Увеличение индуктивного сопротивления генератора

Увеличение индуктивного сопротивления генератора

Объявления

Если вы интересуетесь релейной защитой и реле, то подписывайтесь на мой канал

Сверхпереходное сопротивление генератора

Чтобы отправить ответ, вы должны войти или зарегистрироваться

Сообщений 10

1 Тема от alegus1313 2015-06-16 08:25:11

• alegus1313
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2013-12-20
• Сообщений: 28
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Тема: Сверхпереходное сопротивление генератора

Добрый день! помогите пожалуйста с ответом на вопрос. В паспорте генератора при ведены 2 сверхпереходных сопротивления генератора по продольной оси: ненасыщенного и насыщенного. Какое брать при расчете.

Безымянный.jpg 83.66 Кб, 2 скачиваний с 2015-06-16

You don’t have the permssions to download the attachments of this post.

2 Ответ от ALAR 2015-06-16 08:33:44 (2015-06-16 08:41:04 отредактировано ALAR)

• ALAR
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2012-10-31
• Сообщений: 138
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Сверхпереходное сопротивление генератора

В РД 153-34.0-20.527-98 в п.5.1.1 описаны принимаемые допущения при расчетах токов КЗ. Среди прочего, там указано: «4) не учитывать насыщение магнитных систем электрических машин»

3 Ответ от matu 2015-06-16 18:39:01

• matu
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2013-02-21
• Сообщений: 716
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Сверхпереходное сопротивление генератора

Расчет токов к.з.? Из опыта: брать нужно сопротивление ненасыщенного состояния

4 Ответ от CLON 2015-06-17 13:20:14

• CLON
• Модератор
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2011-01-11
• Сообщений: 699
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Сверхпереходное сопротивление генератора

На мой взгляд:
Если доаварийный режим — это включение генератора (синхронизация или КЗ при включении, без начального рабочего тока), то берем не насыщенный.
Если же генератор работал в нормальном режиме (с номинальным током), то берем насыщенный.

5 Ответ от Fiksius 2015-06-17 13:32:19

• Fiksius
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2011-01-12
• Сообщений: 738
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Сверхпереходное сопротивление генератора

Если же генератор работал в нормальном режиме (с номинальным током), то берем насыщенный.

Уф. я уж боялся, что других точек зрения не будет. А то у меня насыщенное взято. Правда не для расчетов токов КЗ, а для динамики.

6 Ответ от stoyan 2015-06-17 13:46:42

• stoyan
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2011-05-04
• Сообщений: 1,402

Re: Сверхпереходное сопротивление генератора

Насыщенный, ненасыщенный. Хd» и т.д.
Все берется из опита:
ненасыщенная величина определяется (измеряется) при напряжении не более 15% номинального
насыщенная — при напряжении не менее 70% номинального.

7 Ответ от Leha RZA NEN 2015-09-04 20:10:32

• Leha RZA NEN
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2011-12-12
• Сообщений: 84
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Сверхпереходное сопротивление генератора

В доках забугорских генераторов приводится характеристика КЗ, причем в виде зависимости КЗ от времени. Насыщенность при этом нигде не отражена. И эта характеристика, никак не стыкуется с расчетами. Я говорю о генераторах от 0.6..1.5МВт.

8 Ответ от Fiksius 2016-04-19 08:16:45

• Fiksius
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2011-01-12
• Сообщений: 738
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: Сверхпереходное сопротивление генератора

Все берется из опита: ненасыщенная величина определяется (измеряется) при напряжении не более 15% номинального насыщенная — при напряжении не менее 70% номинального.

stoyan, а можно ссылочку на НТД? что то не нашел с наскока, чтобы в гостах было подобное прописано

9 Ответ от suncov_di 2016-04-19 08:38:33

• suncov_di
• Пользователь
• Неактивен

• Откуда: Н-Уренгой ООО Энерготехсервис
• Зарегистрирован: 2015-10-26
• Сообщений: 734
• Репутация : [ 1 | 0 ]

Re: Сверхпереходное сопротивление генератора

В доках забугорских генераторов приводится характеристика КЗ, причем в виде зависимости КЗ от времени. Насыщенность при этом нигде не отражена. И эта характеристика, никак не стыкуется с расчетами. Я говорю о генераторах от 0.6..1.5МВт.

