10.2. Перехідний процес при трифазному короткому замиканні в синхронних двигунах

При роботі двигуна в магнітних полях його обмоток запасається визначеною енергією. Якщо в зовнішньому ланцюзі відбувається аварія, то запас електромагнітної енергії міняється, тобто машина реагує на зовнішні збурювання. Цю реакцію можна оцінити за схемою заміщення:

Якщо в аварійному режимі при зниженні напруги на затисках струм двигуна збільшиться, то це - режим перезбудження.

Якщо ж це - режим недозбуджений , то понад перехідний струм двигуна може бути різним у залежності від залишкової напруги на затисках синхронного двигуна. Звичайно двигуни мають наступні параметри: E_q^"=1,1; х_d^"=0,2

При короткому замиканні на затисках двигуна:

Розрахунок I''=f(t) при аварії ведуть так само, як для генераторів по розрахункових кривих (або програмам). Електромагнітний момент:

Якщо напруги на затисках виявляється дуже низьким, то моменту, що розвивається, може не вистачити для обертання виконавчого механізму, тоді двигун "перекинеться", тобто зупиниться.

Необхідно пам'ятати, що струм короткого замикання - реактивний струм. Для СД і СК : k_y = 1.95...1.98. 10.3. Синхронні компенсатори

Крім синхронних двигунів як навантаження часто використовуються компенсатори - це такі ж двигуни, але не несущі активної навантаження. За рахунок регулювання ЕРС вони можуть працювати як у режимах недозбудження (тобто видавати Q), так і споживати реактивну потужність.

Синхронні компенсатори використовуються для регулювання балансу реактивних потужностей у споживача. Звичайно вони мають наступні параметри:

E_q^"=1,2; х_d^"=0,2

тоді струм КЗ на затисках СК:

Розрахунок I=f(t) для них виробляється так само, як для СГ і СД. СК не можуть перекидатися. тобто він переходить у режим споживання реактивної потужності з зовнішньої мережі і при цьому він, як правило, перекидається.

10.4. Асинхронні двигуни (ад) при трифазних коротких замикань

Асинхронні двигуни складають 50-60 % усього навантаження системи. Вони мають дуже простий пристрій, зручні в експлуатації й економічні.

Вони складаються зі статора з трьома фазними обмотками і коротко замкнутого ротора. Фазні обмотки підключаються до трифазної живильної мережі і створюють результуюче магнітне поле статора, що рухається зі швидкістю _{0 1}.

У роторі (звичайно він литий з алюмінію) полем статора наводиться струм, що взаємодіє з його магнітним полем, що утворило, і створює магнітний момент.

Ротор обертається за магнітним полем статора, але його швидкість менше синхронної, тобто як би "прослизає" назад відносно полючи статора:

Електромагнітний момент, що розвивається, має такий вигляд (рис 8.3.)

При короткому замиканні в зовнішній мережі електромагнітна енергія, запасена в електродвигуні, витрачається на підживлення аварії. Для першого моменту короткого замикання двигун має наступні параметри:

E"=0.9; х"=0.2

I"=0.9/0.2=4.5I_н

У доаварійному режимі двигуни споживають із зовнішньої мережі, а при аварії віддають неї в зовнішню мережу.

Розрахунок I= (f) для великих асинхронних двигунів роблять аналогічно синхронним двигунам, тобто по розрахункових кривих. Для дрібних двигунів можна використовувати спеціальні формули.

У нормальному режимі асинхронні двигуни працюють з дуже невеликими величинами ковзання, тому можна зневажити ними, а асинхронний двигун розглядати в первісний момент короткого замикання, як не збуджений синхронний двигун. При цьому вважають, що ротор симетричний і не треба розраховувати окремо по осях. Понад перехідна реактивність двигуна

Початкове значення понад перехідна ЕРС:

Після того як асинхронний двигун витратив усю запасену надлишкову енергію, його схема заміщення має вигляд:

Тобто він переходить у режим споживання реактивної потужності з зовнішньої мережі і при цьому він, як правило, перекидається

10.5. Узагальнене навантаження В практичних методах звичайно враховують окремо лише великі двигуни, що знаходяться поруч із крапкою короткого замикання. Все інше навантаження звичайно заміняють узагальненим навантаженням з параметрами первісного моменту ПП (t=0):

х"_нав=0.35

Е"_нав=0.85

k_у=1.0

вважаючи їх вираженими у відносних одиницях при повній робочій потужності (МВА) навантаження і середній номінальній напрузі тієї ступені, де вона приєднана.

