pdf.php@id=6159.pdf

ственно со скоростями 5пх и — зпъ где пг — синхронная скорость, а относительно статора =—со скоростями

л1с = я + = (1 — я) Щ+ впх= пх;

П2с = п — 5«! = (1 — я) Лх — = (1 — 2з) «!.

Так как н. с. токов / 2 статора вращается относительно статора же со скоростью п2с, которая отличается в (1—2я) раз от синхронной скорости, то частота тока / 2 в обмотках статора

зом, токи обмоток статора имеют составляющие разных частот, т. е. они несинусоидальны. Это вполне естественно, так как вслед­ ствие вращения несимметричного ротора относительно неподвиж­ ных фаз обмотки статора эквивалентные сопротивления этих фаз с учетом влияния ротора непостоянны, и поэтому при при­ ложении синусоидальных напряжений V токи будут несинусои­ дальны.

Отметим, что частота токов /2 равна основной частоте при 5 = 1 и 5 = 0. В первом случае ротор неподвижен, и поэтому сопротив­ ления фаз хотя и различны, но постоянны по величине, в резуль­ тате чего токи фаз не равны по величине, но синусоидальны. Во вто­ ром случае (синхронный режим), согласно схемам рис. 36-2, = }ха и 2Ч! = /дг?, так как вторичные цепи этих схем разомкнуты,

При этом 1а$ и 1Я, равны продольной 1а и поперечной 1дсоставляю­ щим тока якоря I (см. гл. 33).

Полученные здесь результаты вполне соответствуют рассмот­ ренному в § 29:8 режиму работы асинхронного двигателя с несим­ метричным ротором, и к этому последнему случаю применимы также все рассматриваемые здесь количественные соотношения, В обоих случаях вследствие несимметрии ротора возникает таюкЯ обратновращающееся относительно ротора поле токов / 2 и токй

соответствующая токам / ь полностью передается на ротор, являете^

Гя. 36] Асинхронные режимы и самовозбуждение

Согласно выражению (36-3),

являются модулями токов 1а$ и 1ч!.

После подстановки 11а из (36-6) в (36-5) и учета равенств (36-7)

Магнитное поле токов / 2 создает вращающий момент М \Ф О только тогда, когда сопротивление обмотки статора га Ф 0, так как в отношении этого поля ротор является первичной, а статор — вторичной стороной (см. § 29-8). В этом случае вместо (36-3) действи­ тельны формулы [5,69, 79]:

} _____________ ( * « + * » . - т=1г) *

Кроме того, при га ф 0 электромагнитная мощность, передавае­ мая на ротор, уменьшается на величину т1\га. Поэтому в общем случае асинхронный вращающий момент

РШУа М д ^ М ^ М , (36-12)

°>1

Если машина имеет полную успокоительную или пусковую об­ мотку, массивный ротор или массивные полюсы с междуполюсными перемычками, то параметры машины по разным осям при скольже­ ниях | я | 0,05 близки друг к другу: 2а$ « 2Я$ и ха л) хя (см. табл. 32-1 и рис. 36-3). В этих случаях на основании выражений

иодноосный эффект практически не проявляется. Вследствие этого

врассматриваемом случае можно положить г „ и 0 и вычислять токи

имомент по равенствам (36-2), (36-3) и (36-9). При отсутствии успо­ коительной или пусковой обмотки и при шихтованном роторе сопротивления 2Л$ и 2д, отличаются друг от друга значительно.

в результате взаимодействия вращающихся относительно друг друга прямого и обратного полей возникает знакопеременный момент, пульсирующий с частотой 2я/х. При большой частоте пульсации этот момент не оказывает никакого влияния на движение ротора, но при — 0,02 < я < 0,02 ротор попеременно ускоряется и замед­ ляется и его скорость вращения будет колебаться. При я = 0 этот момент превращается из пульсирующего в постоянный и представ­ ляет собой реактивный момент, соответствующий последнему члену равенства (35-4).

Асинхронные режимы различных видов синхронных машин. При потере возбуждения синхронные генераторы переходят в асинхрон­ ный режим и их скорость вращения будет увеличиваться до тех пор, пока не наступит равенство между движущим моментом на валу и электромагнитным моментом машины. При этом машина буДет потреблять из сети намагничивающий ток

н отдавать в сеть активную мощность.

У турбогенераторов ха^ = хч%= 1,2 4- 2,2, поэтому /„ < /„ и обычно /„ == (0,40 -г- 0,65)/„. У мощных гидрогенераторов, наобо­ рот, /„ > /„. У синхронных генераторов наибольший практический интерес представляет начальная часть механической характеристики

При малых скольжениях поверхностный эффект в теле ротора турбогенератора проявляется слабо и поэтому глубина проникнове­ ния токов велика. В результате активное сопротивление тела ротора мало и момент достигает весьма большой величины уже при малых скольжениях (рис. 36-4). Поэтому турбогенераторы способны развивать в асинхронном режиме большую мощность, причем потери в роторе ра,,2 = зРт малы и не представляют опасности в отношении нагрева ротора. Допустимую мощность турбогенератора в асин­

ции. Использование возможности ра­ боты турбогенераторов в асинхронном режиме позволяет увеличить

надежность энергоснабжения потребителей.

