pdf.php@id=6159.pdf

построения векторной диаграммы. Таким образом, в этом случае

Р«* = Т 7 Г 81п22°27' + К о^ ~ Т т ) • 81п2-22°27' =

= 1,7- 0,382 + 0,212 • 0,706 = 0,65 -+-0,15 = 0,8.

Вторая составляющая мощности в данном случае равна 19% от всей мощности. Таким образом, в нормальных режимах работы эта составляющая сравнительно мала. У генератора с приведенными

= т11([асое 0 — 1д81П в).

Подставив сюда /а и 1д из (35-3) и заменив соз20 и з т 20 функциями

Так как косинус — функция четная, то при прочих равных усло­ виях эта характеристика для режимов генератора и двигателя оди­ накова.

Кривая ф* = / (0) по формуле (35-15) для перевозбужденной синхронной машины при Е'ш= 1,87, {/* = 1, хЛш = 1,1, = = 0,75 изображена на рис. 35-13. Из этой кривой видно, что если при 0 = 0 генератор отдает в сеть реактивную мощность, то с увели­ чением 0 величина <3 начинает падать и при некотором 0 изменяет знак, т. е. машина начинает потреблять реактивную мощность из сети. Это является следствием того, что при Е — сопз! и II = сопз! В случае увеличения активной нагрузки вектор / непрерывно

Кривые РСщЯ по формуле (35-18) изображены на рис. 35-9 и 35-12 штриховыми линиями. Как следует из этих рисунков и неравенства (35-8), режим работы синхронной машины устойчив, когда Р с. „ > 0 и Л4С.„ > 0. Положительный знак этих коэффициентов поэтому является одним из критериев устойчивости статического режима работы. С другой стороны, очевидно, что синхронизирующие элект­ ромагнитные силы при прочих равных условиях тем больше, чем больше Р е. и и Л4С.м. Поэтому из выражений (35-18) и (35-19) можно сделать вывод, что при различных возмущениях перевозбужденная синхронная машина (Е > II) в большей степени способна сохранять устойчивый режим работы, чем недовозбужденная (Е < Ц). На гра­ нице зоны устойчивой работы (0 = 0кр) имеем Р с „•= 0 и Мс_„ = 0.

Статическая перегружаемость. Когда мощность синхронной ма­ шины Р — 0, также 0 = 0 . При увеличении Р растет также 0, и при 0 = 0кр мощность достигает максимального значения Р = Рт. При дальнейшем увеличении механической мощности на валу машина выйдет из синхронизма и ее ротор будет вращаться асинхронно, с некоторым скольжением 8 относительно поля статора (поля реак­ ции якоря). У двигателя скорость ротора будет меньше синхронной (з > 0) и у генератора — больше синхронной (з < 0). Подобный асинхронный режим является ненормальным и недопустим, так как он опабен для машины и нарушает нормальную работу сети, машин и механизмов, соединенных с синхронной машиной. Поэтому при эксплуатации синхронных машин необходимо заботиться о том, что­ бы их устойчивая синхронная работа была в достаточной степени обеспечена.

При работе синхронные машины могут подвергаться кратковре­ менным перегрузкам. Кроме того, вследствие уменьшения напря­ жения, например, при коротких замыканиях в сети максимальная мощность Рт, которую способна развивать машина, снижается [см. равенство (35-6) и др.]. Поэтому необходимо, чтобы машина имела достаточный запас мощности, т. е. чтобы значение Рт было достаточно велико.

Величина кп тем больше, чем меньше угол 6„ при номинальной нагрузке. Обычно 0„ = 20 -*- 35°.

Номинальная мощность

от поля возбуждения при номинальной нагрузке. Тогда на основании выражений (35-6), (35-20) и (35-21) для неявнополюсной машины

В равенство (35-22) можно подставлять как насыщенные, так и ненасыщенные значения Ев и ха, так как их отношения ввиду отно­ сительной малости хаа практически одинаковы.

Так как /„* =*■ 1, то

где ЕК— э. Д. с., индуктируемая током возбуждения I; = ь к при установившемся трехфазном коротком замыкании, когда / = /„. Поскольку э. д. с. Ен и ЕК, кроме того, пропорциональны »/н и то

Выражения (35-23) и (35-24) приводятся в ГОСТ 533—68 на тур­ богенераторы.

