Асинхронный режим синхронного генератора - Electrik-Ufa.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Асинхронный режим синхронного генератора

Режимы работы синхронных генераторов, рабочие характеристики генераторов

Основными величинами, характеризующими синхронный генератор, являются: напряжение на зажимах U , нагрузка I , полная мощность P (кВа), число оборотов ротора в минуту n , коэффициент мощности cos φ .

Важнейшие рабочие характеристики синхронного генератора следующие:

характеристика холостого хода,

Характеристика холостого хода синхронного генератора

Электродвижущая сила генератора пропорциональна величине магнитного потока Ф, создаваемого током возбуждения i в, и числу оборотов n ротора генератора в минуту:

где с – коэффициент пропорциональности.

Хотя величина электродвижущей силы синхронного генератора зависит от числа оборотов n ротора, регулировать ее путем изменения скорости вращения ротора невозможно, так как с числом оборотов ротора генератора связана частота электродвижущей силы, которая должна быть сохранена постоянной.

Следовательно, остается единственный способ регулировки величины электродвижущей силы синхронного генератора — это изменение основного магнитного потока Ф. Последнее обычно достигается путем регулирования тока возбуждения iв с помощью реостата, введенного в цепь возбуждения генератора. В том случае когда обмотка возбуждения питается током от генератора постоянного тока, сидящего на одном валу с данным синхронным генератором, ток возбуждения синхронного генератора регулируется изменением напряжения на зажимах генератора постоянного тока.

Зависимость электродвижущей силы Е синхронного генератора от тока возбуждения iв при постоянстве номинальной скорости вращения ротора ( n = const) и нагрузке, равной нулю ( 1 = 0), называется характеристикой холостого хода генератора.

На рисунке 1 приведена характеристика холостого хода генератора. Здесь восходящая ветвь 1 кривой снята при возрастании тока i в от нуля до i в m , а нисходящая ветвь 2 кривой – при изменении iв от iвm до iв = 0.

Рис. 1. Характеристика холостого хода синхронного генератора

Несовпадение восходящей 1 и нисходящей 2 ветвей объясняется остаточным магнетизмом. Чем больше площадь, ограниченная этими ветвями, тем больше потерь энергии в стали синхронного генератора на перемагничивание.

Крутизна подъема кривой холостого хода на ее начальном прямолинейном участке характеризует магнитную цепь синхронного генератора. Чем меньше расход ампер-витков в воздушных зазорах генератора, тем при прочих одинаковых условиях будет круче характеристика холостого хода генератора.

Внешняя характеристика генератора

Напряжение на зажимах нагруженного синхронного генератора зависит от электродвижущей силы Е генератора, от падения напряжения в активном сопротивлении его статорной обмотки, падения напряжения, обусловленного электродвижущей силой самоиндукции рассеяния Es, и падения напряжения, обусловленного реакцией якоря.

Электродвижущая сила рассеяния Es, как известно, зависит от магнитного потока рассеяния Ф s , который не проникает в магнитные полюса ротора генератора и, следовательно, не изменяет степени намагничивания генератора. Электродвижущая сила самоиндукции рассеяния Es генератора относительно мала, а поэтому практически ею можно пренебречь. В соответствии с этим ту часть электродвижущей силы генератора, которая компенсирует электродвижущую силу самоиндукции рассеяния Es, можно считать практически равной нулю.

Реакция якоря оказывает более заметное влияние на режим работы синхронного генератора и, в частности, на величину напряжения на его зажимах. Степень этого влияния зависит не только от величины нагрузки генератора, но и от характера нагрузки.

Рассмотрим вначале влияние реакции якоря синхронного генератора для случая, когда нагрузка генератора носит чисто активный характер. Для этой цели возьмем часть схемы работающего синхронного генератора, изображенную на рис. 2 ,а. Здесь показаны часть статора с одним активным проводником якорной обмотки и часть ротора с несколькими его магнитными полюсами.

Рис. 2. Влияние реакции якоря для нагрузок: а – активного, б – индуктивного, в – емкостного характера

В рассматриваемый момент времени северный полюс одного из электромагнитов, вращающихся вместе с ротором против часовой стрелки, как раз проходит под активным проводником статорной обмотки.

Электродвижущая сила, индуктированная в этом проводнике, направлена к нам из-за плоскости рисунка. А так как нагрузка генератора носит чисто активный характер, то ток I в якорной обмотке совпадает по фазе с электродвижущей силой. Следовательно, в активном проводнике статорной обмотки ток течет к нам из-за плоскости рисунка.