Аналогичная проблема. Больше верю графику ТКЗ, чем расчетным значениям

график ТКЗ гены.jpg 196.66 Кб, 1 скачиваний с 2016-04-19

данные гены.jpg 340.3 Кб, 1 скачиваний с 2016-04-19

You don’t have the permssions to download the attachments of this post.

10 Ответ от stoyan 2016-05-06 12:47:48 (2016-05-06 12:48:34 отредактировано stoyan)

• stoyan
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2011-05-04
• Сообщений: 1,402

Re: Сверхпереходное сопротивление генератора

Ссилку дать не могу, но у меня ксерокопия одной книжечке по синхронним машинам (заголовок потерян, но автор если не ошибаюсь Слодарж). Там на стр. 196, раздела 7-2.Експериментальние определение параметров синхр. двигателей написано:
«Для получения ненасищених значений сверхпереходного сопротивления подводимое напряжение д.б. 0,02 — 0,15 номинального; для получения насищених значений подводимое напряжение д.б. не ниже 0,7 номинального.»
Бил у меня случай в феврале — считал РЗ турбогенератора 3МВА, 6,3кВ. По отношению к расчетам токов к.з. било замечание — использоват насищенное X»d со ссилкой на «евростандарт». Я им цитировал евростандарт, юто при расчетах токов к.з. не учитивается — насищение електрических машин, емкостних токов (до определенного уровня напряжения) и т.д.
Ответ бил — со всем согласни. Расчети приняти, но пожалуйста в будущем — по насищенним параметрам.
Я ответил что в допольнительних параметрах генератора (я их розискал позже) дан его сверхпереходной ток и он совпадал почти полностью с моим расчетом (разница в 2А на фоне более 1800А).
Ответа не било, но ТГ уже в работе более месяца.
От себя могу добавить, что пользуюсь насищеним сверхперехдним при виборе виключателей, хотя ето ни на какой нормативке не оснивано.

Переходные процессы в синхронных генераторах

Рис. 21-12. картина магнитного поля при внезапном к. з.

Принципиальное отличие переходных процессов от рассмотрен­ных ранее установившихся состоит в том, что при установившихся процессах работы синхронного генератора с симметричной нагрузкой в сердечнике и обмотках ротора не индуцируются никакие токи. В то же время при переходных процессах и несимметричных нагрузках между ротором и статором возникают трансформаторные связи.

Наибольший интерес представляет переходный процесс при внезапном трехфазном коротком замыкании синхронного генера­тора. Переходный процесс при резких изменениях нагрузки, след­ствием которого являются колебания синхронной машины, был рассмотрен в § 21.4.

При рассмотрении переходного процесса синхронного генера­тора пренебрегают активным сопротивлением его обмоток, т. е эти обмотки считают сверхпроводниками. Это допущение в значи­тельной степени облегчает изучение процесса, не внося заметной погрешности, особенно для крупных машин, у которых активное сопротивление обмоток весьма мало. Таким образом, прежде чем перейти к рассмотрению внезапного к. з., введем понятие о сверхпроводящем контуре, для которого по второму закону Кирхгофа можно записать .

В любой момент времени полное потокосцепление сверхпроводящего контура

(21.21)

где и , — потокосцепления, обусловленные внешней причиной и самоиндукцией соответственно.

Рассмотрим внезапное трехфазное к. з. синхронного генерато­ра на его зажимах. Будем считать, что предварительно этот гене­ратор работал в режиме х. х., т. е. в нем действо­вал единственный маг­нитный поток об­мотки возбуждения, в которой проходил ток . При к. з. появляется вращающийся синхрон­но с ротором магнит­ный поток статора по продольной оси (обмот­ка статора представляет собой чисто индуктив­ную нагрузку) , на­правленный против по­тока (рис. 21.12, а). При этом в обмотке возбуждения и в успокоительной обмотке будут индуцироваться дополнительные токи и , которые в соответствии с правилом Ленца препятствуют изменению результирующего магнитного потока в машине. Эти токи создают собственные магнитные пото­ки и , которые противодействуют проникновению потока в сердечник ротора, т. е. будут вытеснять его в воздушный зазор межполосного пространства. В результате поток статора зна­чительно уменьшится до значения . Соответственно уменьшится и индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси, достигнув значения . Поэтому в началь­ный момент переходного процесса, называемого сверхпереходным, действующее значение тока внезапного к з. имеет наиболь­шую величину — ударный ток короткого замыкания

, (21.22)

где — сверхпереходное индуктивное сопротивление.

