Переходные процессы в синхронных машинах. Режим короткого замыкания в синхронных машинах?

Внезапное короткое замыкание генератора. Процессы, возникающие в синхронных машинах при переходных режимах, например при внезапном коротком замыкании или резком изменении нагрузки, весьма сложны, что вызывает значительные трудности при их точном количественном расчете. Однако поведение синхронной машины при указанных режимах имеет очень большое практическое значение, так как переходные процессы могут вызвать повреждение машины, а следовательно, и значительные убытки, связанные с перерывом энергоснабжения объектов, получающих питание от генератора, или прекращением работы электроприводов с синхронными двигателями. Поэтому необходимо иметь общее представление о физических процессах, возникающих при переходных режимах, и установить хотя бы приближенно значение аварийных токов, возникающих при коротком замыкании.

Рассмотрим трехфазное короткое замыкание явнополюсного синхронного генератора, работавшего предварительно в режиме холостого хода. Осциллограммы тока якоря iк в одной из фаз генератора, тока возбуждения iв и тока iд в демпферной обмотке показаны на рис. 6.56. Ток якоря iк при переходном процессе имеет периодическую и апериодическую составляющие:

Iк = iк.П + iк.А. (6.53).

Рис. 6.56. Графики изменения токов в обмотках

якоря (а), возбуждения (б) и демпферной (в) при

коротком замыкании.

При коротком замыкании генератора с течением времени постепенно уменьшается амплитуда периодической составляющей тока генератора (рис. 6.57), в итоге она становится равной амплитуде установившегося тока короткого замыкания:

Iкm = √2е0 /Xd = Em /Xd. (6.54)

Рис. 6.57. График изменения тока в обмотке якоря при коротком замыкании.

Переходные процессы в синхронном генераторе при внезапном коротком замыкании.

Переходный ток в обмотке возбуждения имеет максимум в начальный период короткого замыкания и постепенно затухает, уменьшаясь до установившегося значения тока, предшествующего короткому замыканию. В соответствии с этим снижаются поток Ф_рез и амплитуда периодической составляющей тока короткого замыкания. Наибольшее значение этой амплитуды

I' уст m = Em /X'd.(6.55)

гдеX'd— продольное переходное индуктивное сопротивление обмотки якоря; обычно значение его в относительных единицахX'd* = 0,2 ÷ 0,5.

Переходная постоянная времени Т'd = 0,4 ÷ 3,0 с, определяющая затухание тока iк.п, зависит не только от параметров обмотки якоря, но и главным образом от параметров обмотки возбуждения. Если машина имеет демпферную обмотку, то в ней также возникает переходный ток, замедляющий уменьшение результирующего потока. При этом амплитуда тока к. з. больше, чем при отсутствии демпферной обмотки

I' уст m = Ет /х"d, (6.57)

где X"d — сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси; обычно X"d* = 0,12 ÷ 0,35. Затухание тока якоря определяется сверхпереходной постоянной времени Т"d = 0,03 ÷ 0,15 с, которая зависит в основном от параметров демпферной обмотки. С учетом этого периодическая составляющая тока к. з.

Сверхпереходное и переходное сопротивление синхронного генератора.

Приближенные значения сверхпереходной ЭДС и сверхпереходного сопротивления даны в табл. 2.2.

Тип машины
Синхронный компенсатор	1,2	0,16
Синхронный двигатель	1,1	0,2
Асинхронный двигатель	0,9	0,2
Обобщенная нагрузка	0,85	0,35

Переходное индуктивное сопротивление по продольной оси (насыщенное значение) не более 04 для турбогенераторов ел - 3000 об / мин и не более 05 для турбогенераторов с л 1500 об / мин.

Переходное индуктивное сопротивление по продольной оси подобно синхронному индуктивному сопротивлению по этой оси может быть измерено при

ЭДС за переходным индуктивным сопротивлением остается постоянной.

У большинства неявнополюсных машин значения переходных индуктивных сопротивлений по обеим осям (x d и х) очень близки друг к другу.

Вследствие этого электродвижущая сила синхронного генератора за переходным индуктивным сопротивлением e d, пропорциональная результирующим потокосцеплениям обмотки возбуждения, не может измениться мгновенно и в начальный момент нарушения режима генератора остается неизменной.