Магнитные линии поля, создаваемого электромагнитами, показаны здесь сплошными линиями, а магнитные линии поля, создаваемого током провода якорной обмотки, – пунктирной линией.

Внизу на рис. 2 ,а показана векторная диаграмма магнитной индукции результирующего магнитного поля, находящегося над северным полюсом электромагнита. Здесь мы видим, что магнитная индукция В основного магнитного поля, создаваемого электромагнитом, имеет радиальное направление, а магнитная индукция В я магнитного поля тока якорной обмотки направлена вправо и перпендикулярно вектору В .

Результирующая магнитная индукция Врез направлена вверх и вправо. Это значит, что в результате сложения магнитных полей произошло некоторое искажение основного магнитного поля. Слева от северного полюса оно несколько ослабилось, а справа – несколько усилилось.

Нетрудно видеть, что радиальная составляющая вектора результирующей магнитной индукции, от которой по сути дела зависит величина индуктированной электродвижущей силы генератора, не изменилась. Следовательно, реакция якоря при чисто активной нагрузке генератора не влияет на величину электродвижущей силы генератора. Это значит, что и падение напряжения в генераторе при чисто активной нагрузке обусловлено только падением напряжения в активном сопротивлении генератора, если пренебречь электродвижущей силой самоиндукции рассеяния.

Теперь допустим, что нагрузка синхронного генератора носит чисто индуктивный характер. В этом случае ток I отстает по фазе от электродвижущей силы Е на угол π/2 . Это значит, что максимум тока возникает в проводе несколько позднее, чем максимум электродвижущей силы. Следовательно, когда в проводе якорной обмотки ток достигнет максимального значения, северный полюс N будет уже не под этим проводом, а сместится несколько дальше в направлении вращения ротора, как это показано на рис. 2 ,б.

В этом случае магнитные линии (пунктирные линии) магнитного потока якорной обмотки замыкаются через два соседних разноименных полюса N и S и направлены навстречу магнитным линиям основного магнитного поля генератора, создаваемого магнитными полюсами. Это приводит к тому, что основное магнитное пате не только искажается, но и делается несколько слабее.

На рис. 2,6 приведена векторная диаграмма магнитных индукций: основного магнитного поля В, магнитного поля, обусловленного реакцией якоря В я, и результирующего магнитного поля В рез.

Здесь мы видим, что радиальная составляющая магнитной индукции результирующего магнитного поля стала меньше магнитной индукции В основного магнитного поля на величину Δ В. Следовательно, стала меньше и индуктированная электродвижущая сила, так как она обусловлена радиальной составляющей магнитной индукции. А это значит, что напряжение на зажимах генератора при всех прочих равных условиях будет меньше, чем напряжение при чисто активной нагрузке генератора.

Если генератор имеет нагрузку чисто емкостного характера, то ток в нем опережает по фазе электродвижущую силу на угол π/2 . Ток в проводниках якорной обмотки генератора теперь достигает максимума раньше, чем электродвижущая сила Е. Следовательно, когда в проводе якорной обмотки (рис. 2,в) ток достигнет максимального значения, северный полюс N еще не подойдет под этот провод.

В этом случае магнитные линии (пунктирные линии) магнитного потока якорной обмотки замыкаются через два соседних разноименных полюса N и S и направлены попутно с магнитными линиями основного магнитного поля генератора. Это приводит к тому, что основное магнитное поле генератора не только искажается, но и несколько усиливается.

На рис. 2,в приведена векторная диаграмма магнитной индукции: основного магнитного поля В , магнитного поля, обусловленного реакцией якоря Вя, и результирующего магнитного поля B рез. Мы видим, что радиальная составляющая магнитной индукции результирующего магнитного поля стала больше магнитной индукции В основного магнитного поля на величину Δ В. Следовательно, увеличилась и индуктированная электродвижущая сила генератора.А это значит, что напряжение на зажимах генератора при всех прочих одинаковых условиях станет больше, чем напряжение при чисто индуктивной нагрузке генератора.

Выяснив влияние реакции якоря на электродвижущую силу синхронного генератора при различных по своему характеру нагрузках, перейдем к выяснению внешней характеристики генератора. Внешней характеристикой синхронного генератора называется зависимость напряжения U на его зажимах от нагрузки I при постоянной скорости вращения ротора (n = const), постоянстве тока возбуждения (i в = const) и постоянстве коэффициента мощности (cos φ = const).

