Эти силы могут разорвать обмотки. Поэтому обмотки бондажируют с расчетом на разрыв усилиями до 1000 кг.

8.3 Перенапряжения в трансформаторах

При нормальных условиях работы трансформатора, между отдельными частями его обмотки (витками и катушками), а также между обмотками и заземленном магнитопроводом действуют синусоидальные напряжения номинальной частоты и амплитуды, которые не опасны для правильно спроектированного трансформатора. Если конец обмотки заземлен, то напряжения, действующие между витками и заземленным магнитопроводом, изменяются равномерно, уменьшаясь по мере приближения к концу обмотки. При изолированном конце, все точки обмотки находятся под одним и тем же напряжением относительно заземленного магнитопровода (рисунок 8.6).

Рисунок 8.6

В процессе эксплуатации трансформатор подвергается перенапряжениям, которые превосходят номинальные по амплитуде и фазе (грозовые разряды, коммутационным). Особо опасны грозовые разряды. Форма напряжения грозового разряда имеет вид (рисунок 8.7).

Рисунок 8.7

Амплитуда волны – миллионы вольт. Время нарастания волны – до десятых долей микросекунд. Волна с крутым фронтом может рассматриваться как 1.4 периода частоты 10-50 кГц.

При таких частотах в трансформаторах существенно проявляются емкостные переходы между катушками С_к и между катушками и землей (корпусом) С_з.

8.3.1 Перенапряжения в трансформаторах с заземленной нейтралью

Схема распределения перенапряжений показана на рисунке 8.8.

Рисунок 8.9

По мере выравнивания фронта грозоразрядного напряжения кривая U_гр проходит по линии 2. Кривые 1 и 3 – крайние значения распределения напряжений грозы, кривая 2 – установившееся напряжение грозы.

8.3.2 Перенапряжения в трансформаторах с изолированной нейтралью (рисунок 8.9)

Рисунок 8.10

8.3.3 Защита от перенапряжений

1. Усиление изоляции первых к выходу катушек.

2. Применение емкостной защиты, так называемые грозоупорные трансформаторы (рисунок 8.11).

Рисунок 8.11

С_э – экранирующие емкости в виде перфорированных металлических цилиндров на катушках.

Лекция № 7

9. Нагревание и охлаждение электрических машин

9.1 Уравнение нагрева

Повышение температуры отдельных узлов электрических машин является главной причиной, ограничивающей её мощность при длительных и кратковременных нагрузках. Электромашину можно представить как состоящую конструктивно из нескольких однородных тел ( железо электромашины, обмотка, корпус, охлаждающий кожух, изоляция и др.).

Однородным телом называется тело, обладающее равномерным рассеиванием тепла по всей поверхности и имеющее конкретную для данного тела теплоёмкость C и теплоотдачу K_ТО.

В этом случае для расчёта тепловых режимов электромашины составляется система уравнений теплового баланса по числу состава однородных тел в электромашине.

Для упрощения тепловых расчётов электромашину можно принять за одно однородное тело. В этом случае уравнение теплового баланса запишется в виде

, (9.1)

где C – удельная теплоёмкость электромашины, что есть количество тепла, вызывающее превышение температуры на 1⁰;

m – масса электромашины;

K_то – коэффициент теплоотдачи (количество тепла, рассеиваемое с 1м² поверхности охлаждения электромашины в течении 1с при разности между его температурой и температурой окружающей среды в 1⁰);

S_охл – поверхность охлаждения;

 - превышение температуры электромашины над температурой окружающей среды;

Pdt – потери электроэнергии в электромашине;

cmd - тепловая энергия нагрева;

K_тоS_охл dt – тепловая энергия рассеивания.

При некоторой температуре перегрева _кон наступает установившейся режим, когда d = 0.

В этом случае уравнение (9.1) будет иметь вид

, (9.2)

Откуда , (9.3)

Уравнение теплового баланса с учётом (9.3) можно записать

, (9.4)

, (9.5)

Решая (9.5) получим

и , (9.6)

где - постоянная времени нагревания,₀ – начальная температура.

В ином виде

, (9.7)

Это время в течении которого однородное тело массой m, с теплоёмкостью C при выделении в нём мощности потерь P нагревается при отсутствии теплоотдачи до температуры _кон.

График нагрева из (9.6) показан на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1

График охлаждения при _кон = 0 представлен на рисунке 9.2.

При _кон = 0,  =

Рисунок 9.2

Для электромашин различной мощности T находится в пределах от (3 – 10) мин до (0,3 – 2) часов.