Асинхронные характеристики гидрогенераторов значительно менее благоприятны (рис. 36-4). Гидрогенераторы имеют шихто­ ванные полюсы, и успокоительные обмотки во многих случаях у них отсутствуют. При отсутствии успокоительной обмотки мощ­ ность в асинхронном режиме развивается только за счет токов, индуктируемых в обмотке возбуждения. Активное сопротивление успокоительной обмотки велико, и в этом случае момент Ма при малых я также мал. Поэтому гидрогенераторы не могут развивать значительной мощности в асинхронном режиме, успокоительная обмотка быстро нагревается, и если восстановление возбуждения в течение 10—15 сек невозможно, то их нужно отключать от сети.

Все синхронные двигатели имеют пусковые обмотки и обычно пускаются в ход как асинхронные двигатели, причем обмотка воз­ буждения замкнута через разрядное, или гасительное, сопротивле­ ние гг = (5 -5- 10) Г) или замкнута накоротко. Пуск с разомкнутой обмоткой возбуждения недопустим, так как при этом может прои­ зойти повреждение ее изоляции. Скольжение невозбужденного двигателя изменяется при пуске от 8 = 1 до 8 да 0,05, когда вклю-

/ — момент обмотка возбуждения, 2 — момент от пусковой обмотки, 3 — пол­ ный момент

чается ток возбуждения и двигатель втягивается в синхронизм (см. § 36-2).

Кривые Мв — / (а) синхронных двигателей представлены на рис. 36-5. Момент, развиваемый обмоткой возбуждения, достигает максимального значения при малых скольжениях, в особенности, когда гг = 0, так как мало, а хв{ относительно велико. Наоборот^ момент, развиваемый пусковой обмоткой, достигает максимума при 8 да 0,3 -4- 0,4, так как активное сопротивление этой обмотки значи­ тельно больше и рассеяние меньше. При расчете кривых рис. 36-6 было принято, что сопротивление обмотки якоря га = 0. Поэтому на этих кривых не отражено возникновение провала момента прй 8 да 0,5 вследствие одноосного эффекта. Следует, однако, отметить, что при наличии пусковой обмотки на роторе этот эффект прояв­ ляется слабо.

Начальный пусковой момент (5 = 1) синхронных двигателей

С другой стороны, при малых я момент Ма также должен быть доста­ точно велик, так как в противном случае при пуске под нагрузкой двигатель в асинхронном режиме не сможет достичь скорости вра­ щения, достаточно близкой к синхронной, и двигатель после вклю­ чения тока возбуждения не втянется в синхронизм. Крутизну харак­ теристики Мл = ? (я) при малых я принято определять значением М„ при я = 0,05, и эту величину момента условно называют в х о д ­ н ы м м о м е н т о м Мю. Очевидно, что чем больше Мвх, тем лучше условия втягивания в синхронизм. Обычно требуется, чтобы МВ1« я* Л4„. Однако для увеличения Мп необходимо увеличить активное сопротивление пусковой обмотки, а для увеличения Мт — умень­ шить его. Поэтому вопрос о выборе величин М„ и Мв надо решать компромиссным -образом и использовать явление вытеснения тока в пусковой обмотке для увеличения Ма (см. гл. 27). Стержни пуско­ вой обмотки с целью увеличения их сечения й теплоемкости изго­ товляются из латуни.

Как видно из рис. 36-5, при пуске без разрядного сопротивления (рис. .36-5» б) МвХ. получается меньше и, кроме того, при малых в может образоваться провал момента, так как максимум момента от действия обмотки возбуждения наступает при Весьма малом я. Поэтому при гг = 0 втягивание в синхронизм происходит в менее благоприятных условиях.

Если синхронная машина лишена успокоительной или пусковой обмотки и имеет немасемвные полюсы или ротор, то в результате сильного проявления одноосного эффекта асинхронный пуек ее возможен только на холостом ходу или при малой нагрузке на валу, причем обмотка возбуждения должна быть замкнута через зна­ чительное активное сопротивление.

Синхронные двигатели с массивными роторами или полюсами имеют благоприятную характеристику Мл *= ( (я), если отношение У х 1. При малом У х большое влияние на величину тока в полюс­ ных наконечниках начинает оказывать сопротивление торцевых зон полюсного наконечника, и асинхронный момент поэтому М„ умень­ шается.