Читайте также:  Генератор из шуруповерта своими руками

На рис. 3 приведены внешние характеристики синхронного генератора для различных по своему характеру нагрузок. Кривая 1 выражает внешнюю характеристику при активной нагрузке (cos φ = 1,0). В этом случае напряжение на зажимах генератора падает при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной в пределах 10 – 20% напряжения при холостом ходе генератора.

Кривая 2 выражает внешнюю характеристику при активно-индуктивной нагрузке (cos φ = 0 ,8). В этом случае напряжение на зажимах генератора падает быстрее из-за размагничивающего действия реакции якоря. При изменении нагрузки генератора от холостого хода до номинальной напряжение уменьшается в пределах 20 – 30% напряжения при холостом ходе.

Кривая 3 выражает внешнюю характеристику синхронного генератора при активно-емкостной нагрузке (cos φ = 0,8). В этом случае напряжение на зажимах генератора несколько растет из-за намагничивающего действия реакции якоря.

Рис. 3. Внешние характеристики генератора переменного тока для различных нагрузок: 1 – активной, 2 – индуктивной, 3 емкостной

Регулировочная характеристика синхронного генератора

Регулировочная характеристика синхронного генератора выражает зависимость тока возбуждения i в генератора от нагрузки I при постоянстве действующего значения напряжения на зажимах генератора (U = const), постоянстве числа оборотов ротора генератора в минуту ( n = const) и постоянстве коэффициента мощности (cos φ = const).

На рис. 4 приведены три регулировочные характеристики синхронного генератора. Кривая 1 относится к случаю активной нагрузки (cos φ = 1 ) .

Рис. 4. Регулировочные характеристики генератора переменного тока для различных нагрузок: 1 – активной, 2 – индуктивной, 3 – емкостной

Здесь мы видим, что с ростом нагрузки I генератора ток возбуждения растет. Это понятно, так как с ростом нагрузки I увеличивается падение напряжения в активном сопротивлении якорной обмотки генератора и требуется увеличить электродвижущую силу Е генератора путем увеличения тока возбуждения i в , чтобы сохранить постоянство напряжения U.

Кривая 2 относится к случаю активно-индуктивной нагрузки при cos φ = 0 ,8 . Эта кривая поднимается круче, чем кривая 1, вследствие размагничивающего действия реакции якоря, снижающего величину электродвижущей силы Е, и, следовательно, напряжение U на зажимах генератора.

Кривая 3 относится к случаю активно-емкостной нагрузки при cos φ = 0,8. Эта кривая показывает, что с ростом нагрузки генератора требуется меньший ток возбуждения iв генератора для поддержания постоянства напряжения на его зажимах. Это понятно, так как в этом случае реакция якоря усиливает основной магнитный поток и, следовательно, способствует увеличению электродвижущей силы генератора и напряжения на его зажимах.

20.12. Анормальные режимы работы синхронных генераторов

К анормальным режимам работы генераторов относятся: работа с токами статора и ротора больше номинальных (перегрузка), асинхронный режим, не­симметричный режим и ряд других.

Кратковременная перегрузка по току статора и ротора синхронного генератора обычно бывает вызвана внешними корот­кими замыканиями, выпадением машины из синхронизма, пуском двигателей, форсировкой возбуждения и другими причинами. Работа генератора с токами статора и ротора больше номинальных опасна прежде всего из-за повышения температуры обмоток машины выше допустимой, а в некоторых случаях (при коротких замыканиях) — и возмож­ностью механических повреждений. Эта опасность тем больше, чем больше кратность и продолжительность пере­грузки. Поэтому допускается только кратковременная перегрузка генерато­ров, значение которой зависит не только от ее продолжительности, но и от типа системы охлаждения [20.6,20.7]. Машины

с непосредственным охлаждением об­моток более чувствительны к деформа­ции обмоток при их нагревании, поэтому они допускают меньшие перегрузки, чем машины с косвенным охлаждением.

Асинхронный режим работы генераторов

Такой режим возникает при потере возбуждения генератора вследствие пов­реждений в системе возбуждения или ошибочных отключений автомата га­шения поля, а также при выпадении машины из синхронизма в результате коротких замыканий в сети. Ниже рас­сматривается режим, обусловленный потерей возбуждения.

