pdf.php@id=6159.pdf

причем

Таким образом, насыщенное зачение сопротивления хла, кото­ рое необходимо использовать длЯ построения векторных диаграмм вида рис. 33-4 и 33-14, в раз меньше его ненасыщенного зна­ чения хааоо.

Если в результате построения диаграммы известна величина Е, то соответствующее, необходимое Для обеспечения данного ре­

нагрузки 6 получится больше действительного. Отсюда следует, что использование при построении векторных диаграмм ненасы­ щенных значений параметров приводит к неправильным резуль­ татам.

При увеличении сторон Д ОАВ (рис. 33-14) в кц раз получим диаграмму э. д. с. ОА"В" эквивалентного ненасыщенного генера­ тора.

Диаграммы явиополюсного генератора рис. 33-1 и 33-2 также действительны для любого режима работа, если в них используются насыщенные значения хай, хад или хл, х9, соответствующие состбянию магнитной цепи в данном режиме работы.

Точно учесть действительные условия насыщения в явнополюс­ ной машине .труднее, так как при насыщенной магнитной цепи велйчика поперечного потока Ф , влияет на величину продольного потока Ф* и'наоборот. Поэтому величина хаа зависит не только от Фа, но й от Фф. Это же справедливо и для4 величины хад. При этом коэффициенты насыщения и км в равенствах (32-34) и (32-35) также различны и сложным образом зависят друг от друга. Хорошо проверенных данных и рекомендаций для учета этих обстоя­ тельств в настоящее время нет, и на практике пользуются упрощенными, приближенными приемами.

Построение векторной диаграммы явнополюсного генератора с учетом насыщения можно произвести приближенно следующим образом.

При'заданных I), /, созчр, гв и хр находят Е6 (рис. 33-16) й, отложив затем по направлениюхр/ величину

. Хаддь! ^ад<х>

а* кц9 ЛцфС031|> соз^’

определяют направление вектора Ё.

Проведенные исследования показывают, что поток Ф? вместе

н. с. Ра привести к обмотке возбуждения по формулам:

1я= к1д1‘, Рад—кдРа.

После построения вектора хад1из векторной диаграммы рис. 33-16 находим величины ф, 1а, 1д и Ева• Величина потока в сердечнике якоря и степень насыщения сердечника определяются величиной 'Ев, а величина основного потока в сердечнике индуктора и степень'

насыщения индуктора — величиной Ем . Учитывая, что при на­ грузке генератора зубцовая зона якоря и полюсные наконечники дополнительно насыщены поперечным потоком Ф?, можно прибли­ женно принять, что насыщение всей магнитной цепи определяется величиной Ей.

Отложив Ев = СС' на х. х. х. (рис. 33-17) и проведя насыщен­ ную спрямленную х. х. х. ОСЪ' , получим

,—сс" ~ СС' •

Теперь величину

Ха(1оо Х Ш— крй

по выражениям (32-34) и (32-35) или по данным опытов холостого хода и короткого замыкания можно считать известной. Отложив на рис. 33-16 Хаа1а, найдем Е и по Ш )' = Е на рис. 33-17 определим величину ^ = ОЬ при данном режиме работы. Вместо величины дгай/ й можно также отложить равную ей величину Еаа, которую можно найти по спрямленной насыщенной х. х. х. (рис. §3-17) по величине

1'а^ки 1й или Р'аа —ка1а.

После такого построения диаграммы, когда угол т|з и токи 1й, 1д определены, можно приближенными методами [6] уточнить зна­ чения км и и произвести повторное, уточненное построение диаграммы.

Если умножить на рис. 33-16 векторы

Ё — ■Ём “ I- Ёаа — Ёба Ха$1й

на к^, то получим значения этих векторов, приведенные к нена­ сыщенному состоянию машины и соответствующие ненасыщенной спрямленной х. х. х. (рис. 33-17):

Е о о — Ё/мда Ё аЛсо — Е в й о о Хад^1

Эти величины изображены на рис. 33-17.

Рассмотренные способы учета насыщения следует считать при­ ближенными. В настоящее время разрабатываются и предлагаются также другие способы ■учета насыщения.

Глава тридцать четвертая

Э Л Е М Е Н Т Ы ТЕО РИ И П ЕРЕ Х О Д Н Ы Х ПРОЦЕССОВ С И Н Х РО Н Н Ы Х М АШ ИН

§ 34*1. Общая характеристика проблемы изучения переходных процессов синхронных машин

При резких изменениях режима работы синхронной машины (наброс и сброс нагрузки, замыкание и размыкание электрических цепей обмоток, короткие замыкания в этих цепях и т. д.) возни­ кают разнообразные переходные процессы. В современных энер­ гетических системах работает совместно большое количество син­ хронных машин, причем мощности отдельных машин достигают 1,5 млн. кет. Переходные процессы, возникающие в одной машине, могут оказать большое влияние на работу других машин и всей энергосистемы в целом, поскольку в этих машинах также возникают различные переходные процессы. Интенсивные переходные про­ цессы нарушают работу энергосистемы в целом и могут вызвать серьезные аварии. Подобные аварии связаны с большими убытками, так как при них возможны повреждения дорогостоящего оборудо­ вания. Однако наибольшие убытки получаются в результате нару­ шения энергоснабжения крупных промышленных районов, когда недовырабатывается промышленная продукция.

