Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышлен

системе и при близких коротких замыканиях [1]. Обычно эти устройства работают при условии, что частота напряжения секции после нарушения электроснабжения снизилась до 46—48,5 Гц, в то время как на другой секции частота на­ пряжения не ниже 49 Гц, а напряжение не ниже (0,7-=-0,8) UN. Используются также устройства, одновременно реагирую­ щие на снижение частоты и изменение направления активной мощности.

Большинство возбудительных устройств СД оборудовано автоматическими регуляторами возбуждения (АРВ). Схема АРВ выбирается в зависимости от рода и характера нагруз­ ки и типов двигателей в узле нагрузки. При этом могут быть даны следующие рекомендации [21].

1. На предприятиях с изменяющейся нагрузкой и напря­ жением электрической сети регулирование возбуждения СД должно быть направлено на поддержание напряжения в узле нагрузки.

2.На предприятиях с равномерной нагрузкой и незначи­ тельным изменением уровня напряжения в электрической се­ ти АРВ можно не применять. В этом случае достаточно иметь форсировку возбуждения.

3.Для СД, работающих с резкопеременной нагрузкой на валу, может быть рекомендовано регулирование возбужде­ ния по изменению активной составляющей тока статора с поддержанием напряжения в узле нагрузки. В случае необ­ ходимости для сохранения устойчивости синхронного режима

иинтенсивного демпфирования качаний ротора может быть применено сильное регулирование возбуждения.

4.Для СД, подключенных к узлу нагрузки, обеспеченно­ му реактивной мощностью от других, более экономичных ис­ точников, рекомендуется регулирование возбуждения, на­ правленное на поддержание постоянного оптимального зна­ чения коэффициента мощности или тока возбуждения.

Современные ВУ СД дают возможность выбирать необхо­ димые параметры режима, по которым осуществляется ре­

гулирование возбуждения. Так, ВУ типа ТЕ-8-320-5 обеспе­ чивает стабилизацию тока возбуждения, а также автомати­ ческое регулирование по любому из нижеперечисленных па­ раметров или их комбинации: току возбуждения; напряже­ нию статора; полному току статора; коэффициенту мощности узла нагрузки; активному току статора; реактивному току статора; внутреннему углу двигателя.

Критерием выбора оптимального варианта автоматичес­ кого регулирования возбуждения должно служить условие минимума расчетных затрат, при определении которых следу­ ет учитывать стоимость АРВ, затраты на передачу реактив­ ной мощности из электрической сети в данный узел нагруз­ ки, стоимость потерь электрической энергии в СД. Кроме того, следует учитывать ожидаемый экономический эффект от улучшения режима работы присоединенных к электричес­ кой сети асинхронных двигателей и других потребителей электрической энергии.

5.2 ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ВОЗБУДИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

Характеристики холостого хода различных электромашинных возбудителей, выраженные в относительных единицах, различаются незначительно. Это позволяет использовать в расчетах усредненную характеристику холостого хода воз­ будителей СД

Рис. 5.1. Принципиальная схема электромашинного возбудителя с самовозбуждением

будителя (если возбудитель находится на одном валу с СД, то сов=со). Пренебрегая относительно малым сопротивлени­ ем якоря, характеристику холостого хода возбудителя мож­ но считать также его нагрузочной характеристикой.

Схема электромашинного возбудительного устройства с самовозбуждением приведена на рис. 5.1. Ток в обмотке воз­ буждения возбудителя

где RBB— активное сопротивление вцепи ОВВ. В относи­ тельных единицах, когда за базисные единицы приняты пара­ метры режима возбудителя при номинальном режиме рабо­ ты СД, соотношение (5.6) примет вид

Подставляя (5.7) в (5.5), получаем выражение, определяю­ щее напряжение возбудителя в зависимости от частоты вра­ щения ротора СД:

0, если А < О,

где Л//у—напряжение на ОВД в синхронном установившемся режиме, обратно пропорциональное сопротивлению R BB.

При снижении напряжения на обмотке статора СД (U<. <0,85) сопротивление RBB шунтируется контактором К^, и напряжение на обмотке возбуждения достигает потолочного значения в режиме форсировки возбуждения. Процесс нара­ стания напряжения на ОВД в режиме форсировки определя­ ется следующей зависимостью [4]:

где Т„— электромагнитная постоянная времени возбудителя. Для возбудителя с самовозбуждением 7e=0,3-j-0,6 с.

Напряжение на ОВД (в относительных единицах) при га­ шении поля, которое осуществляется замыканием этой об­ мотки на пусковое сопротивление Rn, определяется формулой

где Kn=Rnf[Rt — кратность пускового сопротивления. Ток в обмотке возбуждения I, для произвольного режима СД вы­ ражается с помощью соотношения (4.57). Решая систему уравнений (5.11) и (4.57) относительно напряжения на об­ мотке возбуждения в режиме гашения поля, получаем

Если пренебречь сопротивлением демпферной обмотки по продольной оси (ftld= 0 ), напряжение на ОВД в режиме га­ шения поля определится более простым соотношением

Приближенное выражение (5.13) достаточно точно опреде­ ляет напряжение на ОВД в процессе гашения поля за исклю­ чением начального этапа.