Обмотки возбуждения и успокоительная все же обладают не­которым активным сопротивлением, а поэтому индуцируемые в них дополнительные токи , и будут постепенно затухать. Од­нако этот процесс затухания протекает неодинаково, так как успо­коительная обмотка и обмотка возбуждения имеют разные постоянные времени Т. Обмотка возбуждения, имея значительное число витков по сравнению с успокоительной обмоткой, обладает боль­шей индуктивностью, а поэтому .

Поэтому к моменту времени, когда дополнительный ток в успокоительной обмотке уменьшится до нуля, дополнительный ток еще имеет некоторое значение. При этом магнитный поток реакции якоря частично будет проходить через ротор, отчего его значение несколько возрастает до значения . Соответст­венно возрастает индуктивное сопротивление статора по продольной оси, достигнув значения ,называемого переходным индуктивным сопротивлением. При этом ток внезапного к. з. несколько уменьшится до значения

. (21.23)

Рис. 21.13. Осциллограммы токов при внезапном к. з.

Через некоторое время уменьшится до нуля и добавочный ток в обмотке возбуждения . При этом поток статора будет замы­каться полностью через ротор и его значение станет еще больше ( ). Соответственно возрастет и индуктивное сопротивление статора, достигнув значения , а ток к. з.

(21.24)

В результате в генераторе установится результирующий магнитный поток (рис. 21.12, б) .

С уменьшением магнитного потока, сцепленного с обмоткой статора, уменьшится ЭДС статора до значения , что приведет к уменьшению тока к. з. до установившегося значения

. (21.25)

Таким образом, при внезапном трехфазном к. з. происходит постепенное затухание тока к. з. Если, например, пик тока (удар­ный ток) при внезапном к. з. достигает 15-кратного значения, то установившийся ток к. з. достигает 1,5-кратного (для турбогенера­торов) или 2,5-кратного (для гидрогенераторов) значения при токе возбуждения, соответствующем номинальной нагрузке. В некото­рых случаях ток может оказаться даже меньше номинального. Причина столь малого тока при установившемся к. з. состоит в том, что генератор размагничивается полем реакции якоря.

На рис. 21.13 представлены осциллограммы токов синхронного генератора при внезапном к. з., где отмечены три характерных участка: — сверхпереходный процесс; — переходный процесс; III — установившееся к. з.

Ударный ток к. з. создает значительные электромагнитные си­лы, действующие на обмотку статора. Особую опасность эти силы представляют для лобовых частей обмотки, что требует примене­ния специальных мер по их укреплению, особенно в турбогенераторах, где лобовые части имеют значительный вылет.

При внезапном к. з. синхронного генератора возникают также значительные электромагнитные моменты, действующие на статор и ротор. В наиболее неблагоприятных условиях мгновенное значение такого момента достигает десятикратной величины по сравнению с номинальным моментом. Это необходимо учитывать при механических расчетах некоторых деталей машины и ее крепления к фундаменту. Режим короткого замыкания нежелателен еще и потому, что он нарушает параллельную работу синхронных генераторов.

С точки зрения уменьшения ударного тока к. з. полезным является увеличение магнитного потока рассеяния обмотки статора , так как это ведет к росту индуктивного сопротивления .Однако не следует забывать и о вредном действии магнитного потока рассеяния: уменьшении полезного магнитного потока и росте внутреннего падения напряжения (за счет увеличе­ния индуктивного сопротивления обмотки).

1. Что такое синхронизация генератора, включаемого на параллельную работу?

2. Как нагрузить генератор, включенный на параллельную работу?

3. Почему с появлением тока нагрузки в цепи статора генератора приводной двигатель получает механическую нагрузку?

4. Что такое коэффициент статической перегружаемости?

5. Какова причина собственных колебаний в синхронном генераторе?

6. Почему колебания ротора имеют затухающий характер?

7. Каково назначение и конструкция успокоительной обмотки?

8. Что такое синхронизирующая способность синхронной машины и какими

параметрами она оценивается?

9. Почему при внезапном к. з. уменьшается индуктивное сопротивление обмот­ки статора по продольной оси?

