Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Синхронные машины. Часть 2. Учебное пособие
.pdf
статора, создает тормозной асинхронный момент. В результате генератор
2об эм
p sP
выдает активную мощность в сеть. Асинхронный тормозной момент с
увеличением скольжения ротора возрастает и может достигать больших
значений. Турбогенераторы могут развивать при этом относительно большую
мощность. Потери в роторе
малы и не представляют опасности в
отношении его нагрева. Когда он станет равным вращающему моменту
приводного агрегата, дальнейшее повышение скольжения прекратится и
наступит установившийся асинхронный режим. Допустимая мощность
турбогенератора в асинхронном режиме ограничивает ток статора, который изза большого тока намагничивания достигает номинального значения при
меньшей чем в нормальном режиме, активной мощности. Для уменьшения
активной мощности сокращается поступление пара в турбину [1].
Асинхронный режим работы генератора при потере возбуждения
используют на время, которое необходимо для перевода на резервное
возбуждение или перевода нагрузки на другие генераторы. В большинстве
случаев это позволяет избежать аварийных остановок генераторов. При этом
потери в роторе и статоре не должны превышать потерь в номинальном
режиме, и потребление реактивной мощности с точки зрения работы
энергосистемы допустимо. Для турбогенераторов в зависимости от условий
охлаждения активная нагрузка должна быть не выше 40–60% номинальной.
Продолжительность режима без возбуждения составляет 15–30 мин. Время
разгрузки генераторов в зависимости от их мощности составляет 0,5–2 мин.
При потере возбуждения необходимо снизить активную нагрузку до
допустимых значений и попытаться восстановить возбуждение. Если сделать
это не удается, то следует перейти на резервное возбуждение с отключением на
время перехода аппарата гашения поля. Работа гидрогенераторов в
асинхронном режиме не допускается. При потере возбуждения они
отключаются от сети [12].
31
Генераторы выпадают из синхронизма при недостаточном возбуждении
0,8 1,0
ПН
MM
вх П
M М
П
М
вх
M
Г
U
или в результате аварии в системе. Для восстановления синхронизма
увеличивают ток возбуждения и снижают активную нагрузку. Генератор
отключают от сети, если он не войдет в синхронизм.
При асинхронном пуске синхронных двигателей и компенсаторов
пусковой момент
требуется, чтобы момент вхождения
увеличением сопротивления пусковой обмотки, а для увеличения
. Для лучшего втягивания в синхронизм
. Увеличение
достигается
нужно
его уменьшить. Для запуска двигателей необходимо определить нагрузку на
валу, при которой пуск и вхождение в синхронизм с сетью были бы
возможны [1].
2.1.3. Самовозбуждение синхронных машин
Самовозбуждение возможно при наличии в цепях статора емкостей
(между проводами длинных линий передачи, проводами и землей, батареями
конденсаторов для продольной и поперечной компенсации индуктивного
сопротивления линий). Оно происходит, когда на выводах вращающейся
машины возникает напряжение при отсутствии тока возбуждения. Магнитное
поле в синхронной машине при этом создается емкостным током I, который
машина отдает в сеть, или, что то же самое, индуктивным током, потребляемым
машиной из сети. При самовозбуждении ротор синхронной машины может
вращаться синхронно с магнитным полем статора (синхронное
самовозбуждение) или асинхронно с ним (асинхронное самовозбуждение).
Схема работы синхронного генератора на емкостную нагрузку показана на рис.
2.2, а. При синхронном самовозбуждении остаточный магнитный поток во
вращающемся роторе наводит эдс E в обмотке якоря, которая вызывает в ней
емкостной ток I. Этот ток создает намагничивающую реакцию якоря. В
результате магнитный поток, эдс E и ток I увеличиваются. Зависимость
напряжения генератора
от емкостного тока якоря I показана на рис. 2.2, б.
Она повторяет форму характеристики холостого хода.
32
При
0
a
r
Гd
U x I
d
x
Г
U f I
C
U
C
U f I
1
CC
U x I I
C
ГC
UU
dC
xx
ГC
UU
dC
xx
C
U
Г
U
2
Г
Г
d
U
Q mU I m
x
2
Г
ЗГ
d
U
Qm
x
2
2
H
ЗЛ H
C
U
Q m mU C
x
напряжение
. Под влиянием насыщения величина
меняется вдоль кривой
конденсаторах
от тока
линейная.
. Зависимость напряжения на
. (2.1)
Рис. 2.2. Схема работы синхронного генератора на емкостную нагрузку (а) и
его характеристики при синхронном самовозбуждении (б)
Самовозбуждение возможно при наличии остаточного магнитного
потока, а также когда
(рис. 2.2. б), когда
кривая
пойдет выше кривой
Реактивная мощность в режиме самовозбуждения:
Зарядная мощность генератора и зарядная мощность присоединенной к
нему линии передачи равны:
и
. Процесс заканчивается в точке А
. Самовозбуждение невозможно, когда
.