Согласно этому стандарту, статическая перегружаемость турбогенераторов мощностью до 300 000 кеш должна быть не менее

Статическая перегружаемость как явнополюсных, так и неяв­ нополюсных синхронных двигателей с соз <р„ = 0,9 (режим пере­ возбуждения), согласно ГОСТ 183—66, должна быть не менее кп = 1,65. Статическая перегружаемость гидрогенераторов, согласно ГОСТ 5616—72, должна быть не ниже к„ = 1,7.

§35-5. Работа синхронной машины при постоянной мощности

ипеременном возбуждении

Как было выяснено в § 35-2, изменение тока возбуждения вызы­ вает изменение только реактивных составляющих тока и мощности якоря. Рассмотрим теперь зависимость величины тока / от тока возбуждения ^ при Р = сопз! в случае параллельной работы ма­ шины с сетью бесконечной мощности (I/ = сопз!, / = сопз!). Для лростоты определим эту зависимость для неявнополюсной машины (рис. 35-15), так как получаемые при этом результаты характерны также для явнополюсной машины, причем будем рассматривать приведенные к обмотке якоря значения тока возбуждения.

При Р = сопз! активная составляющая тока 1а = сопз(. Поэ­ тому на векторной диаграмме рис. 35-15 конец вектора / скользит по прямой АВ. Если положить для простоты хаа = 0, то внутрен­ няя э. д. с. Е6 — 0 — сопз! и соста­ вляющая тока возбуждения г/6, соз­ дающая результирующий поток Фа, также постоянна. Полный ток возбуж­

дения

Ч — Цб~1

а штриховыми линиями — несколько диаграмм для других значений Ц. Концы векторов / и начала век­ торов Ц располагаются в точках 1, 2, 3, 4 на прямой АВ.

Из рис. 35-15 следует, что при непрерывном изменении 1} ток I и соз ф также беспрерывно изменяются, причем при некотором значении Ц величина I мини-

мальна и соз ф =.1, а при увеличении I; (режим перевозбуждения) и уменьшении I/ (режим недовозбуждения) против указанного значения Ц величина тока I возрастает, так как растет его реактивная составляющая. Более точно зависимость / = /(^) можно определить путем построе­ ния точных векторных диаграмм.

На рис. 35-16 представлен характер зависимостей I — } ((/) при разных значениях Р = сопзг. Эти зависимости по виду назы­ ваются также 11-образными ха­ рактеристиками. Минимальное

значение I для каждой кривой определяет активную составляю­ щую тока якоря 1а и величину мощности

Р = тШа,

для которой построена данная кривая. Нижняя кривая соответ­ ствует Р = 0, причем — значение тока возбуждения при Е = V. Правые части кривых соответствуют перевозбужденной машине

и отдаче ц сеть индуктивного тока и реактивной мощности, а левые части — недовозбужденной машине, отдаче в сеть емкостного тока и потреблению реактивной мощности. Кривая ф = 0 или соз <р = 1 отклоняется при увеличении мощности вправо, так как вследствие падения напряжения хаа1 возрастает значение Е& и необходимый ток возбуждения при соз ф = 1. Кривая ОС на рис. 35-16 в сущности является регулировочной характеристикой машины при соз ф = 1 (см. рис. 33-11).

Точка А на рис. 35-16 соответствует холостому ходу невозбуж­ денной машины. При этом из сети потребляется намагничивающий ток

1= Шхл.

Угол нагрузки 0 возрастает при движении вдоль кривых рис. 35-16 справа налево, так как, согласно равенству (35-4), при меньших и Е угол 0 при Р = сопз! увеличивается. Линия АВ представляет собой границу устойчивости, на которой 0 = 0кр. При дальнейшем уменьшении I/ машина выпадает из синхронизма. 11-образные характеристики генератора и двигателя практически не отличаются друг от друга.