10. Чем объясняется затухающий характер тока к. з. при внезапном к. з.? 11. Чем опасно внезапное к. з. для синхронного генератора?

Дата добавления: 2015-11-18 ; просмотров: 3048 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Понятие о переходных и сверхпереходных э.д.с. и индуктивных сопротивлениях синхронного генератора

Рассмотрим на векторной диаграмме баланс магнитных потоков в продольной оси ротора машины в нескольких режимах:

• а) режиме холостого хода;
• б) нагрузочном режиме;
• в) режиме КЗ;

Рисунок 2. Баланс магнитных потоков синхронной машины:

ФВ — суммарный поток обмотки возбуждения; ФВ — поток рассеяния обмотки возбуждения; Фd — полезный поток, создаваемый обмоткой возбуждения; результирующий магнитный поток, сцепленный с обмоткой возбуждения ФВ; Фad — поток реакции статора

В режиме холостого хода машины полный поток обмотки возбуждения ФВ, состоящий из потока рассеяния ротора ФВ и полезного потока Фd равен результирующему магнитному потоку, сцепленному с обмоткой возбуждения ФВ.

В нагрузочном режиме возникает поток реакции статора Фad, определяемый его током. Появление потока Фad уменьшает результирующий поток Фв.

В момент возникновения КЗ, при наличии рассеяния обмоток ротора, результирующий поток Фd, а следовательно и результирующая э.д.с. Ed изменяют свое значение (уменьшаются) скачком. благодаря тому, что часть намагничивающей силы, создаваемой свободным апериодическим током обмотки возбуждения, будет израсходована на создание добавочного потока рассеяния обмотки возбуждения Фв и не будет участвовать в компенсации дополнительного потока реакции якоря. Это объясняется тем, что полный поток Фв, создаваемый током возбуждения Iв при наличии рассеяния, равен:

В момент возникновения КЗ поток реакции якоря возрастает на Фad0. Для компенсации приращения Фad0 в обмотке возбуждения наведется дополнительный ток, который создает приращение

Так как поток Фв0 замыкается по пути рассеяния обмотки возбуждения, то полной компенсации потока Фad0 не получается, т. е. оказывается

где Ф / является тем результирующим потоком ротора, который сцеплен с обмоткой статора в момент нарушения режима.

Соответственно для э.д.с., определяемых этими потоками, можно записать

где E / d — носит название продольной переходной э.д.с. генератора;

1d и Ud — продольные ток статора и напряжение генератора при предшествующем режиме.

Вследствие того, что магнитные потоки Фad — Фadв и Ф / d в момент возникновения КЗ полностью компенсируются, переходная э.д.с. E / d обусловленная магнитным потоком Фd‘, сохраняет свое значение в момент нарушения режима. Поэтому положив в выражении (6) напряжение Ud=0, легко определяем начальное действующее значение периодической слагающей тока КЗ по продольной оси

Начальное значение переходной э.д.с. Еd0 определяется из выражения (6) по имеющимся значениям напряжения Ud и тока Id для предшествующего режима.

Таким образом, учет рассеяния ротора находит свое отражение в равной мере как при определении E / d, так и х / d. Введение переходной э.д.с. E / d и переходного индуктивного сопротивления х / d, по существу, равноценно замене синхронной машины, ротор которой имеет рассеяние, машиной с ротором без рассеяния, но с соответственно увеличенным рассеянием статора и увеличенной результирующей э д.с. в обмотке статора (рис. 3).

Таким образом, явнополюсная машина так же, как и неявнополюсная синхронная машина без демпферных обмоток, в переходном режиме может быть представлена ЭДС Е’d за сопротивлением х’d так, как это показано на рис. 3.

Рисунок 3. Эквивалентная схема замещения синхронного генератора без успокоительных обмоток в продольной оси

Сверхпереходные э.д.с. и индуктивные сопротивления. По аналогии с изложенным выше установим параметры и величины, характеризующие синхронный генератор с успокоительными обмотками в момент внезапного КЗ при наличии рассеяния обмоток ротора.

Для этого рассмотрим этот генератор сперва в продольной оси. Используя принцип постоянства результирующих потокосцеплений обмоток, можно и в данном, более сложном, случае, когда имеются три магнитносвязанных обмотки, выявить ту э.д.с., которая сохраняет свое значение в момент внезапного изменения режима неизменным, и установить соответствующую ей реактивность машины.

