Лекция 8. Гашение магнитного поля синхронной машины

При повреждении внутри электрической машины или на участке от её выводов до ближайшего отключающего аппарата единственным средством прекращения тока в машине является развозбуждение, гашение её магнитного поля.

Обмотка синхронной машины обладает большим запасом электромагнитной энергии, и быстрое поглощение последней представляет сложную задачу. Обычный полный разрыв цепи возбуждения опасен, так как вследствие большой индуктивности обмотки возбуждения на её выводах возникает перенапряжение, способное вызвать пробой изоляции данной обмотки. Поэтому гашение поля осуществляется переключения обмотки возбуждения на так называемое разрядное сопротивление или на встречнонаправленную ЭДС. Аппарат, производящий такие функции, называют автоматом гашения поля (АГП). Устройство гашения поля должно удовлетворять следующим условиям:

– время гашения поля t_гаш должно быть возможно меньшим;

– напряжение на выводах обмотки возбуждения при гашении поля не должно превышать того напряжения, которое является допустимым для изоляции этой обмотки.

В настоящее время существует много различных способов гашения поля.

Однако остановимся на двух из них, которые получили широкое распространение:

а) первый состоит в разряде обмотки возбуждения на постоянное активное сопротивление.

б) использование для цепей АГП дугогасящей решётки.

8.1 АГП с активным сопротивлением

Автомат гашения поля, схема включения которого показана на (рис.8.1а) имеет контакты «2», которые в нормальных условиях замкнуты и контакты «1» - разомкнуты. При действии автомата вначале замыкается контакт «1» и подключает разрядное сопротивление r, затем (во избежание больших перенапряжений) происходит размыкание контакта «2». При отсутствии демпферных обмоток и разомкнутом статоре ток в обмотке возбуждения будет затухать от своего предшествующего значения i_{f 0}

по известной закономерности:

i _f = i_{f 0} e ^{–t/ Тгаш} ( 8.1 )

где постоянная времени гашения поля: Т_гаш = (L_f и r_f –индуктивность и сопротивление обмотки возбуждения в горячем состоянии).

Величину r выбирают такой, чтобы

r < U_{доп. мах}/ i _fo , причем U_{доп. мах} < 0,6 U_исп

где U_исп – испытательное напряжение изоляции обмотки возбуждения.

.

Рис.8.1 Гашение поля переключением обмотки возбуждения на постоянное разрядное сопротивление

Агп с дугогасящими решётками

Известно, что падение напряжения на короткой электрической дуге между металлическими электродами сохраняется практически постоянным при изменении тока в широких пределах, т.е. сопротивление такой дуги отвечает требованиям к разрядному сопротивлению для осуществления оптимальных условий гашения. Поскольку падении е напряжения на короткой дуге составляет всего лишь около 30 В, для гашения поля при более высоких напряжениях применяют последовательное соединение ряда коротких дуг, что выполнено в дугогасящей решётке (ДГР). (рис. 8.2а)

При последовательном включении дугогасящей решётки контакты АГП в нормальных условиях замкнуты, и размыкание происходит при действии АГП. Образующаяся при этом дуга, разбивается в решётке на ряд коротких дуг. Пока горит дуга, цепь обмотки возбуждения остаётся замкнутой через якорь возбудителя.

Для ограничения перенапряжения дугогасящей решётки принимается шунтирование относительно большим сопротивлением r_ш.д , причём чтобы дуга гасла по частям, а не вся сразу, решётка разбита на секции, которые присоединены к промежуточным ответвлениям этого сопротивления. Обычно включают такое количество дуг, чтобы напряжение на дуге u_д = U_{доп. мах.}

Считая напряжение возбудителя U_в (практически равное предшествующему режиму и равному напряжению на кольцах ротора u_{f 0} неизменными, для цепи возбуждения в схеме (рисунок 8.2) при гашении поля имеем:

( 8.2)

где u_д - напряжении при горении дуги, В. Интегрирование этого уравнения при этом условии приводит к выражению для тока

( 8.3)

Напряжение на дугогасящей решётке: u_д = (1+k ) u_{f o,}

где

( 8.4)

Поэтому выражение (4.20) можно представить в другой форме:

( 8.5)

Из выражения (8.2) непосредственно следует, что включение ДГР эквивалентно внезапному включению в цепь обмотки возбуждения постоянной ЭДС u_д и направленной против u_{f o} . При этом нужно иметь ввиду, что (8.3) и (8.5) справедливы лишь в течение времени горения дуги, которое при отсутствии демпферных обмоток является таким временем гашения поля t_гаш.

Это время легко найти из (8.5) при i_f = 0 :

На рис б представлен переходный процесс уменьшения тока возбуждения i_f генератора при К =5. Очевидно что время гашения поля в 4 раза меньше , чем при разряде энергии поля на сопротивление ( см уменьшение тока i_f на рис.8.2 б)