. (2.2)
; (2.3)
и
. (2.4)
33
Самовозбуждение невозможно, если
ЗГ ЗЛ
QQ
0
a
r
В
I
0
a
r
0
В
I
a
r
d C q
x x x
. Включение на
параллельную работу в сеть нескольких генераторов снижает возможность
возникновения этого явления. В реальных условиях
и генератор должен
при синхронном самовозбуждении развивать активную мощность. Это
возможно только явнополюсных машин за счет возникающих в них реактивных
моментов как при протекании тока в обмотке возбуждения
отсутствии. Синхронное самовозбуждение при
неявнополюсных машин не происходит. При больших значениях
, так и при его
и
синхронное
у
самовозбуждение невозможно, так как при этом активная мощность окажется
большей, чем может развить явнополюсная машина в устойчивом синхронном
режиме работы без возбуждения. Синхронное самовозбуждение происходит
при условии
.
Асинхронное самовозбуждение синхронных машин происходит при
больших емкостях в цепи якоря. На роторе должны быть замкнутые обмотки
или контуры тока, в которых при асинхронном вращении ротора относительно
поля якоря индуктируются токи. В зависимости от соотношения сопротивлений
емкостных элементов, сверхпереходных и переходных сопротивлений машины
ток якоря имеет постоянную амплитуду или пульсирует.
Самовозбуждение нежелательно, поскольку развивается неуправляемо, а
напряжения и токи при этом могут достичь опасных значений [1].
2.2. Испытания, проверки и ремонт синхронных машин
Программа приемо-сдаточных испытаний включает в себя следующие
операции [6]:
- измерения сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса
машины и между обмотками и сопротивления обмоток постоянному току в
практически холодном состоянии;
34
- испытания при повышенной частоте вращения, изоляции обмоток
относительно корпуса и между обмотками на электрическую прочность и
межвитковой изоляции обмоток переменного тока на электрическую
прочность;
- определение характеристик холостого хода, установившегося
трехфазного короткого замыкания и третьей гармоники тока (при работе
машины с обмоткой статора, соединенной в треугольник);
- измерение тока возбуждения в режиме ненагруженного
перевозбужденного двигателя при номинальном напряжении и номинальном
токе статора и определение U-образной характеристики;
- определение номинального тока возбуждения, номинального изменения
напряжения и регулировочной характеристики;
- испытания на кратковременную перегрузку по току;
- определении кпд.
В стандартах на отдельные виды синхронных машин приведены
дополнительные требования по программе испытаний.
Осмотры и проверки синхронных генераторов проводятся персоналом
электрического цеха станции перед пуском и во время работы. Перед пуском
генератора после ремонта проверяется завершенность всех работ и наличие
записи в журнале о завершении работ. Проверяется состояние щеточноконтактного аппарата синхронной машины, состояние возбудителя, отсутствие
следов нагрева контактных соединений, загрязнение изоляции щеточных
контактов, работа систем охлаждения и подачи масла и др. Измеряется
сопротивление изоляции обмоток статора и ротора. При осмотре генератора
находящегося в работе проверяют искрение под щетками, вибрацию и
температуру подшипников, параметры систем охлаждения и подачи масла и др.
При обнаружении ненормальных моментов в работе генератора следует
выяснить причины и по возможности принять меры к их устранению. Если
обнаружены неисправности, которые сменный персонал сам устранить не
может, то об их наличии сообщают руководству цеха [12].
35
Наблюдение за работой генератора ведется по измерительным приборам
и визуально. Контролируются электрические параметры генератора,
температура стали, обмотки статора, охлаждающей среды, масла,
подшипников. Они записываются не реже двух раз в смену. Осмотр генератора
проводится в установленные сроки.
Капитальный и текущий ремонты синхронных машин совмещаются с
соответствующими ремонтами их приводных агрегатов. Первый ремонт
впервые введенных в работу машин проводится не позднее 8000 часов работы
после ввода в эксплуатацию. В этот период происходит приработка различных
частей, деталей и выявляется большая часть дефектов, допущенных при
изготовлении [11]. Текущий ремонт проводится, как правило, по мере
необходимости не реже 1 раза в год. Его объем определяется с учетом
состояния генератора.
36
3. СИНХРОНИЗИРОВАННЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
3.1. Синхронизированный асинхронный двигатель, выполненный на базе
асинхронного двигателя с фазным ротором
Синхронизированный асинхронный двигатель выполняется на базе
типового асинхронного двигателя с фазным ротором (АД ФР), который может
быть переведен в синхронный режим путем подачи постоянного тока в обмотку
ротора после разгона двигателя до подсинхронной скорости [16, 17].