Результирующая э.д.с. обмотки статора Ed, определяемая магнитным потоком в воздушном зазоре по продольной оси Фd, в момент внезапного КЗ изменяет свое значение скачком. Благодаря наличию рассеяния обмотки возбуждения и успокоительной обмотки не происходит полной компенсации приращения потока реакции статора Фad за счет приращения потоков Фd и Фуd, вызываемых наведенными в этих обмотках свободными токами. Поэтому в качестве расчетной должна быть принята другая э.д.с., отличная от Ed . Для определения искомой э.д.с. используем принцип постоянства результирующих потокосцеплений обмотки возбуждения и успокоительной обмотки, в соответствии с которым сумма приращений магнитных потоков, пронизывающих каждую из обмоток ротора в момент внезапного изменения режима машины, должна быть равна нулю. Исходя из этого, для обмоток ротора можно записать следующие равенства для обмотки возбуждения

для успокоительной обмотки (продольной)

где Фвd и Фв — приращения полезного потока и потока рассеяния, вызванные свободным током, наведенным в обмотке возбуждения;

Фуd и Фуd — то же в успокоительной обмотке.

Из уравнений (8) и (9) вытекает, что добавочные потоки рассеяния обмоток ротора (возбуждения и успокоительной) равны между собой

и что часть магнитного потока продольной реакции статора Фаd, численно равная добавочным потокам рассеяния Фв = Фуd остается нескомпенсированной в момент возникновения КЗ и вытесняется из ротора добавочными потоками рассеяния Фв и Фуd , образуя совместно с ними поток Фаdву (рис. 4). Поток Фаdву замыкается по путям потока реакции якоря и рассеяния обмоток возбуждения и успокоительной. По аналогии с выражением (3) получаем величину добавочного индуктивного сопротивления обмотки статора, соответствующего потоку Фаdву

где хуd — индуктивное сопротивление рассеяния продольной успокоительной обмотки.

Рисунок 4. Магнитные потоки в продольной оси явнополюсного синхронного генератора с продольной успокоительной обмоткой в момент внезапного КЗ

Прибавив к нему сопротивление ху, связанное с потоком рассеяния обмотки статора Ф (см. рис. 4), получаем выражение для продольного сверхпереходного индуктивного сопротивления

Оставшаяся часть магнитного потока продольной реакции статора, т. е. Фаd — Фаdву (см. рис. 4), и полезный поток Фd, создаваемый совместным действием тока возбуждения Iв и свободных токов Iв и Iуd , возникающих в обмотке возбуждения и успокоительной обмотке в момент внезапного нарушения режима, образуют поток , сцепленный с обмоткой статора и продольными обмотками ротора

Эти потоки обусловливают в обмотке статора соответствующие им э.д.с.:

где — продольная сверхпереходная э. д. с.;

Ud и Id — напряжение и ток предшествующего режима по продольной оси генератора, хd = xad+x — полное индуктивное сопротивление обмотки статора по продольной оси.

Благодаря тому, что магнитные потоки Фаd — Фаdву и Фd = Фвd — Фуd в момент возникновения КЗ полностью компенсируются, сверхпереходная э.д.с. в момент нарушения режима сохраняет свое прежнее значение. Это обстоятельство позволяет использовать э.д.с. вместе с для определения тока в обмотке статора при внезапном трехфазном КЗ. Приняв в уравнении (14) Ud=0, что соответствует случаю КЗ на выводах генератора, легко определить начальное действующее значение периодической слагающей тока КЗ по продольной оси

Начальное значение э.д.с. определяется из выражения (14), где значения напряжения Ud и тока Id должны быть приняты теми, какими они были у машины до момента нарушения режима ее работы.

Три магнитно-связанные обмотки в продольной оси синхронного генератора могут быть представлены эквивалентной схемой замещения, представленной на рис 5, а. Здесь сопротивления ветвей

Рисунок 5. Эквивалентные схемы замещения синхронного генератора с успокоительными обмотками в продольной оси

хаd, хв и хаd включены параллельно между собой и последовательно с х . В результате генератор представлен в продольной оси э. д. с. и сопротивлением .

