Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышлен

Электромагнитная несимметрия ротора в нем обусловлена гем, что обмотка возбуждения расположена по продольной оси. Наиболее заметно несимметрия ротора двигателей серии СТД проявляется при малых скольжениях s=0,005-=-0,05: амплитуда момента неявнополюсности (кривая 2) превыша­ ет средний асинхронный момент.

Синхронизация синхронного двигателя

Если обмотка возбуждения СД, ротор которого достиг подсинхронной скорости, подключена к возбудительному устройству, в решении уравнения электромагнитных переход­ ных процессов по продольной оси (4.45) помимо вынужден­ ной составляющей (6.44), обусловленной напряжением на обмотке статора, появится новая вынужденная составляю­ щая Е"я2, обусловленная напряжением U, на обмотке воз­ буждения и определяемая уравнением

В установившемся асинхронном режиме СД (s=const) синхронный момент с учетом выражения (6.53) является пе­ риодической функцией времени с частотой скольжения. Под воздействием этого момента, а также момента явнополюсности [см. (2.64)] скольжение ротора начинает колебаться. По­ скольку на подсинхронной скорости среднее скольжение ма­ ло (scp^0,05), в процессе колебаний под воздействием пе­ риодических моментов мгновенное скольжение ротора станет

равным нулю. При этом асинхронный электромагнитный мо­ мент [см. (2.61)] также станет равным нулю, и после ряда за­ тухающих колебаний угла б ротора относительно его значе­ ния в установившемся синхронном режиме двигатель перей­ дет в синхронный режим.

Рис. 6.11. Переходный процесс при синхронизации синхронного двигателя СДН-17-76-12, [/* = 10 кВ, Я* =3200 кВт

Следует отметить, что при втягивании в синхронизм мо­ гут иметь место значительные по амплитуде колебания элект­ ромагнитного момента на валу СД. Амплитуда синхронного момента, согласно (6.57), составляет от 1,5 до 2, амплитуда момента явнополюсности при малых скольжениях — свыше 1,5 относительных единиц. В отдельные моменты времени максимальные значения периодических моментов (синхрон­ ного и явнополюсности) могут складываться, и тогда ампли­ туды колебаний электромагнитного момента относительно среднего асинхронного момента могут достигать 3—3,5 о. е. На рис. 6.11 и 6.12 показан характер процесса синхронизации двигателей СДН-17-76-12 и СТД-8000-2.

Тиристорные возбудительные устройства обладают значи­ тельным быстродействием и в случае необходимости позво­ ляют практически мгновенно переводить системы возбужде-

нпя СД из одного режима в любой другой, в частности из режима форсированного возбуждения в режим инверторного гашения поля и наоборот. Эта особенность тиристорных воз-

Рис. 6.12. Переходный процесс при синхронизации синхронного двигателя СТД-8000-2, £/* = 10 кВ

будительных устройств дает возможность улучшить условия синхронизации СД с помощью специального циклического управления системой возбуждения в асинхронном режиме [30, 31].

Для определения оптимального закона управления режи­ мом системы возбуждения при синхронизации СД воспользу­ емся методом наложения режимов, позволяющим рассматри­ вать отдельно составляющие режима, обусловленные напря­

ляющих режима, зависящих от напряжения на обмотке воз­ буждения Uh можно преобразовать к виду

где £ 2 — синхронная ЭДС двигателя, обусловленная током в обмотке возбуждения от возбудительного устройства.

Синхронный электромагнитный момент [см. (4.100)], соот­ ветствующий этим составляющим режима, при том же допу­ щении определяется выражением

ключения обмотки возбуждения к возбудительному устрой­ ству возрастает от нуля до E2=v)EqNUf. В связи с этим син­ хронный момент (6.59) в асинхронном режиме (s^O ) явля­ ется знакопеременным, т. е. вызывает раскачивание ротора. В ряде случаев такого раскачивания недостаточно для ус­ пешной синхронизации двигателя. В первую очередь это от­ носится к синхронным двигателям с шихтованным ротором при загрузке по активной мощности, близкой к номинальной. В асинхронной моментной характеристике таких двигателей при частоте вращения 'ротора, близкой к синх-ронной, могут быть провалы, обусловленные существенным различием па­ раметров обмотки возбуждения и демпферной обмотки (рис. 6.9). Если момент сопротивления механизма при такой час­ тоте вращения ротора окажется больше минимального асинх­ ронного момента, ротор «застрянет» на подсинхронной часто­ те вращения и двигатель не втянется в синхронизм.