Рис. 3.1. Устройство асинхронного двигателя с фазным ротором:
1, 7 – подшипники; 2, 6 – щиты подшипниковые; 3 – корпус; 4 – статор;
5 – ротор; 8 – вал; 9 – коробка выводов; 10 – лапы; 11 – фазные кольца
Конструкция асинхронного двигателя с фазным ротором приведена на
рис. 3.1. Ротор асинхронной машины состоит из вала, сердечника и обмотки.
Вал изготовлен из стали и закреплен в подшипниковых щитах. На валу
закреплен сердечник, на внешней стороне которого выполнены скошенные
пазы для обмотки. Сердечники статора и ротора образуют магнитную систему
машины. Обмотка фазного ротора имеет конструкцию по аналогии с обмоткой
статора. Она содержит то же число пар полюсов р. Применение скошенных
37
пазов ведет к более равномерному распределению магнитного поля в зазоре
вдоль активных проводников и снижению шума машины. Концы обмоток
фазного ротора соединены в общую точку. Начала обмоток выведены на
контактные кольца, расположенные на валу. Контактные кольца выполняются
преимущественно из латуни. Они изолированы друг от друга и от вала. К
кольцам прижаты щетки, которые посредством отводов от них, можно
замыкать накоротко или подключать к ним дополнительные элементы. В цепь
ротора можно включать активные, индуктивные, емкостные сопротивления, а
также вентильные элементы и источники эдс.
К фазным обмоткам ротора может быть подведено постоянное
напряжение. На рис. 3.2 показаны возможные схемы соединения фазных
обмоток ротора для питания их постоянным током и векторные диаграммы,
поясняющие получение результирующих векторов намагничивающих сил.
Двигатель после окончания электромеханического переходного процесса,
связанного с пуском электропривода и втягиванием двигателя в синхронизм,
продолжает работать в статическом режиме, обладая всеми свойствами
синхронного неявнополюсного двигателя классического типа. Поскольку по
обмоткам ротора двигателя протекает постоянный ток и скорость вращения
ротора двигателя не зависит от нагрузки на валу, что характерно для
синхронной машины, асинхронный двигатель с фазным ротором, работающий в
таком режиме, называют синхронизированным асинхронным двигателем [17].
Синхронизированный асинхронный двигатель также как синхронный
двигатель имеет абсолютно жесткие механические характеристики на рабочем
участке, что благоприятно для многих производственных механизмов т.к.
обеспечивает постоянство частоты вращения во всем диапазоне изменения
статического момента на валу двигателя.
38
Рис. 3.2. Схемы соединения обмоток ротора и векторные диаграммы
намагничивающих сил при питании ротора постоянным током:
а – включены три обмотки; б – включены две обмотки
Важное преимущество синхронного режима двигателя перед
асинхронным режимом заключается в возможности воздействия на процесс
обмена энергией между двигателем и системой электроснабжения с
изменением величины и знака реактивной мощности путем регулирования
токов возбуждения синхронизированного асинхронного двигателя. При прямом
подключении обмотки статора к питающей сети в случае перевозбуждения
двигателя реактивная мощность отдается в питающую сеть, а при
недовозбуждении - потребляется из сети.
39
При питании обмотки ротора двигателя постоянным током в
рВCВр
В
пост
w1,5IwIcos60w
2
I
2F
р2трёхф
wI21,5F
рВр2
w1,5IwI21,5
0,707
I
I
В
2
.816,0
I
I
B
2
соответствии со схемой, приведенной на рис. 3.2, а, результирующая
магнитодвижущая сила будет постоянной во времени и равной [8]
, (3.1)
где IВ – постоянный ток возбуждения, подаваемый в ротор; wр – число
витков в одной фазе ротора.
При трёхфазном переменном токе результирующая магнитодвижущая
сила, создаваемая тремя фазами постоянна во времени, как и при возбуждении
постоянным током, и равна полуторократному амплитудному значению
магнитодвижущей силы одной фазы
, (3.2)
где I2 –ток фазы ротора.
Приравнивая магнитодвижущие силы от трёхфазного и постоянного
токов, получаем
откуда требуемое соотношений между действующими значениями токов
Аналогичным образом можно показать, что для схемы рис. 3.2, б
3.2. Синхронизированный двигатель с питанием обмоток ротора
Синхронный режим асинхронного двигателя с фазным ротором может
, (3.3)
. (3.4)
. (3.5)
интервально постоянным током
быть получен при питании фазных обмоток ротора интервально постоянным
током, реализуемым путем циклического переключения обмоток, в
соответствии со схемой (рис. 3.3), что обеспечивает равномерный нагрев
фазных обмоток ротора.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]