книги / Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышленного электроснабжения
..pdfполя путем закорачивания обмотки возбуждения двигателя {U,=0), который применяется у двигателей, оснащенных
Рис. 6.5. Изменение ЭДС Е"ч двигателя, отключенного от элект
рической сети:
1—Uf= const; 2— Uj=0; 3—об мотка возбуждения замкнута на пусковое сопротивление при Кп~- = 7; 4—7 — гашение поля инвер тированием (1—5 — для СТД-8000-2; 5. 7 — для СДН-16-71-8)
Рис. 6.6. Изменение тока возбуж дения для СД, отключенного от электрической сети:
1— Uf = const; 2— Uf = 0; 3 — об мотка возбуждения замкнута на пусковое сопротивление при /С„= = 7; 4—7 — гашение поля инвер
тированием |
(1—5 — для |
СТД-8000-2; |
6, 7 — для |
СДН-16-71-8)
бесщеточным ВУ Наиболее распространенный способ гаше ния поля путем замыкания обмотки возбуждения на пуско вой резистор отражают кривые 3, а 4—7 соответствуют слу
чаю, когда СД оборудован тиристорным ВУ и гашение поля осуществляется переводом выпрямителя в инверторный ре жим. В расчетах предполагалось, что СД оборудован ВУ типа ТЕ8-320/150; угол опережения для тиристоров р=20°
Рис. 6.7. Изменение напряжения на обмотке возбуждения СД после от ключения от электрической сети:
l— Uf =const; 2 — 1//=0; 3 — обмотка |
возбуждения замкнута на пуско |
|
вое сопротивление кратностью /Сп= 7; |
4—7 — гашение |
поля инвертирова |
нием (1-5 — для СТД-8000-2; 6. 7 —для СДН-16-71-8) |
||
Рассматривались случаи потери питания первой секции шин |
||
(см. рис. 5.6), когда ВУ подключено через |
трансформатор |
|
к той же секции шин, что и СД (кривые 4, 6), |
и случай, ког |
|
да ВУ получает питание от независимого источника, обеспе чивающего постоянное напряжение на вводе ВУ в процессе гашения поля (кривые 5, 7).
Анализ переходных процессов в отключенном от электри ческой сети СД при различных способах гашения поля (рис. 6.3—6.7), позволяет сделать следующие выводы.
I. Наиболее эффективно гашение поля происходит у СД, оснащенного статическим ВУ, при переводе тиристоров вы-
прямителя в инверторный режим. Скорости затухания ЭДС и тока в обмотке возбуждения 7/ при таком способе га шения поля ощутимо увеличиваются; если ВУ получает пи тание от независимого источника, обеспечивающего постоян ное напряжение на его входе. Этого можно добиться уско рением срабатывания АВР шин 0,4 кВ подстанции, от кото рой питается ВУ При потере питания секцией шин 6—10 кВ (см. рис. 5.6) устройство, фиксирующее потерю питания, од новременно с командой на гашение поля СД должно выда вать команду на работу АВР шин 0,4 кВ. Напряжение на обмотке возбуждения СД при гашении поля путем перевода управляемого выпрямителя ВУ в инверторный режим (рис. 6.7) остается практически постоянным (зависимости 5 и 7), поэтому данный способ наиболее близок к оптимальному [1, 29] и аналогичен способу гашения поля при помощи регу лируемого пускового резистора: чем меньше ток в обмотке возбуждения, тем больше сопротивление пускового резистора и, следовательно, больше скорость спадания тока в обмотке возбуждения. Напряжение на обмотке возбуждения при ин верторном способе гашения поля не должно превышать до пустимого значения, определяемого классом тиристоров ВУ
исхемой их включения.
2.Гашение поля с помощью тока в обмотке возбуждения СД с массивным ротором, осуществляемое переводом в ин верторный режим управляемого выпрямителя, происходит быстрее, чем с помощью тока в демпферной обмотке ротора. Эта особенность проявляется в том, что даже при спадании тока возбуждения до нуля ЭДС Е"ч и напряжение на выво
дах двигателя |
имеют |
остаточные значения (зависимости 4 |
и 5 на рис. 6.5 |
и 6.6). |
Запасенная в демпферной обмотке |
электромагнитная энергия поддерживает значение Е"ч даже после затухания тока возбуждения до нуля. Процесс инвер торного гашения поля СД с массивным ротором можно раз делить на два этапа. На первом этапе ток //> 0 , переходные процессы в СД по продольной оси ротора определяются урав нением (6.24), а напряжение на обмотке возбуждения — соотношением (5.29). На этом этапе происходит совместное затухание токов в обмотке возбуждения и эквивалентном демпферном контуре по продольной оси. После спадания то ка возбуждения I, до нуля тиристоры ВУ закрываются (см. рис. 5.4) и обмотка возбуждения оказывается разомкнутой. На втором этапе переходные процессы в СД по продольной оси ротора определяются уравнением (4.59), а напряжение
на обмотке возбуждения — соотношением (4.68), причем в
момент перехода от первого |
этапа ко второму напряжение |
Uf может измениться скачком |
(рис. 6.7). На этом этапе про |
исходит дальнейшее затухание тока в эквивалентном демп ферном контуре. При инверторном гашении поля СД с ших тованным ротором параметры режима Е"я и /у изменяются практически пропорционально друг другу (зависимости 6 и 7 на рис. 6.5 и 6.6). Это происходит потому, что ток в демп ферной обмотке таких двигателей затухает значительно быстрее, чем ток в обмотке возбуждения.