Глава тридцать шестая

АСИНХРОННЫЕ РЕЖИМЫ И САМОВОЗБУЖДЕНИЕ СИНХРОННЫХ МАШИН

§ 36-1. Асинхронный режим невозбужденной синхронной машины

Предварительные замечания. В практике эксплуатации синх­ ронных машин бывают случаи, когда отдельные машины выпадают из синхронизма и их роторы начинают вращаться относительно поля якоря (статора) асинхронно, с некоторым скольжением з. Это случается вследствие перегрузки машин, значительного паде­ ния напряжения в сети и потери возбуждения в результате какихлибо неисправностей в системе возбуждения или ошибочного срабатывания автомата гашения поля. Хотя невозбужденная явно­ полюсная машина может развивать в синхронном режиме опреде­ ленную мощность за счет реактивного момента, обычно эта мощ­ ность является недостаточной для покрытия нагрузки, и поэтому

явнополюсные машины при потере возбуждения чаще всего также выпадают из синхронизма.

При выпадении из синхронизма синхронная машина ведет себя подобно асинхронной, но ввиду различия конструкции ротора и наличия в общем случае тока возбуждения асинхронный режим синхронной машины имеет ряд особенностей.

Так как выпадение синхронных машин из синхронизма при ава­ риях в энергосистемах происходит нередко, то выявление особен­ ностей асинхронного режима и выяснение рациональных способов восстановления нормальных режимов работы имеют существенное практическое значение.

Широко применяется асинхронный пуск синхронных двигателей и компенсаторов, когда невозбужденная машина приключается к сети и ее скорость достигает почти синхронной скорости подобно асинхронному двигателю.

Асинхронные режимы работы невозбужденной и возбужденной синхронной машины существенным образом отличаются друг от друга. Асинхронный режим возбужденной синхронной машины является более сложным, и его можно рассматривать как наложение асинхронного режима невозбужденной асинхронной машины и ре­ жима установившегося короткого замыкания синхронного гене­ ратора.

Рассмотрим в первую очередь установившийся асинхронный режим работы невозбужденной синхронной машины.

Схемы замещения и их параметры. Если бы ротор синхронной машины обладал магнитной и электрической симметрией, то работа этой машины в асинхронном режиме без возбуждения ничем не отли­ чалась бы от работы нормальной асинхронной машины. Однако в общем случае такой симметрии нет, и поэтому требуется самостоя­ тельное рассмотрение вопроса.

Пусть обмотка статора (якоря) трехфазной синхронной машины включена в сеть. Токи якоря при этом создают вращающееся поле, перемещающееся относительно несимметричного ротора со скоростью скольжения. Для анализа явлений при несимметричном роторе разложим вращающееся относительно него поле на два пульсирую­ щих поля (см. § 22-2), одно из которых действует по продольной (Л), а другое — по поперечной (<?) оси ротора. Эти поля пульсируют со сдвигом по фазе на 90°, и частота их пульсации /2 = «Д. Кроме того, как и у асинхронной машины (см. § 24-2), рабочий процесс синхрон­ ной машины в асинхронном режиме можно привести к эквивалент­ ному процессу при неподвижном роторе. Далее можно представить себе, что у такой машины с неподвижным ротором на статоре вместо трехфазной обмотки имеется эквивалентная двухфазная обмотка, причем одна фаза этой обмотки создает магнитный поток, пульсирую­

щий по продольной оси, а другая фаза — поток, пульсирующий по

ной оси — одна вторичная цепь. При отсутствии указанных обмоток (рис. 36-2, в и з ) количество вторичных цепей уменьшается на еди­ ницу. На схемах рис. 36-2

рирующие в схемах рис. 36-2, представляют собой параметры т-фаз- ной машины, которые определены и использованы в предыдущих

токам т-фазной обмотки. Например, если в определенный момент времени ось одной из фаз обмотки якоря будет совпадать с осью й,

Рис. 36-3. Эквивалентные сопротивления явнополюсной синхронной ма­ шины при асинхронном режиме по продольной (а) и поперечной (б) осям

то в этой фазе будет протекать ток 1аз. То обстоятельство, что анализ явлений на основе рис. 36-1 и 36-2 связывается с представлением о двухфазной машине, а II, I и 2 соответствуют фазам т-фазной ма­ шины, учитывается надлежащим образом ниже при вычислении мо­ ментов и мощностей.

Сопротивления синхронной машины по осямй и 17в асинхрон­ ном режиме 2Лз, 2я$ представляют собой сопротивления схем рис. 36-2 и являются функциями скольжения з.

При з ^ 1 для определения модулей сопротивлений 2а$, 2ЯВ обычно можно положить Г; — туй = гуя = 0, и тогда вместо схем