Для выполнения этих требований генераторы снабжены мощной демпферной клеткой, переходное индуктивное сопротивление по продольной оси x d находится в пределах ОД. Тем не менее в генераторах наблюдаются высокие провалы напряжения. Это объясняется низким быстродействием регуляторов напряжения на магнитных усилителях и большой постоянной времени обмотки возбуждения возбудителя. Даже применение тиристорных и транзисторных регуляторов не позволяет полностью решить эту проблему, особенно при питании импульсных нагрузок. В результате для питания мощных радиолокационных станций приходится вводить восьмикратный запас по мощности. И в этом случае система гармонического компаундирования позволяет решить эту проблему. Во-первых, мощность гармонической обмотки прямо пропорциональна величине и коэффициенту мощности нагрузки и использует энергию, которая идет в генераторе на потери.

Синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной оси (xd, xq) переходные индуктивные сопротивления x d, x q, сверхпереходные индуктивные сопротивления x d, x q и соответствующие постоянные времени обмоток могут быть определены в соответствии с рекомендациями МЭК (первое дополнение к публикации 34 - 4, часть 4) по частотным характеристикам. ГОСТ 10169 - 77 также предполагает определение параметров по частотным характеристикам, полученным из опыта, при котором обмотка якоря при неподвижном роторе подключается к источнику напряжения переменной частоты.

Последствия короткого замыкания.

Последствия коротких замыканий.

При возникновении коротких замыканий в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания.

В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения его последствия могут иметь местный характер или отражаться на всей системе электроснабжения.

При большой удаленности короткого замыкания величина тока короткого замыкания может составлять лишь незначительную часть номинального тока питающих генераторов и возникновение такого короткого замыкания воспринимается ими как небольшое увеличение нагрузки. Сильное снижение напряжения получается только вблизи места короткого замыкания, в то время как в других точках системы электроснабжения это снижение менее заметно. Следовательно, при рассматриваемых условиях опасные последствия короткого замыкания проявляются лишь в ближайших к месту аварии частях системы электроснабжения.

Ток короткого замыкания, являясь даже малым по сравнению с номинальным током генераторов, обычно во много раз превышает номинальный ток ветви, где произошло короткое замыкание. Поэтому и при кратковременном протекании тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого.

Токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начале процесса короткого замыкания, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера.

Внезапное глубокое снижение напряжения при коротком замыкании отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30-40% они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей). Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время и неожиданная остановка двигателей может вызвать брак продукции предприятия.

34. Синхронные машины. Характеристики синхронных машин.V-образные, характеристики зависимости I=f(I_B), cos φ= f(I_B).

U-образные характеристики

U-образные характеристики - раздел Образование, Устройство и принцип действия синхронной машины Для Анализа Свойств Синхронной Машины, Работающей Параллельно С Сетью, Наряду...

Для анализа свойств синхронной машины, работающей параллельно с сетью, наряду с угловой характеристикой Р1 = f(Θ) важное значение имеют U-образные характеристики, представляющие зависимость тока якоря в функции тока возбуждения I1 =f(If) при постоянных активной мощности, напряжении и частоте сети (Р1= const, Uc= const, fc = const). U-образные характеристики могут быть построены с помощью векторных диаграмм, учитывающих насыщение стали. На рис. 5.41 приведены векторные диаграммы неявнополюсного синхронного генератора (τа = 0).

 

В соответствии с условием Р1 =m1U1I1 cosφ = const активная составляющая тока якоря

поэтому концы вектора тока I1 будут лежать на линии I, перпендикулярной вектору напряжения U1, а концы вектора результирующей ЭДС

будут лежать на линии П, параллельной вектору напряжения. Цифрами на этих линиях отмечены расчетные точки U-образной характеристики для мощности Р1, соответствующей току Ia =0,8о.е.

Модуль ЭДС Eμr определяет по характеристике холостого хода суммарную МДС Fμ.

Вектор Fμ опережает ЭДС Eμr на 90°. Вычитая из него вектор МДС реакции поля Fa, находим вектор МДС обмотки возбуждения

и соответствующий ему ток возбуждения

Геометрическим местом концов вектора МДС Ff является линия IV, на которой цифрами указаны расчетные точки, соответствующие заданным токам якоря на линии I.

 

Полученная таким образом зависимость I1=f(If) представлена на рис. 5.42 с отмеченными на ней расчетными точками.

Аналогично производится построение U-образных характеристик для других значений активной мощности. Минимумы U-образных характеристик соответствуют активным составляющим тока якоря, поэтому линия, соединяющая минимумы, представляет собой регулировочную характеристику генератора при cosφ = 1. Точки U-образной характеристики, лежащие правее ее минимума, соответствуют режиму перевозбуждения, а левее - режиму недовозбуждения.

В режиме перевозбуждения ток якоря I1 отстает от напряжения U1, машина отдает в сеть реактивную мощность (Q1 > 0). В режиме недовозбуждения ток I1 опережает вектор напряжения U1, синхронная машина потребляет из сети реактивную мощность (Q1 < 0).