С уменьшением тока возбуждения уменьшается, как это видно из выраже­ний (20.12) и (20.14), тормозящий электро­магнитный момент генератора; при некотором значении тока возбуждения этот момент оказывается меньше вра­щающего момента турбины и генератор выпадает из синхронизма. За счет избы­точного вращающего момента ротор ускоряется. Магнитное поле статора, вра­щающееся в пространстве с синхронной частотой вращения, пересекает ротор и наводит в теле ротора, в демпферных обмотках и в обмотке возбуждения (если она замкнута) токи с частотой скольже­ния. Эти токи создают тормозящий асинхронный момент, и генератор начи­нает выдавать активную мощность в сеть.

Частота вращения ротора увеличивается до тех пор, пока асинхронный момент не станет равным вращающему моменту турбины. Так как регулятор турбины при увеличении частоты вращения действует на уменьшение количества пара или воды, пропускаемой через турбину, то с увели­чением частоты вращения вращающий момент турбины уменьшается от т до т^ и ш2, определяемых точками пересе­чения характеристики регулирования турбины (кривая J на рис. 20.23) .с характеристиками асинхронных момен­тов генераторов (кривые 2 и 3). При этом активная мощность, развиваемая гене­раторами, также уменьшается от Р

Скольжение s, с которым работает генератор в асинхронном режиме, опре­деляет потери мощности в роторе и его нагрев (большему скольжению соответ­ствуют большие потери и нагрев ротора, см. гл. 21). Чем больше максимальный асинхронный момент и круче кривая асинхронного момента, тем с большей мощностью и при меньшем скольжении он работает. В асинхронном режиме генератор потребляет из сети большую реактивную мощность для намагничи­вания. Поэтому напряжение на выводах генератора и в сети снижается. Потреб­ляемый реактивный ток зависит от индук­тивных сопротивлений генераторов Xd и Xq и скольжения s, с которым рабо­тает генератор: чем больше Xd и Xq и меньше s, тем меньше потребляемый реактивный ток.

Гидрогенераторы без демпферных обмоток имеют небольшой мак.сималь-ный асинхронный момент и пологую характеристику асинхронного момента (кривая 4), поэтому в асинхронном режи­ме их частота вращения значительно возрастает, а нагрузка уменьшается почти до нуля. Гидрогенераторы с демп­ферными обмотками имеют больший максимальный асинхронный момент и более крутую характеристику асинхрон­ного момента, чем гидрогенераторы без демпферных обмоток (кривая 3). Однако скольжение генератора при этом доста­точно велико (3 — 5 %), поэтому возникает опасность перегрева демпферной обмот-

ки. Кроме того у гидрогенераторов ин­дуктивные сопротивления Хd и Xq мень­ше, чем у турбогенераторов, поэтому, даже работая без активной нагрузки, они потребляют из сети значительный реак­тивный ток (он часто превышает номи­нальный ток статора, так как обычно В связи со сказанным работа

гидрогенераторов без демпферных об­моток в асинхронном режиме недо­пустима, а гидрогенераторов с демпфер­ными обмотками допустима только в течение нескольких секунд, необходимых для быстрого восстановления возбужде­ния.

Турбогенераторы имеют более бла­гоприятную характеристику асинхрон­ного момента, чем гидрогенераторы (кри­вая 2). Они могут работать с большой активной нагрузкой при малых скольже­ниях (Xq ; не должна превышать 15-20% для гидрогенераторов с косвенной системой охлаждения и 10% для гидрогенерато­ров с непосредственной системой охлаж­дения и для турбогенераторов всех типов. При этом ток обратной последователь­ности примерно равен: для гидрогенера­торов с косвенной системой охлаждения 7,5 — 10% тока прямой последователь­ности, а для гидрогенераторов с непо-ередственной системой охлаждения и турбогенераторов всех типов — 5 — 7 %. При несимметричных КЗ в сети до­пустимая продолжительность замыкания t не должна превышать значения, опре­деляемого из формулы

где — ток обратной последователь­ности в долях номинального; Iном — но­минальный ток генератора, А; В — ин­теграл Джоуля, А 2 ∙с.

Значениепринимается рав-

ным для гидрогенераторов с косвенным охлаждением 45 с; для турбогенераторов с косвенным охлаждением — 30 с; для турбогенераторов с косвенным охлажде­нием статора и с непосредственным охлаждением ротора — 15 с; для гидро-и турбогенераторов мощностью до 800 МВт с непосредственным охлажде­нием ротора и статора — 8 с; для турбо­генераторов мощностью свыше 800 МВт с непосредственным охлаждением ста­тора и ротора — 6с.