3.Гашение поля, осуществляемое путем переключения обмотки возбуждения СД на пусковое сопротивление, даже при кратности Кп=7 протекает медленнее, чем при инвер торном способе, а перенапряжение на обмотке возбуждения
впервые моменты после начала гашения значительно выше, чем при инверторном способе (рис. 6.7).
4.Синхронные двигатели, оснащенные применяемыми в
настоящее время бесщеточными возбудительными устройст вами, имеют низкую эффективность гашения поля (зависи мости 2 на рис. 6.5 и 6.6). Повысить эффективность гашения поля СД можно путем использования тиристорных бесщеточ ных возбудительных устройств [27].
6.3. ПУСК СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Процесс пуска синхронного двигателя состоит из двух этапов: на первом осуществляется разгон невозбужденного синхронного двигателя до подсинхронной скорости, а на вто ром после подачи возбуждения происходит синхронизация двигателя.
Пуск невозбужденного синхронного двигателя
Переходные процессы, характеризующие пуск невозбуж денного СД ((/,=()), определяются следующей системой диф ференциальных уравнений, полученной из общей системы уравнений (4.42) — (4.46) переходных процессов в СД-
(6.38)
(6.39)
(6 40)
(6.41)
Ротор СД в момент подключения к электрической сети может иметь произвольное положение, поэтому начальный угол 6 также может быть принят произвольным в пределах от —180° до +180° Поскольку фактическое положение рото ра в момент подключения двигателя определить невозмож но, а процессы при пуске мало зависят от начального поло жения ротора, то при расчетах можно принимать 6(0) = 0 . В этом случае начальные условия, соответствующие пуску неподвижного СД, можно записать в виде:
6 (0 )= 0 ; s (0) = 1; £ ",(0 )= 0 ;
dEq(0)
(6.42)
di
Параметры режима СД после подключения его к элект рической сети содержат вынужденные и свободные состав ляющие. Первые обусловлены напряжением электрической сети и отражают наиболее существенные закономерности процессов в СД, вторые появляются лишь в момент подклю чения двигателя в качестве реакции на скачкообразные из менения вынужденной составляющей суммарного магнитного потока. На разгон СД свободные составляющие практическо го влияния не оказывают, поэтому могут не учитываться.
Анализ вынужденных составляющих режима, характери зующих процесс пуска СД, проводим, предполагая, что на пряжение электрической сети постоянно и скорость измене ния скольжения ds/dt незначительна по сравнению со ско ростью протекания электромагнитных процессов. Эти допу щения можно выразить соотношениями:
(6.43)
Уравнения электромагнитных переходных процессов вСД по продольной (6.40) и поперечной (6.41) осям являются ли нейными дифференциальными уравнениями с правой частью. Как известно, вынужденные составляющие решения этих уравнений
E"q=A\sm 0+5iCos 0; |
(6.44) |
E//d= A 2sm 0+J32cos 0. |
(6.45) |
Подставляя (6.44) в (6.40), (6.45) в (6.41) и объединяя ко эффициенты при косинусных и синусных составляющих, с учетом соотношений (6.43) получаем следующие системы уравнений:
[ \ - T ' df ds*) A1- { T 'd + T'd)sBl
= - { T 'd + T"d) |
|
(6.46) |
|
|
|
('T'd+ T"d) sAi + (1- T'd T"ds2) B, = |
U\ |
|
|
|
Xd |
A%— T[qsB2= |
\j. |
(6.47) |
, |
Xq |
|
T\qsA%~f~ B2 = |
0, |
|
решение которых определяет коэффициенты для вынужден ных составляющих сверхпереходной ЭДС по продольной (6.45) и поперечной (6.44) осям:
л,A |
-Jт L |
(Td + T"d) s X- |
^ - |
|
|
||
|
|
|
|
|
Xd |
|
|
- ( 1 |
- TdTrfS2) (Td + Td) s ^-7^1; |
|
(6.48) |
||||
|
|
|
|
|
Xd J |
|
|
Bi = 4 |
|
|
+ ( i |
_ |
7’; ^ s 2) |
^ |
l ; (6.49) |
u r( T ; + r ; ) 2s2^ |
|||||||
|
|
|
ч |
|
|
xi |
J |
А = |
1 + (T'd‘ + |
T"d) s2 + |
(Td TrfS2)2; |
|
(6.50) |
||
|
Ao - |
^ |
U |
|
|
(6.51) |
|
|
|
|
|
|
|||
Xq '+{T'lqSy '
роткозамкнута, амплитуда Мятах при этих же значениях скольжения превышает средний асинхронный момент М,. Поэтому на подсинхронной скорости момент явнополюсности вызывает заметные качания ротора, чем способствует втя гиванию его в синхронизм после подачи возбуждения.
