую ​​форму?

Это взаимодействие между магнитным потоком, создаваемым в сердечнике, и кривой «B-H» стали сердечника, которая создает эту форму. Уравнение для первичной цепи трансформатора с разомкнутой вторичной обмоткой можно записать так:

Если мы нанесем результирующий поток ø (зеленая кривая ниже) на кривую B-H (красная кривая) стали сердечника трансформатора, мы можем получить пиковую форму тока намагничивания и иметь эту особую форму. Обратите внимание, что полный ток (ток возбуждения) представляет собой векторную сумму тока намагничивания и тока потерь в сердечнике. Однако, поскольку составляющая потерь в сердечнике очень мала, она не влияет на форму полного тока. Трансформаторы предназначены для работы вблизи пика кривой B-H вблизи криволинейной части. В результате во время каждого пика формы потока ток возбуждения приобретает необычную форму, как видно из анимации ниже.

Бабак. К. Шандиз [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] Эквивалентная схема трансформатора в условиях обрыва вторичной цепи

Обратите внимание, что потери в сердечнике
ток (I c ) в основном совпадает по фазе с напряжением питания (V oc )
а ток намагничивания (I m ) отстает от напряжения на 90 0 . Суммарный ток возбуждения I ex
можно рассчитать следующим образом:

Векторы тока возбуждения трансформатора

Типичный ток потерь в сердечнике (I c ) составляет около 1% от тока полной нагрузки. Обычно ток намагничивания (I m ) может варьироваться от примерно 0,25% до примерно 5% тока полной нагрузки (0,05 о.е.) и может достигать 10% в некоторых специальных трансформаторах.

Ниже приведены результаты испытаний фактических токов возбуждения и потерь холостого хода для современных сухих трансформаторов, которые можно использовать в качестве справочных материалов. Обратите внимание, что токи указаны в процентах от номинального тока полной нагрузки трансформатора, а системная частота составляет 60 Гц.

Результаты теста на ток обработки трансформатора.

1 4 000 13 800 4 160 0,263 7 790 9008
2 4 000 13 800 4 160 0,265 7 743 3 2 000 13 800 480 0,258 3 833 4 2 000 13 800 480 0,247 3 797 5 2 000 13 800 480 0,254 3 795 6 2 000 13 800 480 0,244 3 712

Возбуждение
гармоники тока в трансформаторах

Фурье-анализ
форма волны тока возбуждения покажет, что ток богат третьими гармониками , за которыми следуют меньшие проценты
из пятого и седьмого и девятого. Третья гармоническая составляющая обусловлена ​​почти
полностью из-за тока намагничивания и очень мало из-за потерь в сердечнике
Текущий.

Типичные уровни гармоник тока возбуждения трансформатора показаны в процентах от тока полной нагрузки.

Ток третьей гармоники составляет приблизительно 50 %
фундаментальный, пятый около 15% и седьмой около 1-2%.

Следует отметить, что
поток третьей гармоники тока и напряжение третьей гармоники в трансформаторе
клеммы обмотки зависят от типа соединений трансформатора и типа
основной конструкции. Эта тема обсуждается в статье ниже.

Как
соединения трансформатора влияют на напряжения и токи третьей гармоники?

Захватывающий
Испытание на ток и потери

Испытание на ток возбуждения в трансформаторе — это испытание на разомкнутую цепь, проводимое путем приложения номинального напряжения при номинальной частоте к одной из обмоток, а другая обмотка разомкнута. Из соображений безопасности и удобства измерения обычно проводят на стороне низкого напряжения, оставляя сторону высокого напряжения разомкнутой. Это испытание используется в основном для оценки :

*Состояние магнитной цепи трансформатора

*Поворот к витку изоляции обмотки

*Состояние переключателя ответвлений

*Найти параметры сердечника трансформатора (сопротивление и импеданс)

Ток и потери в
ватты измеряются во время теста. Резистивный ток потерь в сердечнике (I c )
является мерой количества энергии, потребляемой в процессе создания
магнитный поток в сердечнике. Эта энергия представляет собой потери холостого хода трансформатора.
(Ватт = E* I c ).

Любая проблема с сердечником увеличит сопротивление магнитного поля.
схема и, следовательно, более высокий первичный ток.
Поворот на шорт создаст
дополнительный ток в трансформаторе , что приведет к повышению
чем ожидалось захватывающий ток. Выше ожидаемого/опубликованного возбуждающего тока
укажет на проблемы с трансформатором, которые могут потребовать доп.
осмотр.

Возбуждающий ток и холостой ход
измерения потерь рекомендуются в качестве рутинных диагностических тестов и во время
приемочные испытания или когда трансформатор подвергается экстремальным физическим нагрузкам.

Как найти индуктивность намагничивания трансформатора?

Калькулятор трансформатора

Проверка тока возбуждения силовых трансформаторов

Ислам Дауд

Ислам Дауд

Инженер по испытаниям и обслуживанию силовых трансформаторов и компонентов подстанций

Опубликовано 24 марта 2021 г.

+ Подписаться

Проверка тока возбуждения трансформатора обычно считается полезным диагностическим инструментом, который часто может выполняться с тем же оборудованием, которое может выполнять проверку коэффициента мощности или коэффициента рассеяния.

Это относительно простое испытание, основная идея которого заключается в переводе испытуемого трансформатора в состояние холостого хода (разомкнутая цепь), что явно означает подачу напряжения на первичную обмотку, в то время как вторичная обмотка и третичная, если применимо, находятся под напряжением. оставлен плавающим, таким образом можно измерить ток намагничивания и наблюдать любые искажения. Для целей сравнения приложенное напряжение 10 кВ было стандартизировано, поскольку измеренные значения тока возбуждения зависят от напряжения.

Тест проводится путем подачи напряжения на один конец первичной обмотки и подключения другого конца к низковольтному проводу испытательного набора PF / DF в моде UST, и это будет одинаковым для каждой фазы обмотки.

Методы тестового соединения обычно приводятся в руководстве по испытательному оборудованию, как показано на следующих рисунках, и следует отметить, что если вторичная обмотка представляет собой обмотку, соединенную звездой, ее нейтраль остается заземленной, как и при нормальной работе. Кроме того, это испытание не следует проводить после измерения сопротивления обмотки постоянного тока, и, как правило, хорошей практикой является поместить DC-WRM в качестве последнего испытания в графике испытаний, в противном случае требуется размагничивание сердечника, чтобы избежать каких-либо вводящих в заблуждение результатов из-за остаточного магнетизма.

Интерпретация этого теста обычно выполняется путем анализа закономерностей измеренных значений тока возбуждения на каждой фазе. переключится на схему Low-High-Low (LHL) в случае, если первичная обмотка соединена треугольником, а третий вывод первичной обмотки, соединенной треугольником, не заземлен. Схема HLH также ожидается для трансформаторов корпусного типа или трансформаторов с сердечником с 5 стержнями, если они имеют вторичную обмотку, соединенную треугольником, в противном случае ожидаемая схема должна быть «все аналогичной».

Этот тест чувствителен к обнаружению проблем, связанных с сердечником (как короткое замыкание пластин), а также с обмотками, таких как межвитковые неисправности.

Ток возбуждения: HydroMuseum – Ток возбуждения