Увеличение индуктивного сопротивления генератора

§ 5.3. ВЕКТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Индуктивные сопротивления синхронной машины. В результате реакции якоря и падения напряжения в обмотке напряжение U генератора изменяется при нагрузке. Изменение напряжения

Рис. 5.10. Распределение потоков реакции якоря в машине с постоянными магнитами: а — поперечная реакция якоря; б — продольная реакция якоря

в основном определяется индуктивным сопротивлением синхронной машины.

Для опытного определения индуктивного сопротивления следует подвести к обмотке якоря симметричное напряжение U при отсутствии тока возбуждения. Отношение разности U — Iаrа к току якоря Iа при различных положениях потока относительно синхронно вращающегося ротора дает численное значение индуктивного сопротивления машины. Это сопротивление при продольном направлении потока якоря называют синхронным сопротивлением по продольной оси и обозначают символом xd. Сопротивление при поперечном положении потока называют синхронным сопротивлением по поперечной оси и обозначают xq. Если явнополюсная машина ненасыщена, то обычно xd>xq. В неявнополюсных машинах xd = xq.

В машинах с постоянными магнитами xd меньше xq. Это объясняется особенностью конструкции полюсов ротора (рис. 5.10). Вследствие значительного увеличения ширины полюсных наконечников магнитное сопротивление прохождению потока Фаd по поперечной оси мало (рис. 5.10, а), вследствие чего xq получается большим. Наличие же в продольной оси постоянного магнита и зазора между полюсами значительно увеличивает магнитное сопротивление прохождению потока Фаd (рис. 5.10, б) и делает малым xd.

Индуктивные сопротивления xd и xq соответствуют полному потоку, сцепленному с обмоткой якоря. Этот поток можно рассматривать состоящим из двух частей: потока рассеяния и потока взаимо-

индукции. Потоку рассеяния соответствует сопротивление рассеяния xs, а потоку взаимоиндукции (который через воздушный зазор проходит в ротор) соответствуют сопротивления реакции якоря xad и хаq. Таким образом, сопротивление реакции якоря по продольной оси

сопротивление реакции якоря по поперечной оси

Рис. 5.11. Диаграмма э. д. с. синхронного генератора: а — диаграмма явнополюсного генератора; б — упрощенная диаграмма явнополюс ного генератора; в — упрощенная диаграмма неявнополюсного генератора

Диаграмма э. д. с. (диаграмма Блонделя). Векторные диаграммы синхронного генератора дают физическое представление о процессе в машине, показывают соотношения и фазы отдельных составляющих токов, э. д. с. и напряжений. Векторные диаграммы позволяют определять изменение напряжения обмотки якоря при изменении тока нагрузки.

Рис. 5.12. Построение диаграммы э. д. с. явнополюсного синхронного генератора: а — исходная диаграмма; б — построенная диаграмма

Для определения направления осей d и q надо сделать вспомогательное построение. Положим, что векторная диаграмма, аналогичная векторной диаграмме, представленной на рис. 5.11, б,

Уравнению (5.4, а) соответствует векторная диаграмма (рис. 5.13, б).

Имея характеристики холостого хода и короткого замыкания можно из выражения (5.4, а) определить индуктивное сопротивление

В теории синхронных машин существует понятие об отношении короткого замыкания (ОКЗ). Оно равно отношению тока короткого замыкания при токе возбуждения, соответствующем номинальному напряжению при холостом ходе к номинальному току. Значение ОКЗ обратно пропорционально сопротивлению xd. ОКЗ является важным параметром синхронного генератора. Для турбогенератора ОКЗ равно 0,4÷0,6. Для гидрогенератора ОКЗ равно 0,9—1,9.

1. Какова разница между векторной диаграммой э. д. с. (Блонделя) и векторной диаграммой м. д. с. и э. д. с. (Потье)?

2. Можно ли в диаграмме м. д. с. и э. д. с. учитывать неодинаковую магнитную проводимость по продольной и поперечной осям машины?

3. Как на диаграмме э. д. с. определяется э. д. с, наведенная в результате продольной и поперечной реакции якоря?

4. Каково различие между потоком реакции якоря и потоком рассеяния якоря?

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).

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.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Переходные процессы в синхронных машинах

Переходные процессы в синхронных машинах возникают при изменении нагрузки, синхронизации машины и различных аварийных режимах. Изучение переходных процессов необходимо для проектирования и эксплуатации синхронных машин.