По указанным причинам изучение переходных процессов син­ хронных машин имеет весьма большое практическое значение, так как позволяет правильно понимать эти процессы, предвидеть ха­ рактер возможных аварий, принимать меры к предотвращению или ограничению действия аварий и быстрейшему устранению их последствий.

Следует отметить, что переходные процессы синхронных машин протекают весьма быстро, в течение нескольких секунд и даже долей секунды. Поэтому целенаправленные и согласованные действия эксплуатационного персонала энергетических систем в начальный и вместе с тем решающий период возникновения аварии невоз­ можны. В связи с этим необходимо применять многочисленные и разнообразные средства автоматического управления и регули­ рования, чтобы воздействовать на возникшие переходные процессы в нужных направлениях. Для разработки таких средств, их изго­ товления, наладки и эксплуатации также необходимо изучение переходных процессов синхронной машины [68—791.

К настоящему времени теория переходных процессов разработана весьма глубоко. Большой вклад в эту теорию сделан учеными и инже­

нерами СССР, так как быстрое развитие электрификации Советского Союза потребовало глубокого изучения соответствующих вопросов.

Переходные процессы любого характера описываются дифферен­ циальными уравнениями. Синхронные машины, как указывалось выше, имеют магнитную и электрическую несимметрию. Кроме того, обмотки якоря и индуктора связаны индуктивно и перемещаются относительно друг друга, а скорость вращения ротора в переход­ ных режимах в общем случае непостоянна. В связи с этим дифферен­ циальные уравнения синхронной машины имеют сложный вид. Кроме того, при совместной работе синхронных машин в энергети­ ческой системе необходимо учитывать их взаимное влияние друг на друга и ряд других факторов. По этим причинам строгая мате­ матическая теория переходных процессов синхронных машин весьма сложна и не укладывается в рамки данной книги. Ниже в данной и последующих главах рассматриваются наиболее харак­ терные переходные процессы синхронных машин, притом главным образом с физической точки зрения.

Наиболее часто интенсивные переходные процессы в энергети­ ческих системах и синхронных машинах вызываются короткими замыканиями в электрических сетях и линиях электропередачи. Такие замыкания возникают по разным причинам (повреждение и пробой изоляции, атмосферные перенапряжения, замыкание прово­ дов птицами, падение опор линий передачи, обрыв проводов и т. д.).

Короткие замыкания, которые возникают при нахождении се­ тей, линий передач и электрических машин под напряжением и развиваются весьма быстро, называются в н е з а п н ы м и . Появ­ ляющиеся при этом переходные процессы во многих случаях весьма опасны. Кроме того, явления, возникающие при внезапных корот­ ких замыканиях, во многих отношениях характерны и для других видов переходных процессов. Поэтому изучение процесса вне­ запного короткого замыкания занимает в теории переходных про­ цессов синхронной машины одно из центральных мест.

Все особенности процесса внезапного короткого замыкания можно установить при рассмотрении синхронного генератора, работающего на отдельную сеть. При этом также можно изучить главные особенно­ сти электромагнитных переходных процессов, происходящих в обмот­ ках синхронных машин, в частности в цепях возбуждения. Поэтому в данной главе мы ограничиваемся рассмотрением этого случая.

§ 34-2. Гашение магнитного поля и переходные процессы в цепях индуктора

Способы гашения поля. При внутренних коротких замыканиях в обмотке якоря синхронного генератора или на его выводах, до выключателя (рис. 34-1), автоматическая релейная защита с

помощью выключателя отключает генератор от сети. Но короткое замыкание внутри генератора этим не устраняется, ток возбужде­ ния (/ продолжает индуктировать э. д. с. в обмотке якоря, и в ней продолжают течь большие токи короткого замыкания, которые вызывают сначала расплавление меди обмотки якоря в месте корот­ кого замыкания, а затем также расплавление стали сердечника якоря. Поэтому во избежание больших повреждений генератора необхо­ димо быстро довести ток возбуждения и поток генератора до нуля. Такая операция называется г а ш е н и е м м а г н и т н о г о п о л я .