Глава двадцать первая ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

Асинхронные режимы работы синхронных генераторов.

Синхронная работа турбогенераторов с системой может нарушаться. Тогда возникает асинхронный режим работы; это означает, что частота вращения ротора турбогенератора не совпадает с частотой вращения магнитного поля статора. Различают асинхронные режимы при наличии возбуждения турбогенератора и при его отсутствии. Кроме того, целесообразно различать кратковременные неустано- вившиеся и установившиеся (точнее, квазиустановившиеся) асинхронные режимы. Асинхронные режимы неизбежны в практике эксплуатации электрических систем и потому представляют большой интерес.

Читайте также:  Как проверить генератор на работоспособность мультиметром

Причинами возникновения асинхронных режимов могут быть: потеря возбуждения при наличии электрической нагрузки; нарушение статической устойчивости генератора; нарушение динамической устойчивости генератора.

Потеря возбуждения — достаточно распространенное нарушение работы синхронных генераторов. В этом случае синхронная электрическая мощность обращается в нуль и иод действием момента турбины генератор начинает ускоряться. В обмотках и массиве ротора вследствие скольжения его относительно поля статора, которое продолжает действовать в генераторе, если остается электрическая связь генератора с системой, наводятся переменные токи с частотой скольжения. Эти токи, взаимодействуя с полем статора, создают асинхронный момент. Математические формулы для расчета асинхронного момента довольно громоздки и в то же время не очень точны.

В действительности для турбогенератора, строго говоря, надо учитывать ротор как непрерывный массив. Иногда рассматривается до нескольких десятков контуров. Упрощение, основанное на неявнополюсности турбогенератора, для асинхронных процессов недостаточно точно. Поэтому основу изучения асинхронных режимов составляют экспериментальные методы.

Асинхронный режим ограничивается следующими факторами:

повышение тока статора за счет существенного возрастания реактивной составляющей тока (генератор работает как асинхронный двигатель и потому потребляет довольно большую реактивную мощность);

потери от вихревых токов в массиве ротора (тем больше, чем больше скольжение);

увеличение потерь в торцевых частях статора (феномен уже обсуждался, он связан с тем, что ток статора намагничивает машину);

возможность возникновения дефицита реактивной мощности в системе и понижение напряжения на зажимах генератора (влияние на работу системы собственных нужд);

наличие значительных колебаний мощности и соответственно возбуждения колебаний напряжения на зажимах генератора и в сети. Такие колебания могут приводить к раскачиванию близких синхронных генераторов вплоть до выпадения их из синхронизма.

Перечисленные факторы показывают и сложность, и возможную критичность асинхронных режимов.

Для турбогенераторов малой и средней мощности (до 100 МВт) наибольшее значение имеет обычно первый фактор. Практикой эксплуатации установлено ограничение допустимого тока статора в асинхронном режиме. Потери в роторе обычно меньше, чем в синхронном режиме. Но система непосредственного охлаждения обмоток ротора, эффективная в синхронном режиме, может оказаться неэффективной в рассматриваемом случае по той причине, что выделение тепла в асинхронном режиме локализуется не в тех элементах, которые имеют непосредственное охлаждение. Более того, выделение потерь неравномерно и зависит от качества изготовления и сборки ротора.

Основная опасность в турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмотки ротора локализуется в местах перехода вихревых токов, замыкающихся через контактные поверхности в пазовых клиньях и бандажном кольце. Именно здесь возникают местные нагревы, и становятся возможными повреждения бандажного кольца и пазовых клиньев.

Весьма серьезная опасность при этом заключена в образовании разности температур нагрева бочки ротора и бандажного кольца. За счет температурного расширения бандажного кольца по сравнению с поверхностью ротора может возникнуть ослабление посадки кольца на ротор (так, разность температур в 20 °С приводит к ослаблению посадки примерно на 0,25 мм).

Но даже и при отсутствии разъединения асинхронные режимы приводят к ослаблению посадки и снижению разъединительной скорости.

Разъединение же бандажного кольца с поверхностью ротора — это авария, приводящая к самым тяжелым последствиям для генератора.

По этим причинам большинство ведущих зарубежных фирм не допускает работы крупных турбогенераторов в асинхронном режиме, предусматривая защиты, отключающие генератор от сети при потере возбуждения.