Уравнения (5.9), (5.10) и (5.12) определяют напряжение на ОВД во всех возможных режимах электромашинного воз­ будительного устройства с самовозбуждением.

Независимое возбуждение электромашинного возбудителя может осуществляться различными способами, при этом ис­ пользуются:

подвозбудитель, расположенный на одном валу с возбу­ дителем и ротором СД. В этом случае ток в ОВВ

независимый источник постоянного тока, не связанный с электрической сетью. При этом ток в ОВВ постоянен (/„в== = I BN=<1), а напряжение на ОВД

(5.16)

статический преобразователь, подключенный через транс­ форматор к той же секции, что и СД (рис. 5.2). Тогда ток в ОВВ пропорционален напряжению электрической сети (/вв=KU) и без учета насыщения магнитной системы воз­ будителя напряжение на ОВД

где <Uу — напряжение на статорной обмотке в установившем­ ся (синхронном) режиме. Зависимости, характеризующие из-

Статические ВУ являются наиболее распространенными устройствами, применяемыми для возбуждения СД, и вклю­ чают в себя управляемый выпрямитель, пусковое сопротивле­ ние с тиристорным ключом, электронную систему управления

Рис. 5.4. Схема статического возбудительного устройства

возбуждения СД замкнута на пусковой резистор /?„ через тиристоры VI и V2, управление которыми осуществляется с помощью диодов V3 и V4 и стабилитронов V5 и V6. После разгона СД до подсинхронной частоты вращения электронная система управления ЭСУ выдает управляющие импульсы на открытие тиристоров управляемого выпрямителя. При этом происходит запирание тиристоров VI и V2, и на двигатель подается возбуждение. Входные сигналы о параметрах ре­ жима СД поступают в ЭСУ от трансформатора тока ТТ и трансформатора напряжения ТН. Питание статического ВУ осуществляется от электрической сети через согласующий трансформатор Т

Кроме симметричной мостовой схемы выпрямления (рис. 5.4) в статических ВУ используются схемы трехфазной звез­ ды с выведенным нулем (рис. 5.5, а) и несимметричная мос­ товая (рис. 5.5,6). При небольших мощностях ВУ использу-

Рис. 5.5. Схемы выпрямления, используемые в статических возбудительных устройствах:

а —схема трехфазной звезды с выведенным нулем; б — трехфазная не­ симметричная мостовая схема выпрямления

ют схему трехфазной звезды с выведенным нулем; при более значительных мощностях — симметричную или несимметрич­ ную мостовые схемы. В последней количество управляемых вентилей по сравнению с симметричной схемой уменьшается вдвое, что существенно упрощает систему управления ВУ Кроме того, ВУ с несимметричной схемой выпрямления от­ личается от ВУ с симметричной схемой меньшим потреблени­ ем реактивной мощности и более высоким коэффициентом полезного действия [24, 25].

Общим недостатком статических ВУ по сравнению с электромашинными является то, что они искажают форму кривой напряжения электрической сети, т. е. ухудшают ка­ чество напряжения.

Статические ВУ относятся к достаточно мощным пре­ образовательным устройствам (десятки киловатт), для кото­ рых характерно ощутимое влияние анодного реактивного сопротивления ха и незначительное влияние активного соп­ ротивления преобразовательного трансформатора на режим работы устройства.

Нагрузкой статического ВУ является обмотка возбужде­ ния СД, для которой всегда справедливо соотношение XfliRf^b, поэтому можно считать, что в синхронном устано­ вившемся режиме ток возбуждения имеет идеально сглажен­ ную форму (//= с onst) {25].

Уравнение внешней характеристики управляемого выпря­ мителя в именованных единицах при любой схеме выпрямле­

где U,о— среднее за период значение выпрямленного напря­ жения на выходе выпрямителя в режиме, близком к холосто­ му ходу; ДСД, — среднее значение падения напряжения на анодном индуктивном сопротивлении на этапах коммутации тока; Д[7В— падение напряжения в вентилях. Напряжение U,о определяется соотношением [24]

метричной и несимметричной мостовых схем т = 6); V'2— линейное напряжение вторичной обмотки преобразовательно­

— безразмерный коэффициент.

Среднее значение падения напряжения на анодном соп­

— безразмерный коэффициент. Для симметричной и несим­ метричной мостовых схем выпрямления >41= 1,35, Аг=0,956; для схемы трехфазной звезды с выведенным нулем А\ — =0,675, А2=0,478.

Уравнение внешней характеристики ВУ (5.23) можно за­ писать в относительных единицах, приняв за базисное номи­ нальное напряжение обмотки возбуждения СД UfN:

В соответствии с наиболее распространенной схемой под­ ключения статического ВУ (рис. 5.6) можно считать, что при

С учетом этих отношений уравнение внешней характеристи­ ки (5.27) в относительных единицах:

Здесь параметры режима EqNy U\ и If и параметры схемы за­ мещения СД xad, Rf и лга выражены в основной системе отно­ сительных единиц, т. е. приведены к номинальной мощности SN и номинальному напряжению СД.

* f/q xad

базисное сопротивление цепей ротора СД. В последней формуле EqN— синхронная ЭДС двигателя в номинальном режиме, о. е.; I)N— номинальный ток обмотки возбуждения

^В синхронном установившемся режиме уравнение внеш­

ней характеристики статического ВУ в относительных еди­ ницах