|
|
м ------------------------------------------------------- |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
J |
|
|
-2 ,5 |
|
|
|
|
|
|
|
- |
2,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
__________ 7 |
|
|
|
|
-1,5 |
|
|
|
I |
|
|
|
~1,0 Ы |
|
^ ^ 2 |
|
|
|
|
|
-0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
L I______I, |
,I |
____,1____ilub = |
I |
|||
|
о, |
о |
0.1 |
о,г |
о,з |
о,9 |
s |
Рис. 6.8. Пусковые характеристики синхронного |
двигателя СДН-17-76-12, |
||||||
С/jf = 10 кВ, |
P,v =3200 |
кВт |
(обмотка возбуждения замкнута на пусковое |
||||
|
|
|
сопротивление, /Сп= 4 ) : |
|
|
||
/—средний |
асинхронный момент; 2— амплитуда |
периодической составля |
|||||
ющей асинхронного момента и периодической составляющей реактивной мощности; 3 — средняя реактивная мощность в синхронном Режиме
Реактивная мощность невозбужденного СД также содер жит постоянную и переменную составляющие. Средняя асинхронная реактивная мощность определяется соотноше нием (2.65). Поскольку средняя реактивная мощность при всех скольжениях от s = 0 до s = l превышает среднею ак тивную, а при больших скольжениях превышает ее сущест венно, ток в асинхронном режиме невозбужденного СД в ос новном определяется средней реактивной мощностью. Зави симость среднего тока в асинхронном режиме СД от Частоты вращения ротора или его скольжения является другой важ нейшей пусковой характеристикой двигателя.
Реактивная мощность явнополюсности QH, являющаяся периодической составляющей реактивной мощности с часто той 2 s, определяется соотношением (2.66). Амплитуда реак тивной мощности QH совпадает по значению с амплитудой
Рис. 6.9. Пусковые характеристики синхронного двигателя СДН-17-76-12, Uд=10 кВ, P JV= 3200 кВт (обмотка возбуждения короткозамкнута): /—средний асинхронный момент; 2— амплитуда периодической составля ющей асинхронного момента и периодической составляющей реактивной мощности; 3 — средняя реактивная мощность в асинхронном режиме
момента явнополюсности, т. е. может быть вычислена по со отношению (6.54). Реактивная мощность явнополюсности, накладываясь на среднюю асинхронную реактивную мощ ность, вызывает колебания амплитуды тока статора, особен но заметные при малых скольжениях.
Пусковые характеристики синхронного двигателя СДН-17- 76-12 приведены на рис. 6.8, 6.9 для случаев, когда обмотка возбуждения замкнута на пусковой резистор и короткозамк нута.
Наличие пускового резистора в цепи обмотки возбужде ния способствует уменьшению электромагнитной несимметрии ротора. Это приводит к уменьшению амплитуды момен та явнополюсности (кривая 2) и устранению провалов в ха рактеристике среднего асинхронного момента при малых скольжениях (кривая 1 на рис. 6.8).
При короткозамкнутой обмотке возбуждения (рис. 6.9) амплитуда момента явнополюсности при скольжениях s= = (Н-0,1 превышает средний асинхронный момент. Одновре менно в характеристике среднего асинхронного момента при этих скольжениях появляется провал, который затрудняет
Рис. 6.10. Пусковые характеристики синхронного двигателя СТД-8000-2, £/л- = Ю кВ:
/ —средний асинхронный момент; 2 — амплитуда периодической состав ляющей асинхронного момента и периодической составляющей реактивной мощности; 3 — средняя реактивная мощность в асинхронном режиме
синхронизацию двигателя после подачи возбуждения при ко эффициентах загрузки, близких к единице. Средняя реактив ная мощность (кривая 3) даже при малых скольжениях поч ти в 2 раза превышает амплитуду реактивной мощности яв нополюсности (кривая 2), поэтому колебания амплитуды тока статора СД проявляются в меньшей степени по сравне нию с колебаниями амплитуды электромагнитного момента.
Пусковые характеристики синхронного двигателя СТД- 8000-2 при короткозамкнутой обмотке возбуждения приведе ны на рис. 6.10. Этот двигатель является неявнополюсным.