Дополнительные проблемы работы генераторов в асинхронном режиме создает система возбуждения, если она содержит выпрямительные устройства. Несмотря на указанные трудности, опыт энергосистем Советского Союза показывает целесообразность применения в ряде аварийных случаев для турбогенераторов малой и средней мощности (до 100 МВт) сравнительно длительных (до 30 мин) асинхронных режимов с активной нагрузкой порядка 50 % номинальной.

Для турбогенераторов мощностью 165—300 МВт с непосредственным охлаждением обмоток статора и ротора допускается работа в асинхронном режиме без возбуждения в течение 15 мин с активной нагрузкой до 40 % номинальной и током статора до 110 % номинального. При этом предварительно следует проверить допустимость такого режима по остальным позициям: по режиму напряжения, влиянию на близкие генераторы колебаний мощности и др.

Асинхронный режим. Причины возникновения и признаки асинхронного режима

Страницы работы

Содержание работы

Асинхронный режим. Причины возникновения и признаки асинхронного режима.

Асинхронные режимы – режимы работы электрической системы при большом отклонении скорости вращения роторов генераторов или двигателей от синхронной: работа синхронной машины при потере возбуждения, процессы ресинхронизации после нарушения устойчивости, самосинхронизация генераторов, автоматическое повторное включение с самосинхронизацией или без контроля синхронизма, асинхронный пуск двигателей, компенсаторов, самозапуск двигателей.

Причины выпадения из синхронизма генераторов:

1. Потеря возбуждения генератора.

2. Нарушение динамической устойчивости.

3. Нарушение статической устойчивости.

Следует различать большие качания и асинхронный ход. При больших качаниях угол d достигает определенного величины начинает уменьшаться. При асинхронном ходе вектор Е хотя бы одной из станций изменяться на угол больше 360°. При больших качаниях характерен провал в кривой мощности, появляющийся при переходе угла за 90°, а для асинхронного хода характерно периодическое изменение знака мощности

Рис.3 – Режим больших качаний

Рис.3 – Режим асинхронного хода

Процесс выпадения из синхронизма.

Вследствие, например, отключения линии происходит переход с характеристики Р I на характеристику Р II (точки 1-2). В точке 2 на ротор генератора действует избыточный ускоряющий момент под действием которого увеличивается скорость вращения генератора и появляется скольжение.

В точке 3 снова включается линия и происходит переход с характеристики Р II на Р I (точки 3-4).

В точке 4 на ротор генератора начинает действовать избыточный тормозящий момент и w начинает уменьшаться. Поскольку площадка ускорения больше площадки возможного торможения, то к моменту достижения dкр (точка5) скорость не успевает уменьшиться до синхронной и следовательно скольжение не достигает нулевого значения, после точки 5 на ротор генератора снова действует избыточный ускоряющий момент и следовательно увеличивается w и s. При скорости вращения больше синхронной, генератор, работая как асинхронный, выдает также активную асинхронную мощность, т.е. с появлением скольжения появляется асинхронная мощность.

C увеличением w вступает в действие регулятор скорости вращения турбины, который перекрывает клапаны пускопаротурбины и следовательно уменьшает мощность турбины. В точке 6 мощность турбины равна асинхронной мощности, после чего наступает установившейся асинхронный ход, т.е. увеличение угла d происходит с одной и той же средней скоростью.

Переходной процесс асинхронного режима описывается следующим уравнением:

Исходя из схемы замещения асинхронной машины:

Из-за наличия синхронной мощности S не будет величиной постоянной, оно будет пульсировать около Scр.

Асинхронная мощность также пульсирует около некоторого среднего значения из-за наличия нессиметрии (явнополюсность, одноосная обмотка возбуждения).

Рис.8

Для большинства синхронных машин асинхронный ход не представляет опасности, турбогенераторы могут развивать мощность, соизмеримую с номинальной. Недопустимость асинхронного режима связана с опасностью нарушения устойчивости остальной части системы, в которой генераторы работают синхронно. В этом режим асинхронно работающий генератор обычно поглощает из системы значительную реактивную мощность, что может приводить к снижению напряжения всей системы, создавая опасность нарушения устойчивости остальных генераторов и двигателей.

Во время асинхронного хода изменяется не только мощность, но ток статора и ротора, а также результирующее потокосцепление обмотки возбуждения.

Возможность асинхронного хода и его длительность зависят от условий работы системы и опасности повреждения самого генератора (механические усилия, нагрев ротора и статора). Турбогенератору при потере возбуждения разрешается работать от 15 до 30 мин, без потери возбуждения несколько меньше. Если за это время синхронную работу восстановить не удастся, то генератор должен быть отключен от сети.