Специальное циклическое управление режимом системы возбуждения в асинхронном режиме СД позволяет получить в синхронном моменте (6.59) помимо знакопеременной зна­ копостоянную составляющую, под воздействием которой осу­ ществляется дополнительный разгон ротора на подсинхрон­ ной частоте вращения. Из формулы (6.59) следует, что если ЭДС Е2 за счет управления режимом системы возбуждения будет изменяться по закону

где

Для выполнения соотношения (6.60) необходимо, чтобы напряжение на обмотке возбуждения изменялось по закону

щей тока в обмотке возбуждения от этого напряжения, а сле­ довательно, и ЭДС Е2.

Создать систему управления ВУ для изменения напряже­ ния на обмотке возбуждения строго по закону (6.64) — зада­ ча технически трудноосуществимая даже при использовании тиристорных ВУ Гораздо проще реализовать следующий пе-

Рис. 6.13. Изменение напряжения U/ и ЭДС £ 2= Л ПРИ циклическом управлении режимом системы возбуждения

риодический закон (рис. 6.13): первую половину периода с частотой скольжения ротора s осуществляется форсирован­ ное возбуждение, т. е. напряжение на обмотке возбуждения

во вторую половину — инверторное гашение поля, т. е. напря­ жение на обмотке возбуждения

Рис. 6.14. Зависимости коэффициентов А и В, определяющих ЭДС Е2 от скольжения для синхронного двигателя СДН-17-62-12 при циклическом управлении системой возбуждения

из которой следует:

где

A = ( l - T ' dT"ds2)2+ (T 'd+T"d)2s*.

Коэффициенты А и В, определяющие ЭДС Е2 при цикли­ ческом управлении системой возбуждения, зависят от сколь­ жения двигателя и начального угла q> напряжения 'U, (рис.

6.14).

Рис. 6.15. Зависимости параметров от скольжения при оптимальном за­ коне циклического управления системой возбуждения для синхронного двигателя СДН-17-62-12

Оптимальным циклическим управлением системой воз­ буждения СД является такое управление, которое обеспечи­ вает максимальную постоянную составляющую синхронного момента (6.62) в асинхронном режиме двигателя, т. е. мак­ симальное значение синусной составляющей ЭДС Е2. Значе­ ние угла ср, соответствующее оптимальному закону управле­ ния, можно определить из условия

62-112, соответствующая оптимальному управлению системой возбуждения (Mi=Ma+AfC|noCT).

Мг,ма,мс,пост, Ммех

Рис. 6.16. Пусковая моментная характеристика синхронного двигателя СДН-17-62-12 при оптимальном циклическом управлении системой воз­ буждения

Помимо постоянной составляющей при циклическом уп­ равлении системой возбуждения в синхронном моменте появ­ ляется и переменная составляющая

В установившемся асинхронном режиме (Q = st) переменная составляющая синхронного момента является периодическом функцией с частотой, равной удвоенному скольжению двига­ теля. Амплитуда переменной составляющей момента равна постоянной составляющей (6.79), т. е. увеличивается при уменьшении скольжения. В связи с этим при втягивании дви­ гателя в синхронизм могут иметь место значительные коле­ бания активной мощности и тока статорной обмотки.

Следует отметить, что при неучете влияния демпферной обмотки (T"d= 0, ГоЫ==0) выражения (6.76) и (6.77), отра­ жающие оптимальный закон циклического управления сис­ темой возбуждения, значительно упрощаются [30]: