Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Асинхронный режим невозбужденной синхронной машины

В практике эксплуатации синх­ронных машин бывают случаи, когда отдельные машины выпадают из синхронизма и их роторы начинают вращаться относительно поля якоря (статора) асинхронно, с некоторым скольжением s. Это случается вследствие перегрузки машин, значительного паде­ния напряжения в сети и потери возбуждения в результате каких-либо неисправностей в системе возбуждения или ошибочного срабатывания автомата гашения поля. Хотя невозбужденная явно-полюсная машина может развивать в синхронном режиме опреде­ленную мощность за счет реактивного момента, обычно эта мощ­ность является недостаточной для покрытия нагрузки, и поэтому явнополюсные машины при потере возбуждения чаще всего также выпадают из синхронизма.

При выпадении из синхронизма синхронная машина ведет себя подобно асинхронной, но ввиду различия конструкции ротора и наличия в общем случае тока возбуждения асинхронный режим синхронной машины имеет ряд особенностей.

Так как выпадение синхронных машин из синхронизма при ава­риях в энергосистемах происходит нередко, то выявление особен­ностей асинхронного режима и выяснение рациональных способов восстановления нормальных режимов работы имеют существенное практическое значение.

Широко применяется асинхронный пуск синхронных двигателей и компенсаторов, когда невозбужденная машина приключается к сети и ее скорость достигает почти синхронной скорости подобно асинхронному двигателю.

Асинхронные режимы работы невозбужденной и возбужденной синхронной машины существенным образом отличаются друг от друга. Асинхронный режим возбужденной синхронной машины является более сложным, и его можно рассматривать как наложение асинхронного режима невозбужденной асинхронной машины и ре­жима установившегося короткого замыкания синхронного гене­ратора.

Рассмотрим в первую очередь установившийся асинхронный режим работы невозбужденной синхронной машины.

 

Схемы замещения и их параметры.

 

Если бы ротор синхронной машины обладал магнитной и электрической симметрией, то работа этой машины в асинхронном режиме без возбуждения ничем не отли­чалась бы от работы нормальной асинхронной машины. Однако в общем случае такой симметрии нет, и поэтому требуется самостоя­тельное рассмотрение вопроса.

Пусть обмотка статора (якоря) трехфазной синхронной машины включена в сеть. Токи якоря при этом создают вращающееся поле, перемещающееся относительно несимметричного ротора со скоростью скольжения. Для анализа явлений при несимметричном роторе разложим вращающееся относительно него поле на два пульсирую­щих поля, одно из которых действует по продольной (d), а другое — по поперечной (q} оси ротора. Эти поля пульсируют со сдвигом по фазе на 90°. Кроме того, как и у асинхронной машины, рабочий процесс синхрон­ной машины в асинхронном режиме можно привести к эквивалент­ному процессу при неподвижном роторе. Далее можно представить себе, что у такой машины с неподвижным ротором на статоре вместо трехфазной обмотки имеется эквивалентная двухфазная обмотка, причем одна фаза этой обмотки создает магнитный поток, пульсирующий по продольной оси, а другая фаза — поток, пульсирующий по поперечной оси ротора

 

Рис.1

причем напряжения этих фаз U и jU сдвинуты по фазе на 90°. В подобной двухфазной системе взаимная индукция между фазами отсутствует и явления по осям d и q можно рассматривать незави­симо друг от друга. В результате вместо одной схемы замещения для симметричной асинхронной машины для синхронной машины получаем две схемы замещения - одну для продольной и другую для поперечной оси.

При наличии успокоительной или пусковой обмотки (рис. 2, а и б) в схеме для продольной оси имеются две вторичные цепи, как и у двухклеточного асинхронного двигателя, а в схеме для попереч­ной оси –

Рис 2, а

Рис 2, б

одна вторичная цепь. При отсутствии указанных обмоток (рис. 2, в и г) количество вторичных цепей уменьшается на еди­ницу. На схемах рис. 2 принято rа = 0 и не учи­тываются потери в стали статора. При наличии в цепи возбуждения доба­вочного сопротивления (на­пример, сопротивления га­шения поля) его величина должна включаться в rf

В основе рассмотрения явлений согласно рис. 1 и 2 лежит представле­ние о двухфазной маши­не. Поэтому сопротивле­ния схем рис. 2 также следовало бы считать экви­валентными сопротивлени­ями двухфазной машины. Однако, чтобы избежать введения в рассмотрение

 

 

Рис 2,в

Рис 2,г

новых параметров, будем предполагать, что сопротивления, фигу­рирующие в схемах рис. 2, представляют собой параметры m-фазной машины.

 

Асинхронные режимы различных видов синхронных машин.

 

При потере возбуждения синхронные генераторы переходят в асинхрон­ный режим и их скорость вращения будет увеличиваться до тех пор, пока не наступит равенство между движущим моментом на валу и электромагнитным моментом машины. При этом машина будет потреблять из сети намагничивающий ток

и отдавать в сеть активную мощность.

При малых скольжениях поверхностный эффект в теле ротора турбогенератора проявляется слабо и поэтому глубина проникнове­ния токов велика. В результате активное сопротивление тела ротора мало и момент достигает весьма большой величины уже при малых скольжениях.

