Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Синхронные машины. Часть 2. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В.Н. МЕЩЕРЯКОВ, Д.И. ШИШЛИН
СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ
Учебное пособие
Часть вторая
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2013
УДК 621.391.14
М 565
Рецензенты: кафедра Электроэнергетические системы и сети Липецкого
филиала Воронежского государственного технического университета;
Шиянов А.И., д-р техн. наук, проф.
Мещеряков, В.Н.
М 565 Синхронные машины [Текст]: В 2 ч. ч. 2 учеб. пособие /
В.Н. Мещеряков, Д.И. Шишлин. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. - 53 с.
В учебном пособии рассматриваются существующие типы синхронных
электрических машин, способы их управления, математическое описание
синхронных двигателей в динамических режимах. Основное внимание уделено
синхронным электрическим машинам общепромышленного назначения.
Учебное пособие предназначено на студентов направления
«Электроэнергетика и электротехника», может быть полезно инженерам, чья
деятельность связана с наладочными операциями по электрооборудованию, а
также эксплуатацией синхронных машин.
УДК 621.391.14
М 565
Печатается по решению редакционно-издательского совета ЛГТУ
ISBN 978-5-88247-568-9
© Мещеряков В.Н., Шишлин Д.И.
© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный
технический университет», 2013
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................................ 4
1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ МАШИН В
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ .................................................................................................. 5
1.1. Параллельная работа синхронных генераторов .............................................. 5
1.2. Особенности параллельной работы синхронного генератора
с сетью бесконечной мощности ......................................................................................... 8
1.3. Синхронный компенсатор .......................................................................................... 11
1.4. Переходные процессы в синхронных машинах .............................................. 14
1.5. Несимметричные режимы работы синхронных генераторов .................. 23
2. ЭКСПЛУАТАЦИЯ, ИСПЫТАНИЯ, ПРОВЕРКИ И РЕМОНТ
СИНХРОННЫХ МАШИН ............................................................................................................... 26
2.1. Эксплуатация синхронных машин ......................................................................... 26
2.2. Испытания, проверки и ремонт синхронных машин ................................... 34
3. СИНХРОНИЗИРОВАННЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ............................ 37
3.1. Синхронизированный асинхронный двигатель, выполненный на
базе асинхронного двигателя с фазным ротором .................................................... 37
3.2. Синхронизированный двигатель с питанием обмоток ротора
интервально постоянным током ....................................................................................... 40
3.3. Математические модели синхронизированного двигателя ...................... 44
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................................................................................ 51
3
ВВЕДЕНИЕ
Синхронные машины работают в электрических системах в качестве
двигателей, генераторов и синхронных компенсаторов. Наиболее широко их
используют в качестве источников электрической энергии переменного тока.
Синхронные генераторы установлены на электрических станциях различных
типов, на передвижных электростанциях, транспортных установках. Они
вырабатывают более 90% всей электроэнергии.
Синхронные двигатели находят все более широкое применение в
системах электропривода вентиляторов, насосов, черновых клетей прокатных
станов и др. Единичная мощность синхронных двигателей воздуходувных
агрегатов в металлургии и насосных установок в системах транспортировки
нефти и газа достигает 50 МВт. Синхронные машины используют в качестве
двигателей в электроприводах промышленных установок, где необходимо
поддержание постоянной скорости независимо от нагрузки на валу.
Синхронные машины применяются также в качестве компенсаторов для
генерирования или потребления реактивной мощности в системах
электроснабжения для повышения коэффициента мощности промышленных
установок и поддержания нормального уровня напряжения в сети.
Возможность влияния на энергетические показатели агрегата, оснащенного
синхронным двигателем, путем регулирования тока возбуждения, делает
целесообразным применение крупных синхронных машин на промышленных
установках.
В данном учебном пособии рассмотрены особенности работы синхронных
машин в электрических системах.
4
1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ МАШИН В
c
U
c
f
ген
U
c
U
ген
f
c
f
ген
U
c
U
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
1.1. Параллельная работа синхронных генераторов
Параллельная работа синхронных генераторов в единой энергосистеме в
сравнении с их автономной работой обеспечивает важные преимущества:
- увеличение общей мощности электростанции;
- повышение надежности энергоснабжения потребителей;
- снижение резерва мощности при аварии или ремонте;
- возможность переадресации энергии в другие районы при изменениях
нагрузки.
