книги / Электромагнитные переходные процессы в электрических системах

гашения не превышает допустимого значения. Пренеб­ регая г по сравнению с /у, для указанных условий имеем простое уравнение

которое после интегрирования дает:

Таким образом, ток if должен уменьшаться по ли­ нейному закону; при этом время гашения (до // = 0) будет:

постоянное разрядное сопротивление.

На рис. 8-6 показаны закономерности, отвечающие оптимальным условиям гашения поля. Для достижения их необходимо, чтобы разрядное сопротивление г изме-

электрической дуге между металлическими электродами сохраняется практически постоянным при изменении тока в широких пределах, т. е. сопротивление такой

181

дуги отвечает требованиям к разрядному сопротивле­ нию для осуществления оптимальных условий гашения. Поскольку падение напряжения на короткой дуге со­ ставляет всего лишь около 30 в, для гашения поля при более высоких напряжениях авторами предложено при­ менять последовательное соединение ряда коротких дуг,

на ряд коротких дуг, она продолжает гореть до пре­ кращения тока. Небольшое сопротивление f введено для того, чтобы при замыкании контактов 1 возбуди­ тель не оказался закороченным.

При последовательном включении дугогасящей ре­ шетки (рис. 8-7,6) контакты 1 (АГГ1) в нормальных условиях замкнуты, и размыкание их происходит при действии АГП. Образующаяся при этом дуга, как и раньше, разбивается в решетке на ряд коротких дуг. Пока горит дуга, цепь обмотки возбуждения остается замкнутой через якорь возбудителя.

При подходе тока к нулю часто наблюдается так называемый срыв тока, т. е. внезапное прекращение его. При большой индуктивности обмотки возбуждения син­

1 У крупных машин ДГР включают в оба полю са цепи возбуж­ дения

182

хронной машины это сопровождается резким возраста­ нием напряжения на обмотке. Для ограничения перена­ пряжения дугогасящая решетка шунтирована относи­ тельно большим сопротивлением гтд, причем, чтобы дуга гасла по частям, а не вся сразу, решетка разбита на секции, которые присоединены к промежуточным ответвлениям этого сопротивления.

Из приведенных способов включения дугогасящей решетки предпочтительным является второй. Его пре­ имуществом является относительная простота выполне­ ния (меньше контактов), большая надежность, отсутст­ вие дополнительного сопротивления г'. Помимо того, если при параллельном включении решетки напряже­ ние на обмотке возбуждения практически равно напря­ жению на решетке при горении в ней дуги, то при по­ следовательном включении это напряжение меньше на­ пряжения на решетке на величину напряжения возбудителя. Поэтому в дальнейшем рассматриваем только последовательное включение дугогасящей ре­ шетки.

Считая напряжение возбудителя ив (практически равное предшествующему напряжению на кольцах ро­ тора Ufo) неизменным, для цепи возбуждения в схеме рис. 8-7,6 при гашении поля имеем:

L} 4 г + г ^ + « д =

поэтому выражение (8-29) можно представить в иной форме:

183

Из структуры (8-29) непосредственно следует, что включение дугогасящей решетки эквивалентно внезапно­ му включению в цепь обмотки возбуждения постоянной э. д. с., равной ыд и направленной против ив. При этом нужно иметь в виду, что (8-29) и (8-31) справедливы лишь в течение времени горения дуги, которое при от­ сутствии демпферных обмоток является также временем

Рис. 8-8. Гашение поля с помощью дугогаситель­ ной решетки, включенной последовательно с об­ моткой возбуждения.

t/Tfo при рассматриваемом способе гашения поля пред­ ставлены на рис. 8-8. Они построены, как и кривые рис. 8-5, при k = 5. Время гашения по (8-32) составляет

*д=*гаш=0,18 T f 0, т. е. оно в 0,77/0,18=4,3 раза меньше, чем при гашении с помощью постоянного разрядного со-

184

противления, при котором соблюдается то же значе­ ние Ufm.

Кривая изменения тока ij заканчивается при пересе­ чении с осью абсцисс, т. е. при ^Гаш=^д; пунктиром по­ казано ее продолжение, соответствующее (8-29) или

(8-31). Напряжение на дугогасящей решетке при горении дуги постоянно и равно (1 +k)Ufo—6uf0; после погасания дуги оно падает до напряжения возбудителя. Напряже­

ние на обмотке возбуждения при возникновении дуги, меняя знак, увеличивается до kUfo=5tif0 и при погаса­

нии ее падает до нуля.

Теперь рассмотрим, как сказывается наличие демп­ ферных обмоток на процессе гашения поля. Для этой цели снова обратимся к результатам, полученным в гл. 4.

Поперечная демпферная обмотка не имеет магнитной связи с обмотками в продольной оси ротора, поэтому не оказывает влияния на процесс гашения поля.

Наличие продольной демпферной обмотки прежде всего скажется в том, что затухание потока и обу­ словленной им э. д. с. статора будет происходить с боль­ шей постоянной времени; в соответствии с (4-24) посто­ янная времени практически равна сумме постоянных времени продольной демпферной обмотки и обмотки воз­ буждения с учетом введенного в нее разрядного сопро­ тивления, т. е.

т. е. оно больше, чем при отсутствии продольной демп­ ферной обмотки, что является, конечно, нежелательным.

Сдругой стороны, продольная демпферная обмотка

впроцессе гашения принимает на себя часть энергии магнитного поля ротора, чем облегчает условия для об­ мотки возбуждения и включенного в ее цепь автомата гашения поля.