Поэтому турбогенераторы способны развивать в асинхронном режиме большую мощность, причем потери в роторе малы и не представляют опасности в отношении нагрева ротора. Допустимую мощность турбогенератора в асин­хронном режиме ограничивает ток статора, величина которого из-за большого намагничивающего тока до­стигает номинального значения. В большинстве случаев при I = Iн в турбогенераторах Р = (0,5 - 0,7) Pн,.

Ввиду относительно благоприят­ных характеристик Ma = f (s) на электростанциях разрешается кратковременная работа (до 30 мин) турбогенераторов в асинхронном ре­жиме при условии, что потери в рото­ре и статоре не превышают потерь при номинальном режиме и потребле­ние реактивной мощности с точки зрения режима работы энергосистемы допустимо. В течение указанного вре­мени можно устранить неисправности в системе возбуждения, перевести турбогенератор на резервное возбуж­дение или перевести нагрузку на другие турбогенераторы или стан­ции. Использование возможности ра­боты турбогенераторов в асинхронном режиме позволяет увеличить надежность энергоснабжения потребителей.

Асинхронные характеристики гидрогенераторов значительно менее благоприятны. Гидрогенераторы имеют шихто­ванные полюсы, и успокоительные обмотки во многих случаях у них отсутствуют. При отсутствии успокоительной обмотки мощ­ность в асинхронном режиме развивается только за счет токов, индуктируемых в обмотке возбуждения. Активное сопротивление успокоительной обмотки велико, и в этом случае момент Ma при малых s также мал. Поэтому гидрогенераторы не могут развивать значительной мощности в асинхронном режиме, успокоительная обмотка быстро нагревается, и если восстановление возбуждения в течение 10—15 сек невозможно, то их нужно отключать от сети.

Все синхронные двигатели имеют пусковые обмотки и обычно пускаются в ход как асинхронные двигатели, причем обмотка воз­буждения замкнута через разрядное, или гасительное, сопротивле­ние rг = (5 — 10) rf или замкнута накоротко. Пуск с разомкнутой обмоткой возбуждения недопустим, так как при этом может прои­зойти повреждение ее изоляции. Скольжение невозбужденного двигателя изменяется при пуске от s = 1 до s = 0,05, когда включается ток возбуждения и двигатель втягивается в синхронизм.

Кривые М, = f (s) синхронных двигателей представлены на рис.. Момент, развиваемый обмоткой возбуждения, достигает максимального значения при малых скольжениях, в особенности, когда rг = 0, так как rf мало, а относительно велико. Наоборот, момент, развиваемый пусковой обмоткой, достигает максимума при s = 0,3 - 0,4, так как активное сопротивление этой обмотки значи­тельно больше и рассеяние меньше. При расчете кривых было принято, что сопротивление обмотки якоря ra = 0. Поэтому на этих кривых не отражено возникновение провала момента при s = 0,5 вследствие одноосного эффекта. Следует, однако, отметить, что при наличии пусковой обмотки на роторе этот эффект прояв­ляется слабо.

Начальный пусковой момент (s = 1) синхронных двигателей при U = Uн должен быть достаточно велик. С другой стороны, при малых s

момент Ма также должен быть доста­точно велик, так как в противном случае при пуске под нагрузкой двигатель в асинхронном режиме не сможет достичь скорости вра­щения, достаточно близкой к синхронной, и двигатель после вклю­чения тока возбуждения не втянется в синхронизм.

Крутизну харак­теристики Ма = f (s) при малых s принято определять значением Ма при s = 0,05, и эту величину момента условно называют вход­ным моментом Мвх. Очевидно, что чем больше Мвх, тем лучше условия втягивания в синхронизм. Обычно требуется, чтобы Мвх = Мп Однако для увеличения Ма необходимо увеличить активное сопротивление пусковой обмотки, а для увеличения — умень­шить его. Поэтому вопрос о выборе величин Мвх и Мп надо решать компромиссным образом и использовать явление вытеснения тока в

пусковой обмотке для увеличения Мп. Стержни пуско­вой обмотки с целью увеличения их сечения и теплоемкости изго­товляются из латуни.

Как видно из рис., при пуске без разрядного сопротивления Мвх получается меньше и, кроме того, при малых s может образоваться провал момента, так как максимум момента от действия обмотки возбуждения наступает при весьма малом s. Поэтому при rг = 0 втягивание в синхронизм происходит в менее благоприятных условиях.

Если синхронная машина лишена успокоительной или пусковой обмотки и имеет немассивные полюсы или ротор, то в результате сильного проявления одноосного эффекта асинхронный пуск ее возможен только на холостом ходу или при малой нагрузке на валу, причем обмотка возбуждения должна быть замкнута через зна­чительное активное сопротивление.

Синхронные двигатели с массивными роторами или полюсами имеют благоприятную характеристику Ма = f (s), если отношение При малом большое влияние на величину тока в полюс­ных наконечниках начинает оказывать сопротивление торцевых зон полюсного наконечника, и асинхронный момент поэтому Мa умень­шается.

 

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 53; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.082 с.) Главная | Обратная связь