книги / Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышленного электроснабжения

личными электромеханическими постоянными времени: Тл — = 1, TJ2=10 с. При индивидуальном выбеге изменение сколь­ жения двигателей происходит по зависимостям 1 и 2, приве­ денным на рис. 9.16; синхронная частота группового выбега этих двигателей определяется зависимостью 3. Групповой выбег двигателей СД\ и СД2 будет синхронным, но неустановившимся. Изменение скольжения описывают кривые 4 и 5.

В начале группового выбега каждый из двигателей тор­ мозится по своим индивидуальным характеристикам, т. е. первый быстрее, второй медленнее. В результате появляется и увеличивается угол сдвига между осями роторов СД, и за счет остаточного напряжения на секции СД\ переходит в двигательный, а СД2— в генераторный режим.

Первый двигатель потребляет электромагнитную мощ­ ность, развивает дополнительный электромагнитный момент и начинает тормозиться со скоростью меньшей, чем при ин­ дивидуальном выбеге. Второй двигатель, наоборот, отдает электромагнитную мощность и в результате дополнительно тормозится. При торможении СД\ частота вращения ротора в некоторый момент превышает синхронную, и двигатель пе­ реходит в режим генератора. Наоборот, при торможении СД2 частота вращения ротора в тот же момент становится мень­ ше синхронной, и двигатель переходит в двигательный ре­ жим. Теперь первый двигатель будет тормозиться, а второй ускоряться. В результате скольжение двигателей будет изме­ няться в противофазе относительно скольжения, соответст­ вующего синхронной частоте выбега, причем амплитуда ко­ лебаний скольжения (с малой электромеханической посто­ янной времени) будет значительно больше у СДи чем у СД2.

Синхронный групповой выбег двигателей может иметь место только в том случае, если электромагнитный момент каждого двигателя, обусловленный обменом электромагнит­ ной мощностью между ними, достаточен для поддержания синхронной частоты выбега. Следовательно, граница сущест­ вования синхронного группового выбега определяется нера­ венством

*=1, 2, п, (9.40)

где — требуемый для существования группового выбега электромагнитный момент i-го двигателя; MmaXi — макси­ мальный синхронный момент гто двигателя. При синхронной частоте вращения максимальный момент в зависимости от параметров двигателя изменяется в относительных единицах

впределах 1,5—2 по отношению к номинальному моменту.

При групповом выбеге п различных СД синхронная час­

тота равна частоте эквивалентного двигателя, т. е. определя­ ется уравнением

2 ТЛ SN1 t=1

Для того чтобы любой г-й двигатель тормозился с синхрон­ ной частотой при групповом выбеге, должно соблюдаться ус­ ловие

Из сравнения уравнений (9.41) и (9.42) следует, что требуе­ мый для существования синхронного выбега i-ro двигателя электромагнитный момент определяется выражением

2 , T JtSM t=l

В частности, синхронный выбег двух СД при их одинаковой загрузке в относительных единицах (Ммех1= Л 1Мех2= Ммех) в соответствии с выражениями (9.40) и (9.43) имеет место, если

можен. Если соотношения между параметрами отдельных СД Т м /Т л = 9 ; S N \IS N2 = 9 , то электромагнитный момент второ­ го двигателя М2= 4, т. е. больше максимального. Синхрон­ ный групповой выбег в этом случае невозможен, что под­ тверждается данными расчетов, приведенными на рис. 9.17.

Рассмотрим теперь совместный выбег СД и АД. Напря­ жение на шинах отключенной секции в этом случае поддер­ живается ЭДС СД, поэтому частота напряжения определя­

ется их средней частотой^ вращения. Групповой выбег СД и АД происходит с частотой, близкой к частоте эквивалентного двигателя, при этом первые являются генераторами, а вто-

рые — потребителями реактивной мощности. Обмен активной мощностью между двигателями существенно зависит от со­ отношения между электромеханическими постоянными дви­

янными: 7Vcfl=2,5, ;Г/Ад=10 с. При индивидуальном выбеге скольжения этих двигателей изменяются в соответствии с кривыми 1 и 2 на рис. 9.18. Скольжение эквивалентного дви­ гателя определяется зависимостью 3. При групповом выбеге АД, имеющий большую электромеханическую постоянную, переходит в генераторный режим и за счет дополнительной нагрузки тормозится быстрее, чем при индивидуальном вы­ беге (кривая 4). Синхронный двигатель, имеющий меньшую постоянную времени, за счет уменьшения суммарного момен­ та, равного разности момента механизма и электромагнитно­ го момента, тормозится медленнее, чем при индивидуальном

выбеге (кривая 5). Частота напряжения на секции определя­ ется частотой вращения СД. Разность между частотой вра­ щения СД и АД при групповом выбеге определяет скольже­ ние последнего. При обратном соотношении электромехани-

ческих постоянных (7\,Сд=10, Г/АД=2,5 с) СД будет тормо­ зиться в генераторном режиме (кривая 4, рис. 9.18), а АД — в двигательном режиме (кривая 5, рис. 9.18).