В единой энергосистеме работает много генераторов разных типов и
мощностей. При включении генераторов в сеть на параллельную работу с
другими генераторами необходимо избегать чрезмерно большого толчка тока в
замкнутом контуре, образованном сетью и обмоткой статора генератора, а
также возникновения ударных электромагнитных моментов, которые могут
вывести из строя сам генератор, работающее с ним электрооборудование,
приводной агрегат, нарушить работу сетей и энергосистемы. Мощность
каждого генератора, подключаемого к сети, незначительна по сравнению с
мощностью энергосистемы. Поэтому принято считать, что генератор работает
на сеть бесконечно большой мощности. Такая сеть характеризуется
постоянным по величине и синусоидальным по форме напряжением
постоянной по величине частотой
. Эти параметры не зависят от нагрузки
и
данного генератора. Подключение генераторов на параллельную работу с сетью
требует соблюдения следующих условий [9]:
- напряжения генератора
и сети
должны быть одинаковыми;
- частоты генератора
- напряжения генератора
и сети
и сети
должны быть одинаковыми;
должны совпадать по фазе;
- чередование фаз генератора и сети должно быть одинаковым.
5
Равенство напряжений
ген
U
c
U
ген
f
ген
U
c
U
ген
f
c
f
ген
f
c
f
ген c
ff
ген
u
c
u
1
0,95 0,98 n
ген
U
c
U
ген c
ff
и
достигается путем регулирования тока
возбуждения. Изменение частоты синхронного генератора
и фазы его
напряжения достигается изменением частоты вращения ротора. Совпадение
напряжений
и
по фазе контролируется с помощью ламп, нулевых
вольтметров, синхроноскопов. Чередование фаз проверяется после монтажа
генератора или сборки схемы. Условия включения генераторов на
параллельную работу характеризуют метод точной синхронизации. Схема
включения синхронного генератора по данному методу представлена на
рис. 1.1 [8]. При неодинаковом чередовании фаз генератора и сети лампы
включены на линейное напряжение и будут гореть наиболее ярко. При
различных частотах генератора
Чем ближе совпадение частот
и сети
и
лампы одновременно мигают.
, тем частота мигания ламп
меньше. При одновременном невыполнении обоих этих условий в схеме
происходит движение света. Вольтметр V позволяет точно выбрать момент
подключения генератора к сети с помощью рубильника Р, когда разница
мгновенных значений напряжений
и
будет равна нулю. Подключение
генератора к сети по схеме рис. 1.1 происходит в следующем порядке [1]:
- невозбужденный ротор разгоняют до подсинхронной скорости
;
- плавно увеличивают ток возбуждения, добиваясь одинаковых значений
напряжений генератора
и сети
;
- чередование фаз верное, если лампы мигают одновременно;
- частоту вращения ротора генератора подгоняют до значения при
котором частота мигания ламп
минимальна. В середине «темного»
полупериода замыкают рубильник Р (более точно момент включения можно
определить по вольтметру V).
6
ген
U
1
n
1
n
3,5aHI
Рис. 1.1. Включение синхронного генератора на параллельную работу с сетью
После включения генератора в сеть дальнейшая синхронизация частоты
его вращения происходит автоматически. На электростанциях широко
распространен метод самосинхронизации, в результате которого в сеть
включается невозбужденный генератор (
близкой к синхронной
. Обмотка возбуждения замыкается на активное
= 0) при частоте вращения,
сопротивление во избежание повреждения изоляции от возможных
перенапряжений. В данном случае нет необходимости в точном выравнивании
частот, значения и фазы напряжений генератора и сети. После включения
невозбужденного генератора в сеть немедленно подается ток в обмотку
возбуждения, и генератор втягивается в синхронизм с сетью. Его частота
вращения становится равной синхронной
. При самосинхронизации имеют
место сложные электромеханические переходные процессы. Кратковременно в
обмотке статора возникает броски тока. Они согласно стандартам не должны
превышать
. Влияние переходных процессов на обмотки синхронной
машины и используемый приводной агрегат учитывается на стадии
проектирования. Ограничение тока достигается также применением в цепи
возбуждения сопротивления гашения поля, что способствует быстрому
затуханию переходных процессов, а также конструктивными способами [1].