В параграфе 4.2 рассмотрены дифференциальные уравнения синхронной машины, решение которых дает ответы почти на все вопросы, возникающие в практике. Уравнения (4.1)—(4.8) не имеют аналитического решения. Их можно смоделировать на ЭВМ.

Па сегодняшний день теория переходных процессов в синхронных машинах разработана достаточно хорошо. Имеются стандартные программы, позволяющие исследовать динамику с учетом нескольких полей в воздушном зазоре, нелинейностей и нескольких контуров. Большой вклад в изучение переходных процессов в синхронных машинах внесли советские ученые А. И. Важное, И. А. Глебов, Е. Я. Казов- ский, Г. А. Сипайлов, И. И. Трещев и др.

Моделирование уравнений синхронных машин осложняется наличием трех — пяти контуров и различием параметров по осям d и q. Для большинства задач необходимо учитывать изменение параметров в переходных процессах. Исследование динамики синхронных машин на ЭВМ рассматривается в спецкурсах. Ниже переходные процессы в синхронных машинах разбираются качественно, без привлечения дифференциальных уравнений.

Рассмотрим явления при трехфазном коротком замыкании па выводах машины. Симметричное трехфазное короткое замыкание обмотки якоря происходит при работе машины на холостом ходу, а частота вращения, насыщение и напряжение, приложенное к обмотке возбуждения, нс изменяются.

При внезапном коротком замыкании можно считать, что потокосцепление обмотки якоря остается неизменным. Активное сопротивление обмотки якоря значительно меньше индуктивного, поэтому в уравнении

В первый момент короткого замыкания ток якоря создает магнитный поток, который начинает проникать в ротор. Исходя из постоянства потокосцепления при изменении тока в статоре можно сделать вывод, что в обмотках ротора возникает дополнительный ток, препятствующий проникновению потока статора в ротор.

На рис. 4.66 показано два состояния, качественно характеризующих процессы в синхронной машине по оси d при переходном процессе. При изменении тока в якоре в первый момент демпферная обмотка препятствует проникновению

Рис. 4.66. Состояния синхронной машины в оси d при переходном процессе

потока в обмотку возбуждения. Это положение определяется сверхпереходным сопротивлением x’j (рис. 4.66, а). После того как поток проник в демпферную обмотку, изменению его препятствует обмотка возбуждения. Это состояние машины характеризуется переходным сопротивлением х’д (рис. 4.66, б). В установившемся режиме машина имеет по продольной оси сопротивление ял (рис. 4.66, в).

Свсрхперсходнос индуктивное сопротивление по продольной оси x’j и переходное сопротивление ^характеризуются соответствующими схемами замещения, показанными на рис. 4.67. Во всех схемах замещения сопротивления приведены к обмотке якоря. Сверхпереходное сопротивление x’j определяется параллельным соединением индуктивного сопротивления x2o(j, учитывающего влияние демпферной обмотки, и сопротивления хаг, учитывающего влияние обмотки возбуждения па переходный процесс.

При отсутствии демпферной обмотки переходное сопротивление Xfj определяется установившимся сопротивлением реакции якоря хад и сопротивлением ло/, учитывающим демпфирующие свойства обмотки возбуждения.

Сопротивления x„j и x2a,i значительно меньше хш/, поэтому xj 7 «sinft)t, (4.122)

возбуждения и обмотки якоря.

Так как момент пропорционален токам в статоре и роторе, то

где Гм — постоянная времени, определяющая затухание ударного момента, зависящая от постоянной времени обмотки

Такое увеличение момента в переходных процессах необходимо учитывать при расчете на прочность валов и муфт, соединяющих синхронные генераторы с турбинами. Ударный момент, так же как и электромагнитный момент в установившемся режиме, приложен и к ротору, и к статору, поэтому болты, крепящие машину к фундаменту, должны быть рассчитаны на эти усилия.

Механические воздействия при коротком замыкании более опасны для машины, чем тепловые, так как эти процессы кратковременные.

Переходные процессы в синхронной машине связаны не только с электромагнитными, но и электромеханическими процессами, сопровождающимися колебаниями частоты вращения. Исследование переходных процессов в синхронных машинах с учетом изменения частоты вращения возможно только с применением ЭВМ и рассматривается в спецкурсах [7,15].

Источник: nevinka-info.ru