Наличие асинхронного хода может оказать воздействие на поведение системы, т.е. необходимо проверить режим остальной системы, выяснить его влияние на работу нагрузки, проанализировать поведение РЗ и устройств автоматики (могут работать неправильно).

Асинхронный режим возбужденной синхронной машины

Асинхронный режим возбужденной синхронной машины,как

уже указывалось, возникает в результате ее перегрузки или падения напряжения в сети, а также при подаче возбуждения генератору после потери возбуждения или при использовании метода самосинхронизации в двигателе при его асинхронном пуске.

Читайте также:  Принцип работы автомобильного генератора переменного тока

При вращении синхронной машины со скольжением s постоянный ток возбуждения if индуктирует в обмотке якоря э. д. с. Ек и токи /к частоты (1 — s) fr. Токи /к накладываются на ток частоты /ь протекающий в якоре под действием напряжения сети. Так как в самой сети э. д. с. и напряжений частоты (1 — s) /х «ет, то относительно э. д. с. Ек и тока /к обмотка якоря замкнута накоротко через сеть, сопротивление которой можно принять равным нулю. Поэтому ток /к в сущности эквивалентен току установившегося короткого замыкания синхронного генератора.

Для неявнополюсной машины

где Е яха — соответственно величины э. д. с., индуктируемой током-возбуждения if, и продольного синхронного сопротивления при s = 0.

Выражение (36-13) действительно также для явнополюсных машин при малых s с большой точностью, а при больших «приближенно.

Токи /к загружают машину мощностью

Момент Мк стремится уменьшить скорость вращения ротора и в режиме генератора облегчает, а в режиме двигателя затрудняет вхождение машины в синхронизм. Кроме того, при асинхронном ходе возбужденной машины в результате взаимодействия потока возбуждения, вращающегося со скоростью (1 — s) ti, и потока якоря от токов частоты сети flt вращающегося со скоростью пъ возникает сильный пульсирующий момент Mfa, который имеет частоту sft и накладывается на асинхронный момент Мл и на момент Мк. Если нагрузка на валу и скольжение s не слишком велики, то под воздействием момента Mfu машина втягивается в синхронизм, так как в течение отрезка времени, когда Mfa действует в нужном направлении, скорость ротора п может достигнуть синхронной пх и даже превзойти ее (рис. 36-6). При этом после некоторого количества колебаний скорости ротора около синхронного значения, после затухания этих колебаний, наступит установившийся синхронный режим работы.

Отметим, что на холостом ходу или при небольшой нагрузке на валу явнополюсная синхронная машина, вращающаяся с небольшим скольжением, способна втянуться в синхронизм и без возбуждения, в результате действия реактивного момента, который при s Ф 0 также пульсирует с частотой sfx. В этом случае после включения тока возбуждения полярность полюсов может не соответствовать необходимой полярности, и тогда произойдет «проскальзывание» ротора относительно поля якоря на одно полюсное деление, причем одновременно возникнет также кратковременный всплеск тока статора. Подобный переход не представляет для машины никакой опасности.

На рис. 36-7 в качестве иллюстрации к изложенному изображены кривые изменения напряжения U “и тока / якоря, напряжения Uf « тока if обмотки возбуждения, мощности Р, угла нагрузки 9 и скольжения s турбогенератора мощностью 100 Мет при его выпадении из синхронизма в результате короткого замыкания в сети, при последующем асинхронном режиме и втягивании обратно в синхронизм (ресинхронизации). Так как потери относительно малы, тоР

‘М и кривая на рис. 36-7, д характеризует также изменение момента на валу. Короткое замыкание произошло в момент t = 0 и бкло отключено в момент / = 0,5 сек. Во время короткого замыкания мощность генератора Р упала почти до нуля, и так как мощность турбины осталась неизменной, то скорость возросла и машина стала вращаться со скольжением s

Рис. 36-6. Характер изменения вращающего момента М, скольжения s и скорости вращения п при втягивании машины в синхронизм после включения тока возбуждения в момент времени t

и после некоторых колебаний машина втягивается в синхронизм (на рис. 36-7 после t = 4 шс виден только один период колебаний 8 и s). О втягивании в синхронизм свидетельствует то, что угол 6

совершает колебания, а не изменяется непрерывно. Синхронизации турбогенератора способствовало увеличение uf и If под действием автоматического регулятора возбуждения.