7
1.2. Особенности параллельной работы синхронного генератора с сетью
ген
U
c
U
ген
U
c
U
ген с
UU
a
I
a
I
0
E
00cc
a
cc
E U E U
Ij
jx x
1
n
21
nn
0
E
ген
U
ac
E jI x
a
I
0
a
r
a
I
0cos
бесконечной мощности
После включения синхронного генератора в сеть его напряжение
становится равным напряжению сети
напряжения
и
совпадают по фазе, а по контуру «генератор – сеть»
находятся в противофазе:
. Относительно внешней нагрузки
. При полном выполнении указанных
условий по синхронизации генератора с сетью его ток
равен нулю (рис. 1.2, а). Силу тока
регулируют изменением эдс
по величине или по фазе [9]:
для неявнополюсного генератора
. (1.1)
Синхронная машина, работающая параллельно с сетью бесконечной
после подключения
мощности, стремится поддержать синхронную частоту вращения
в
некотором диапазоне изменения момента на валу. Машина работает вхолостую,
затем возрастает момент приводного двигателя, и ротор получает ускорение,
при этом
. Вектор
смещается относительно вектора
на угол
в направлении вращения векторов. Возникающая при этом небалансная эдс
приводит, согласно (1.1), к появлению тока
Полагая, что для мощных синхронных машин
, считают ток
индуктивным. В данном случае коэффициент мощности
(рис. 1.2, б).
чисто
. Машина
генерирует в сеть активную мощность и развивает тормозной момент.
Чем больше внешний момент, приложенный к валу генератора, тем
больше угол , ток и мощность, отдаваемые им в сеть.
8
Если к валу синхронного генератора приложить внешний тормозной
21
nn
0
E
ген
U
0cos
E
a
I
0
E
ген
U
ac
E jI x
0
a
r
a
I
E
а б в
Рис. 1.2. Упрощенные векторные диаграммы неявнополюсного
генератора при параллельной работе с сетью
с
U
0 ген
EU
1n1n1
n
0E0
EсUсUaIaI
E
E
генUген
U
ac
jI x
ac
jI x
момент, ротор замедляется
угол (рис. 1.2, в). Коэффициент мощности
, вектор
отстает от вектора
, машина потребляет из
на
сети активную мощность, находится в двигательном режиме, развивает
вращающий момент. Регулирование нагрузки генератора достигается
изменением приложенного к его валу вращающего момента приводного
двигателя [9].
Синхронная машина, работающая параллельно с сетью бесконечной
мощности, стремится сохранить неизменным магнитный поток при изменении
в некотором диапазоне тока обмотки возбуждения. Машина работает
вхолостую (рис. 1.2, а). Возрастание тока возбуждения приводит к образованию
эдс
напряжение
считается чисто индуктивным по отношению к
. В контуре «генератор – сеть» возникает ток
на величину
. При условии
(рис. 1.2, б). Возникает
9
. Эдс
превышает
ток
продольно размагничивающая реакция якоря, в результате чего поток машины
c
U
a
I
0 ген
EU
0 ген
EU
a
I
E
c
U
a
I
с
U
0 ген
EU
1
n
a
I
ген
U
0
E
E
ac
jI x
с
U
1n1
n
сUa
I
E
0
E
ген
U
ac
jI x
а б в
Рис. 1.3. Упрощенные векторные диаграммы неявнополюсного
генератора при параллельной работе с сетью и отсутствии активной
нагрузки
стабилизируется. Относительно напряжения сети
емкостным. Синхронная машина при
называется перевозбужденной.
Она для сети эквивалентна емкости [2].
ток
является чисто
Снижение тока возбуждения
емкостного тока
по отношению к
(рис. 1.3, в). Возникает продольно
приводит к возникновению
намагничивающая реакция якоря, в результате чего поток машины
стабилизируется. Относительно напряжения сети
индуктивным. Синхронная машина при этом называется недовозбужденной.
Она для сети эквивалентна индуктивной нагрузке.
10
ток
является чисто
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]