Используя приближенное соотношение (4-26), легко найти, что при о = 0 ток в обмотке возбуждения мгновенно падает до

TfQ

185

а Затем заТухаеТ по экспонейТе с постоянной времени Т гаш, опре­ деляемой по (8-33) В продольной демпферной обмотке, напротив,

адалее затухает с той же закономерностью.

Вдействительности а > 0 и соответственно Т",i> 0 , поэтому вне­ запных изменений токов не происходит Они сглаживаются быстро­

затухающими токами i" f и i"id-

Протекание рассматриваемого процесса иллюстрируют кривые рис. 8-9,а, которые построены при тех же условиях, что и на рис. 8-5,

При гашении поля дугогасящей решеткой проявление демпфер­ ных обмоток имеет более сложный характер. Весь процесс в дан­ ном случае состоит из двух основных стадий; первой, когда в ре­ шетке горит дуга и соответственно ток проходит как в обмотке возбуждения, так и в демпферной обмотке, и второй, когда дуга погасла (i/= 0 ), но ток в демпферной обмотке еще не затух. Сле­ довательно, после разрыва цепи возбуждения магнитный поток ма­ шины поддерживается током демпферной обмотки. По этой причи­ не время гашения поля /гаш больше времени горения дуги /д. По­ стоянная времени гашения поля на первой стадии, очевидно, опре­

деляется практически как Ггапп» (Гшо+Г/о). а на второй ГгаШ2=

= TidO-

Опуская вывод, который при принятых допущениях, вообще говоря, не представляет принципиальных трудностей, приведем окон­ чательные выражения, позволяющие найти токи в обмотках ротора машины, время горения дуги и время гашения поля.

Ток в обмотке возбуждения (для

Ток в продольной демпферной обмотке на первой стадии (0 <

1 to

Время горения дуги [из (8-37) при </ = 0]

186

Время гашения поля

Изменение магнитного потока Фа на первой стадии гашения определяется изменением н. с. ротора, т. е. суммы приведенных то­ ков обмотки возбуждения и продольной демпферной обмотки, что приводит к выражению

(8-42)

а на второй стадии — изменением только тока продольной демд ферной обмотки, т. е.

(8-43)

где Фаог — поток в начале второй стадии.

На рис. 8-9,6 приведены кривые изменения отдельных величин при гашении поля дугогасаящей решеткой. Они построены при тех же исходных условиях, что и кривые рис. 8-8, но добавлена лишь продольная демпферная обмотка с указанными выше пара­ метрами. Сравнение показывает, что, хотя время горения дуги сократилось, время гашения поля возросло почти в 2,5 раза. Из это­ го примера наглядно видно, что демпферные обмотки существенно снижают эффективность гашения поля дугогасящей решеткой и, естественно, тем сильнее, чем больше постоянная времени Тыо- Поэтому у турбогенераторов это сказывается гораздо сильнее, чем у гидрогенераторов.

Поскольку поперечная демпферная обмотка не имеет магнитной связи с обмотками, расположенными в продольной оси ротора, она не оказывает влияния на процесс гашения поля.

До сих пор предполагалось, что гашение поля осуще­ ствляется при работе синхронной машины на холостом ходу. Однако все полученные выводы и выражения лег­ ко могут быть распространены на условия, когда цепь статора замкнута в общем случае через хВнДля этого достаточно всюду вместо постоянных времени Т}0 и Тыо ввести их значения при замкнутой цепи статора Г'/ и Т'ы, определяемые по (7-45) и (7-48), где хвн входит

в состав Xd и х'а.

Вследствие того, что постоянные времени обмоток ро­ тора при замкнутой цепи статора меньше, процесс га­ шения поля в этих условиях протекает быстрее.

Если гашение поля происходит в условиях короткого замыкания или иного переходного процесса, предшест­ вующий ток в обмотках ротора может состоять не толь­ ко из вынужденной, но также и из свободных слагаю-

188

щих. Это может привести к большим величинам напря­ жения на обмотке возбуждения при гашении поля.

При ионном или тиристорном возбуждении гашение поля осуществляют путем перевода выпрямительной установки в инверторный режим. При этом условия га­ шения поля могут быть созданы близкими к оптималь­ ным.

и-напряжение статора

-3,5сек

Hi

a)

U-напряжение статора

«■ ■' ■ m —lOJicex. . _v

iS06

Рис. 8-10. Осциллограммы гашения поля,

рис. 8-10 приведено несколько характерных осцилло­ грамм этих процессов у различных генераторов. Обра­ щает на себя внимание то, что при гашении решеткой, а также инвертированием выпрямительной установки ха­ рактер изменения тока if очень близок к прямолинейно­ му, соответствующему оптимальным условиям гашения. Продолжительность вхождения дуги в решетку, как вид­ но, составляет сотые доли секунды.

189

/•/=0,415 ом (при горячем состоянии обмотки); ток возбуждения при холостом ходе 270 а, то же при номинальной нагрузке 650 а; ис­ пытательное напряжение обмотки возбуждения 3200 в.

Определим время гашения поля этого турбогенератора при ис­ пользовании: а) постоянного разрядного сопротивления и б) дуго­ гасящей решетки.

Решение выполним для условий, когда статор замкнут накоротко и возбуждение имеет двукратную форсировку (относительно но­

ление из (8-24)

2240

г— 540 О = 4.15 Г/.

Постоянные времени при короткозамкнутом статоре:

„0,203

Ток возбуждения, при котором гаснет дуга переменного тока,

г,™0' 15

tf Гаш — 270 J2 g — 3 О/•

Следовательно, N = (2• 650)/3=434 и время гашения по (8-34)

^гаш= 0,48 1п 434 =2,9 сек.

Принимаем к установке два автомата АГП-12, каждый из ко­ торых имеет 40 пластин. При их последовательном соединении чи-

190