38. Колебания и динамическая устойчивость см.
При параллельной работе синхронной машины с сетью, так же, как и в колебательном контуре, появляются качания. Необходимо синхронную машину рассчитывать таким образом, чтобы машина не могла войти в резонанс с сетью. Для этого необходимо, чтобы частота собственных колебаний машины и частота сети значительно отличались друг от друга. Частота собственных колебаний машины зависит от параметров машины и во многом определяется J(момент инерции ротора). Чем больше J, тем меньше ω0. Демпферная обмотка уменьшает амплитуду качаний. Особенно склонны к качанию синхронные машины мощностью 10 – 100 кВт, когда сочетание параметров наиболее неблагоприятно. При работе синхронного двигателя на ударную нагрузку или в случае, когда синхронный генератор вращается поршневым двигателем, могут возникнуть вынужденные колебания ротора.
При совпадении частоты колебаний момента с частотой собственных колебаний ω0 наступает резонанс, когда машина раскачивается и выпадает из синхронизма. Качания ротора сопровождаются колебаниями токов в якоре машины, что вызывает вибрации, шум и возрастание потерь. При ударной нагрузке необходимо выполнять демпферную обмотку с меньшим сопротивлением и выбирать момент инерции так, чтобы частота ω0 и частота вынужденных колебаний значительно отличались друг от друга. При аварийном сбросе нагрузки синхронный генератор может при увеличении частоты вращения работать кратковременно в режиме асинхронного генератора, а при перегрузках синхронная машина выпадает из синхронизма и переходит в режим работы асинхронным двигателем. В этих режимах нарушается статическая устойчивость синхронной машины, работающей параллельно с сетью, поэтому эти режимы допускаются кратковременно.
Динамическая устойчивость – это способность СМ оставаться в синхронизме при резких изменениях нагрузки и параметров сети. В отличие от понятия статической устойчивости, когда процессы преобразования энергии происходят в установившемся режиме, динамическая устойчивость – способность машины оставаться в синхронизме в переходных режимах.
39. Обобщенная эм.
Из законов электромеханики следует, что все электрические машины имеют общую основу: они преобразуют механическую энергию в электрическую и обратно — электрическую — в механическую. При этом поля ротора и статора неподвижны друг относительно друга. Электрические машины представляют собой определенную комбинацию в пространстве обмоток, в которых протекают токи, сдвинутые во времени также на определенный угол. При проектировании стремятся получить в воздушном зазоре круговое вращающееся магнитное поле, которое содержит только одну гармонику. Вращающееся поле может быть создано двухфазной системой токов, если неподвижные обмотки сдвинуты в пространстве на 90°; трехфазной системой токов — при сдвиге обмоток в пространстве на 120° и токов во времени на 120°. В общем случае вращающееся поле создается m-фазной системой токов при сдвиге обмоток в пространстве на 360°/m и токами со сдвигом во времени на 3600/m. Вращающееся пале может также создаваться и постоянным током. При этом обмотка, обтекаемая постоянным током, должна вращаться. Обмотки возбуждения во всех электрических машинах создают магнитное поле, в котором происходит электромеханическое преобразование энергии, но активная мощность поступает в воздушный зазор со стороны вала или из электрической сети. В установившемся режиме от обмоток возбуждения мощность не отбирается. Магнитное поле в машинах переменного тока создается реактивными токами, которые также косвенно участвуют в процессе преобразования энергии.
Простейшей схемой электрической машины является двухфазная машина с двумя парами обмоток на статоре и роторе. Обмотки статора ωαs и ωβs сдвинуты в пространстве и в магнитном поле на 90° и обмотки ротора ωαr и ωβr сдвинуты относительно друг друга на 90°. К обмоткам статора приложены соответственно напряжения.
Чтобы в воздушном зазоре двухфазной машины получить вращающееся магнитное поле, необходимо к обмоткам статора или ротора под вести напряжения, сдвинутые во времени на 90°. Тогда в обмотках будут протекать токи, сдвинутые во времени на 90°, и в воздушном зазоре появится вращающееся магнитное поле. В воздушном зазоре магнитные поля ротора и статора неподвижны относительно друг друга. При изменении ωс или ωр изменяется частота токов в роторе, но поля статора и ротора остаются неподвижными относительно друг друга.