Контрольні питання: 1. Синхронний двигун. Опишіть принцип дії, пристрій, основні параметри і характеристики при КЗ. 2. Синхронні компенсатори. Опишіть принцип дії, пристрій, основні параметри і характеристики при КЗ. 3. Коротке замикання в асинхронних двигунах. Принцип дії , пристрій, основні параметри і характеристики при КЗ. 4. Що називається узагальненим навантаженням? 5. Назвіть параметри узагальненого навантаження.

Висновки:

У лекції представлено матеріал де розкрито принцип дії, складові, основні параметри і характеристики при к.з. синхронного двигуна та синхронного компенсатора. Коротке замикання в асинхронних двигунах та принцип їх дії , складові, основні параметри і характеристики при к.з. Параметри узагальненого навантаження

Лекція 11: Електромагнітні перехідні процеси при порушенні симетрії трифазного ланцюга

Вступ

Порушення симетрії ускладнює розрахунок перехідних процесів, тому що застосовується спеціальні прийоми що спрощують розрахунок струмів к.з. Ці прийоми і розглянуто в цій лекції – метод симетричних складових, основні системи рівнянь та ін. 11.1 Метод симетричних складових

Розглянуті перехідні процеси обмежені допущенням, що несиметрія виникає тільки в одному якому-небудь місці системи, у той час як інша система залишається строго симетричною.

Така однократна несиметрія може бути:

поперечною - будь-який вид несиметричного короткого замикання (к⁽¹⁾, к^(1.1), к⁽²⁾); подовжньою – обриви однієї або 2-х фаз.

Строгий математичний аналіз несиметричних короткого замикання істотно ускладнений тією додатковою обставиною, що при таких процесах утвориться пульсуюче магнітне поле ротора, що викликає повний спектр вищих гармонік. Перехід від фазних змінних до змінних в координатах (d, q) при цьому не звільняє диференціальні рівняння від періодичних коефіцієнтів. Тому використовують так званий метод симетричних складових, суть його полягає в наступному: систему з 3-х несиметричних векторів можна одержати накладенням трьох систем симетричних векторів.

У прямої послідовності вектори випливають у тому ж порядку, що і симетричний трифазний ланцюг (мал.10.1,а): АВС.

Відповідно, зворотна послідовність - у зворотному порядку (рис 10.1,б): АСВ.

У нульовій послідовності (кути між векторами дорівнюють нулю) вектори збігаються по напрямку, фазі і величині (мал.10.1, в).

11.2 Основні системи рівнянь Фазні векторі несиметричного режиму рівні:

Метод симетричних складових зручний для розрахунку несиметричних аварій, так як зводить задачу до розрахунку 3-х симетричних режимів з наступним додавання їхніх результатів. Використовуємо операторну форму запису рівнянь

Тоді для напруг у точці КЗ одержимо:

Аналогічно для струмів КЗ:

Розрахунки несиметричних КЗ ведуть відносно фази А. При цьому вважається, що однофазні КЗ відбуваються у фазі А, а к^(1.1) і к⁽²⁾ у фазах В и С. У такий спосіб фаза А завжди знаходиться в особливому режимі і її називають особливою. Для кожної із симетричних складових вірні основні закони електротехніки. Зокрема, за законом Ома для точки КЗ можна написати

де Е _A - результуюча ЕРС прямій послідовності еквівалентного генератора; I_кА1, I_кА2, I_к0 - симетричні складові струму КЗ у фазі А; Z₁ , Z₂ , Z₀ - результуючі опори схеми для струмів відповідних послідовностей. Формальний прояв струмів зворотної і нульової послідовності можна представити як результат додатка до точки аварії напруг цих послідовностей. Таким чином, аварійний струм - це струм який вийде, якщо в схемі, крім основної ЕРС діє ще і джерело напруги зворотної і нульової послідовності. Несиметричні режими можна розрахувати на основі отриманих систем рівнянь (10.2) та (10.4), але необхідно мати у виді, що результуючі опори схем до крапки КЗ ₁ , ₂ , ₀ і в загальному випадку неоднакові.