Рис. 34-1. Схемы возбуждения синхронных генераторов с устрой­ ствами гашения поля

/ — якорь генератора; 2 — обмотка возбуждения генератора; 3 — выключа­ тель генератора, 4 — якорь возбудителя» 5 — обмотка возбуждения возбу­ дителя; 6 — реостат регулирования тока возбуждения возбудителя; 7 — сопро­ тивление гашения поля, 8 н 9 — контакты автомата гашения поля (АГП); 10 — главные контакты АГП, 11 —■дугогасительные контакты АГП; 12 — дуго-

гаснтельная решетка АГП

Гашение поля возможно путем разрыва цепи возбуждения гене­ ратора с помощью, например, контактов 8 (рис. 34-1, а). Однако это недопустимо, так как при этом, во-первых, вследствие чрез­ вычайно быстрого уменьшения магнитного потока в обмотках гене­ ратора индуктируются весьма большие э. д. с., способные вызвать пробой изоляции. В особенности это относится к самой обмотке возбуждения и к ее контактным кольцам, так как номинальное напряжение цепи возбуждения относительно мало (50—1000 в). Во-вторых, магнитное поле генератора содержит значительную энергию, которая при разрыве цепи возбуждения гасится в дуге выключателя между контактами 8, в результате чего этот выключа­ тель может быстро прийти в негодность.

Разрыв цепи возбуждения возбудителя также недопустим в отно­ шении возникающих при этом перенапряжений в обмотке возбуж­ дения возбудителя. Кроме того, он не дает желательных результа­ тов,- так как обмотка возбуждения генератора 2 оказывается замк­

нутой через якорь возбудителя 6 и ввиду большой индуктивности и небольшого активного сопротивления этой цепи ток 1} будет зату­ хать медленно, с постоянной времени 2—10 сек. При этих усло­ виях размеры повреждения генератора при внутренних коротких замыканиях оказываются большими.

аппараты гашения поля.

Одна из ширрко применяемых схем гашения поля изображена на рис. 34-1, а. В этой схеме при нормальной работе контакты 8 замкнуты, а контакты 9 разомкнуты. При коротком замыкании внутри генератора релейная защита подает команду на замыкание контактов 9 и отключение контактов 8. Цепь обмотки 2 остается замкнутой через сопротивление 7 гашения поля гг, величина кото­ рого обычно в 3—5 раз больше сопротивления г{ самой обмотки 2. При этом ток I/ затухает с определенной скоростью, которая тем больше, чем больше гг. Контакты в и в данном случае работают в до­ вольно тяжелых условиях, так как на них возникает сильная дуга.

Ввиду большой индуктивности цепи ток I/ в начальный момент гашения поля не изменяется, и поэтому напряжение на зажимах обмотки возбуждения в этот момент времени при схеме рис. 34-1, а

больше его значения до гашения поля

И/о— т

раз. Отсюда следует, что большие значения ктнедопустимы.

В последние годы завод «Электросила» по предложению О. Б. Бро­ ня применяет также схему рис. 34-1, б, в которой сопротивление гашения поля отсутствует, а дуга в результате действия электро­ динамических сил выдувается с контактов 11 на решетку 12 и гасится в ней.

Рассмотрим несколько подробнее физические закономерности при гашении поля по схеме рис. 34-1, а, предполагая, что внутрен­ них коротких замыканий в обмотке якоря нет. Это 'позволит уста­ новить также некоторые общие закономерности переходных про­ цессов в синхронной машине. Ниже в данной и последующих главах при анализе переходных и других особых режимов работы будем

считать также, что обмотка возбуждения (/) и успокоительная (у) приведены к обмотке якоря (а), причем будем опускать у буквенных обозначений токов и параметров индексы (штрихи), указывающие на приведенные значения этих величин.

Разнообразные переходные процессы в синхронной машине обыч­ но происходят в условиях, когда ее обмотка возбуждения замкнута через якорь возбудителя, сопротивление и индуктивность которого малы по сравнению с сопротивле­ нием и индуктивностью обмотки возбуждения синхронной машины.

Поэтому ниже будем предполагать, что обмотка возбуждения при га­ шении поля замкнута накоротко. Соотношения, получаемые при та­ ком предположении, 'будут пригод­ ны также при рассмотрении дру­ гих переходных процессов синхрон­ ной машины. Если в действитель­ ности в цепи возбуждения имеются добавочные сопротивления, напри­ мер сопротивление гашения поля, то это нетрудно учесть путем соот­ ветствующего увеличения сопро­ тивления обмотки возбуждения. Будем также считать, что насыще­ ние магнитной цепи и величины индуктивностей постоянны.

Машина без успокоительной об­ мотки при разомкнутой обмотке якоря. В этом случае существует только один замкнутый контур тока (рис. 34-2, а). Ток ^ при га­

шении поля является свободным током, существование которого

— полная индуктивность обмотки возбуждения.

Поскольку уравнения (34-1) и последующие уравнения написаны для приведенных обмоток, то собственные и взаимные индук-

Величина Таопредставляет собой постоянную времени обмотки возбуждения при отсутствии в ее цепи дополнительных сопротивлений, при разомкнутой обмотке якоря и отсутствии успокои­ тельной обмотки.

которым соответствует схема замещения рис. 34-4, а. При изменении тока I/ при гашении поля в успокоительной обмотке индуктируется ток гуа, изменение которого в свою очередь влияет на ток

к-уа— к аа + 1-ауа-