Таким образом, частота вращения двигателей при группо­ вом выбеге лишь близка к частоте вращения эквивалентного двигателя и в зависимости от их параметров может отли­ чаться в ту или иную сторону. Частота напряжения на сек­ ции шин при групповом выбеге равна средней частоте вра­ щения СД.

Групповой выбег одних АД также на значительном интер­ вале времени является синхронным. При этом выбег АД, имеющих большой запас кинетической энергии, происходит в режиме генерации активной мощности, а имеющих боль­ шой запас электромагнитной энергии — в режиме генерации реактивной мощности. Двигатели, имеющие меньший запас кинетической (электромагнитной) энергии, потребляют ак-

т. е. напряжению на секции Исек более, чем в два раза пре­ вышающему номинальное. С учетом насыщения стали СД баланс реактивных мощностей будет сдвинут в сторону мень­ ших напряжений, но и в этом случае напряжение на секции при выбеге будет в полтора раза больше номинального.

Групповой самозапуск двигателей

Режим группового самозапуска двигательной нагрузки возникает, как правило, после срабатывания АВР на секци­ онных выключателях промышленных подстанций. Время вы­ держки АВР определяется необходимостью ожидания сни­ жения напряжения на потерявших питание секциях до без­ опасных значений и существенно зависит от эффективности гашения поля отключенных СД. Допустимое по условиям несинфазности включения остаточное напряжение составляет (0,34-0,4)

При наличии в узлах нагрузки СД с бесщеточными воз­ будительными устройствами, не обладающими эффективным способом гашения поля, суммарная выдержка времени АВР составляет не менее 1,5—2 с. За это время двигатели поте­ рявших питание секций успевают существенно затормозить­ ся, поэтому их токи включения после срабатывания АВР бу­ дут близки к пусковым, т. е. в 5—7 раз превышать номи­ нальные, что приведет к заметному снижению напряжения на секциях.

Одной из основных причин ограничения применения са­ мозапуска СД является превышение заданного допустимого тока включения двигателей в момент самозапуска, поэтому определение обоснованных значений этого тока является ак­ туальной задачей. Допустимый ток включения при самозапуске определяется электродинамической стойкостью обмо­ ток двигателей. При проектировании серии двигателей элект­ родинамическая стойкость обмоток рассчитывается, как пра­ вило, на токи двух режимов: трехфазного КЗ на выводах двигателя и пуска двигателя. Первый режим характеризуется сверхпереходным током /" = /„,0, который является действу­ ющим значением периодической составляющей тока КЗ на выводах СД в первый момент после КЗ. Второй режим ха­ рактеризуется средним значением периодической составля­ ющей пускового тока (указывается в каталожных данных двигателя).

Сравнение электродинамической стойкости обмоток дви­ гателей в различных режимах можно проводить только по

нагрузки. По характеру изменения параметров режима СПЭ после малых возмущений статическую устойчивость можно разделить на апериодическую и периодическую. В первом случае изменение параметров режима имеет монотонный апериодический характер, во втором — характер самораскачивания.

Исследование статической устойчивости СПЭ предполага­ ет следующие этапы:

определение параметров установившегося режима и спо­ соба утяжеления режима СПЭ;

линеаризация уравнений переходных процессов в окрест­ ности точки, соответствующей установившемуся режиму в пространстве независимых переменных, т. е. в пространстве основных параметров режима;

вычисление частных производных параметров режима в характеристических уравнениях или характеристическом оп­ ределителе системы электроснабжения;

проверка устойчивости по какому-либо критерию; определение запаса статической устойчивости путем по­

степенного утяжеления режима СПЭ.

Параметры установившегося режима СПЭ можно опреде­

в электрической системе. Как правило, при расчетах стати­ ческой устойчивости СПЭ рассматривается послеаварийный режим максимальных нагрузок, поэтому утяжеление режима осуществляется путем снижения напряжения в электрической системе. Запас статической устойчивости СПЭ может быть оценен по критическому напряжению узлов промышленной нагрузки, т. е. такому напряжению, при котором происходит нарушение статической устойчивости в результате последо­ вательного снижения напряжения в системе электроснабже­ ния.

Исследование статической устойчивости системы электро­ снабжения предполагает изучение поведения этой системы в сколь угодно малой окрестности точки, соответствующей ус­ тановившемуся режиму. Это позволяет в уравнениях пере­ ходных процессов перейти от параметров режима к их откло­ нениям, и от нелинейных уравнений к линеаризованным. Для упорядочения записи линеаризованных уравнений и состав-

ления характеристического определителя запишем основные параметры режима системы электроснабжения.*

Рис. 10.1. Векторная диаграмма параметров режима узла нагрузки

для СД — угол 0, ЭДС E"d и E"q, напряжение на выводах

Z/.сд и его фаза осед»

для АД — скольжение sa, ЭДС Е"а, напряжение на выво­ дах I/вад и его фаза аАд; напряжение Uy в узлах промышлен­