§ 36-2. Асинхронный режим возбужденной

синхронной машины

Асинхронный режим возбужденной синхронной машины, как уже указывалось, возникает в результате ее перегрузки или паде­ ния напряжения в сети, а также при подаче возбуждения генера­ тору после потери возбуждения или при использовании метода самосинхронизации в двигателе при его асинхронном пуске.

При вращении синхронной машины со скольжением 5постоянный ток возбуждения й индуктирует в обмотке якоря э. д. с. Ек и токи / к частоты (1 — з) Д. Токи / к накладываются на ток частоты /ь протекающий в якоре под действием напряжения сети. Так как в самой сети э. д. с. и напряжений частоты (1 — з) Д гнет, то отно­ сительно э. д. с. Ек и тока / к обмотка якоря замкнута накоротко через сеть, сопротивление которой можно принять равным нулю. Поэтому ток / к в сущности эквивалентен току установившегося ко­ роткого замыкания синхронного генератора.

Для неявнополюсной машины

(36-13)

где Е и ха — соответственно величины э. д. с., индуктируемой токомвозбуждения ь, и продольного синхронного сопротивления при з = 0.

Выражение (36-13) действительно также для явнополюсных ма­ шин при малых з с большой точностью, а при больших $прибли­ женно.

Токи /„ загружают машину мощностью

(36-14)

в результате чегЬ на ротор действует тормозящий момент

(36-15)

Момент Мк стремится уменьшить скорость вращения ротора и в режиме генератора облегчает, а в режиме двигателя затрудняет вхождение машины в синхронизм. Кроме того, при асинхронном ходе возбужденной машины в результате взаимодействия потока возбуждения, вращающегося со скоростью (1 — з) п1г и потока якоря от токов частоты сети /1( вращающегося со скоростью пъ возникает сильный пульсирующий момент М ^, который имеет частоту з/х и накладывается на асинхронный момент Мя и на момент М%. Если нагрузка на валу и скольжение з не слишком велики, то под воздей­

лении, скорость ротора п может достигнуть синхронной пх и даже превзойти ее (рис. 36-6). При этом после некоторого количества коле­ баний скорости ротора около синхронного значения, после затуха­ ния этих колебаний, наступит установившийся синхронный режим работы.

Отметим, что на холостом ходу или при небольшой нагрузке на валу явнополюсная синхронная машина, вращающаяся с неболь­ шим скольжением, способна втянуться в синхронизм и без возбуж­ дения, в результате действия реактивного момента, который при я ф 0 также пульсирует с частотой В этом случае после включе­ ния тока возбуждения полярность полюсов может не соответство­ вать необходимой полярности, и тогда произойдет «проскальзыва­ ние» ротора относительно поля якоря на одно полюсное деление,

момента на валу. Короткое замыкание произошло в момент { = 0 и бкло отключено в момент (= 0,5 сек. Во время короткого замы­ кания мощность генератора Р упала почти до нуля, и так как мощ­ ность турбины осталась неизменной, то скорость возросла и машина стала вращаться со скольжением 8 < 0.

В асинхронном режиме с постоянным током возбуждения, как видно из рис. 36-7, ток, мощность и момент генератора сильно пуль­ сируют, а угол 0 между векторами Ё и и ввиду несинхронного вра­ щения ротора непрерывно изменяется (на рис. 36-7, е изменения 0 показаны до 0 = 360°, после чего 0 опять начинается с нуля). На постоянный ток возбуждения накладывается переменный, индук­ тируемый вращающимся полем якоря. После 1 = 2 сек абсолютная величина скольжения начинает уменьшаться, затем меняет знак

Синхронные машины (Разд. V

и после некоторых колебаний машина втягивается в синхронизм (на рис. 36-7 после 2 = 4 сек виден только один период колебаний 9 и а). О втягивании в синхронизм свидетельствует то, что угол 0 совершает колебания, а не изменяется непрерывно.

Синхронизации турбогене­ ратора способствовало уве­ личение «у и 2; под дей­ ствием автоматического ре­ гулятора возбуждения.

Следует отметить, что во время аварий ресинхро­ низация генераторов после выпадения их из синхро­ низма часто происходит без вмешательства персо­ нала, причем сам факт вы­ падания из синхронизма часто остается незамечен­ ным, так как он затушевы­ вается происходящими во время аварий колебаниями (см. § 39-Г).

Аналогично происходит также синхронизация двух частей энергосйстемы, если они включаются иа парал­ лельную работу без предва­ рительной синхронизации после того, как в резуль­ тате аварии они раздели­ лись и стали работать несинхронно. Указанные процессы совершаются тогда во всех генераторах энергосистемы, причем наи­ более интенсивно в тех из них, которые расположены ближе к точке раздела системы. В энергосисте­ мах СССР самосинхрони­

зация разделившихся частей энергосистем депускаетсй в случаях, когДа максимальные толчка тока в гидрогенераторах не превышаЮТ 3/а и в ту;урбогенераТорах 5/а и длительность асинхронного хода не больше 10—15 сек.