Следует отметить, что во время аварий ресинхронизация генераторов после выпадения их из синхронизма часто происходит без вмешательства персонала, причем сам факт вы-падения из синхронизма часто остается незамеченным, так как он затушевывается происходящими во время аварий колебаниями (см. § 39-1).

Аналогично происходит также синхронизация двух частей энергосистемы, если они включаются на параллельную работу без предварительной синхронизации после того, как в результате аварии они разделились и стали работать несинхронно. Указанные процессы совершаются тогда во всех генераторах энергосистемы» причем наиболее интенсивно в тех из них, которые расположены ближе к точке раздела системы. В энергосистемах СССР самосинхронизация разделившихся частей энергосистем двпускаетс4 в случаях, когда максимальные толчки тока в гидрогенераторах не превышают 3/„ и в турбогенераторах 5/в и длительность асинхронного хода не больше 10—15 сек.

Рис. 36-7. Зависимость электромагнитных величии возбужденного турбогенератора от времени при выпадении машины из синхронизма, последующем асинхронном ходе и ре синхронизации

§ 36-3. Самовозбуждение синхронной машины

В цепях обмотки якоря синхронных машин часто содержатся емкости (емкость между проводами длинных линий передачи и между ними и землей; емкости так называемой продольной компенсации индуктивного сопротивления линий передачи, включаемые последовательно в фазы линии передачи сверхвысокого напряжения — 500 кв и выше; батареи конденсаторов для улучшения коэффициента мощности сети и др.)- В таких случаях возможно самовозбуждение синхронных машин, когда вращающаяся машина развивает напряжение и нагружается током при отсутствии тока возбуждения.

Магнитное поле в синхронной машине при этом создается емкостным током /, отдаваемым машиной в сеть, или, что то же самое, индуктивным током, потребляемым машиной из сети. При самовозбуждении ротор синхронной машины может вращаться синхронно с магнитным полем статора (синхронное самовозбуждение) или асинхронно с ним (асинхронное самовозбуждение). Для выяснения условий самовозбуждения рассмотрим работу одиночного генератора на емкость (рис. 36-8, о).

Синхронное самовозбуждение.При наличии остаточного магнитного потока при вращении ротора в обмотке якоря индуктируется некоторая э. д. с. Е. Эта э. д. с. при работе по схеме рис. 36-8 вызывает в цепи якоря емкостный ток /, который создает намагничивающую реакцию якоря. В результате магнитный поток, индуктируемая в якоре э. д. с. и ток / увеличиваются и т. д. (рис. 36-9, а и б). Этот процесс самовозбуждения аналогичен самовозбуждению генератора постоянного тока с той лишь разницей, что в данном случае поток машины создается самим током якоря.

На рис. 36-8, б изображена зависимость напряжения генератора от емкостного тока якоря /. Если положить га = 0, то

Рис. 36-8. Схема работы синхронного генератора на емкостную нагрузку (а) и его характеристики при синхронном самовозбуждении (б)

Зависимость UT= f (/) практически идентична с характеристикой холостого хода UT = f (if), если ток возбуждения ij привести к обмотке якоря. Вследствие насыщения величина % вдоль кривой Ur = / (/) изменяется.

С другой стороны, напряжение на конденсаторах

изависимость Uc = f (/) прямолинейна (рис. 36-8, б).

Если Ur > Uq или xd > хс (рис. 36-8, б), то самовозбуждение возможно ипри наличии остаточного магнитного потока возникает в действительности.

В точке А на рис. 36-8, б Ur= Uc и поэтому увеличение / прекращается и процесс самовозбуждения заканчивается.

Самовозбуждение представляет собой нежелательное явление, так как оно неуправляемо и напряжения итоки при этом могут достичь опасных значений.

Очевидно, что самовозбуждение невозможно, когда xdw хс> х9.

Асинхронное самовозбуждениесинхронной машины того же вида, как и в асинхронных машинах (см. § 29-2), происходит в случае, когда емкость настолько велика, что * с хс > x’d (зона // на рис. 36 0) самовозбуждение носит промежуточный характер, когда относительная скорость ротора и поля якоря резко неравномерна и ротор периодически «проскальзывает» относительно поля якоря на величину полюсного деления. В результате медленные изменения угла нагрузки 8 чередуются с быстрыми (рис. 36-11). Ток якоря при этом также пульсирует (рис. 36-9, г), и самовозбуждение происходит только при замкнутой обмотке возбуждения. Такой вид самовозбуждения называют также р еп у л ь -сионно-синхронным.

Читайте далее:
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector