- •3. Синхронные машины
- •3.1. Устройство и принцип действия
- •3.2. Магнитное поле и основные параметры синхронной машины
- •3.2.1. Магнитное поле и параметры обмотки возбуждения
- •3.2.2. Магнитное поле и параметры обмотки якоря синхронной машины
- •3.2.3. Приведение мдс и тока якоря к обмотке возбуждения
- •3.3. Векторные диаграммы трехфазных синхронного
- •3.3.1. Основные виды векторных диаграмм напряжения
- •3.3.2. Построение векторной диаграммы см с учетом насыщения
- •3.4. Характеристики синхронного генератора
- •3.4.1. Общие замечания
- •2.4.2. Характеристика холостого хода
- •3.4.3. Характеристика короткого замыкания
- •3.4.4. Отношение короткого замыкания
- •3.4.5. Внешняя характеристика
- •3.4.6. Регулировочная характеристика
- •3.4.7. Нагрузочная характеристика
- •3.5. Параллельная работа см
- •3.5.1. Включение на параллельную работу трехфазных
- •3.5.2. Особенности работы синхронной машины с сетью
- •3.5.3. Электромагнитная мощность и электромагнитный
- •3.5.4. Угловая характеристика синхронной машины.
- •3.5.5. Работа синхронного генератора при переменном
- •3.6. Синхронные двигатели и компенсаторы
- •3.6.1. Общие сведения о синхронных двигателях
- •3.6.2. Векторная диаграмма синхронного двигателя
- •3.6.3. Режимы работы синхронного двигателя
- •3.6.4. Рабочие характеристики синхронного двигателя
- •3.7. Несимметричная нагрузка синхронного генератора
- •3.8. Внезапное короткое замыкание синхронной машины
- •Общие замечания
- •Внезапное трехфазное короткое замыкание синхронной машины
- •Параметры и схемы замещения синхронной машины
- •3.9. Колебания синхронной машины при параллельной работе
- •Свободное колебание ротора синхронной машины
- •Динамическая устойчивость синхронной машины
- •3.10. Системы возбуждения синхронной машины
3.7. Несимметричная нагрузка синхронного генератора
Несимметричная нагрузка возникает при не равномерном распределении однофазных приемников по фазам, а также при обрыве фаз и несимметричном установившимся коротком замыкании. При анализе несимметричного режима используется метод симметричных составляющих, согласно которому каждая из трех фаз может быть представлена в виде трех симметричных составляющих: прямой, обратной и нулевой последовательности.
,
, (3.5)
.
Где – токи прямой последовательности,
– токи обратной последовательности,
– токи нулевой последовательности.
Системы различных последовательностей можно рассмотреть отдельно, предлагая, что насыщение отсутствует.
Токи прямой последовательности создают МДС реакции якоря, вращающуюся синхронно с ротором, как это имеет место в СГ при симметричной нагрузке. При несимметрии нагрузки в СГ возникают токи обратной последовательности, которые создают обратно–синхронную МДС и обратное синхронное поле, которые вращаются с синхронной частотой в направлении противоположном вращению ротора.
Токи нулевой последовательности создают лишь пульсирующие поля рассеяния, соответствующие высшим гармоникам , а основная гармоника поля будет отсутствовать.
Токи различных последовательностей можно определить через реальные несимметрические токи согласно следующим выражениям
,
, (3.6)
.
Для других фаз имеем
, , , , , (3.7)
где и .
Выражения (3.5,…,3.7) справедливы и для несимметричной системы напряжений
. (3.8)
С другой стороны это выражение можно записать в виде:
. (3.9)
Сравнивая (3.8) и (3.9) будем иметь:
,
, (3.10)
.
Здесь – полные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности.
При симметрической нагрузке существуют лишь токи прямой последовательности и каждое из фазных напряжений СГ определяется первым уравнением системы (3.10). При этом ,
где - активное сопротивление обмотки статора,
- синхронное индуктивное сопротивление неявнополюсной СМ.
В случае явнополюсной СМ будем иметь
– полное сопротивление прямой последовательности по продольной оси,
– полное сопротивление прямой последовательности по поперечной оси.
Полное сопротивление обратной последовательности
.
Здесь – активное сопротивление обратной последовательности.
При этом , это связано с тем, что токи обратной последовательности обуславливают дополнительные потери в пассивных элементах ротора и успокоительной обмотке.
- индуктивное сопротивление обратной последовательности.
Индуктивное сопротивление . Это связано с тем, что токи обратной последовательности создают обратное синхронное поле, вращающиеся с двойной синхронной скоростью относительно ротора. Следовательно, это поле наводит в элементах ротора и в частности в успокоительной обмотке, расположенной в полюсных наконечниках, токи двойной частоты, которые демпфируют обратное поле, существенно уменьшая его.
Сопротивление обратной последовательности можно определить экспериментально. Для этого надо замкнуть обмотку возбуждения и привести ротор во вращение с синхронной частотой вращения в сторону, противоположную вращению магнитного поля, которое создается статором. При выполнении опыта измеряется напряжение, ток и мощность.
.
В случае явнополюсной СМ обратное синхронное поле демпфируется по продольной и поперечной осям неодинаково. Поэтому, будут неодинаковые и полные сопротивления по продольной и поперечной осям .
В этом случае при определении сопротивления обратной последовательности следует исходить из среднего значения тока обратной последовательности
,
.
Так как , то .
Обычно для неявнополюсных СГ, для явнополюсных СГ.
Сопротивление нулевой последовательности , где , – индуктивное сопротивление нулевой последовательности, ( при укороченном шаге). Сопротивление нулевой последовательности можно определить экспериментально. При этом обмотку возбуждения замыкают накоротко, и ротор приводят во вращение с синхронной скоростью. Фазные обмотки статора соединяются последовательно, и к ним подводится напряжение (рис. 3.37).
.
Несимметричная нагрузка сопровождается нежелательными явлениями. Обратное синхронное поле вызывает дополнительные потери в пассивных частях ротора и его обмотке (от токов двойной частоты.) При этом уменьшается КПД и сильно увеличивается температура ротора. Возможно искажение симметрии напряжений. В результате взаимодействия обратного синхронного поля и поля возбуждения появляется усилия двоичной частоты, что приводит к шуму и вибрации.
Несимметричные установившиеся короткие замыкания
Несимметричные установившиеся короткие замыкания являются предельными случаями несимметричной нагрузки. Рассмотрим однофазное установившееся короткое замыкание (рис. 3.38,а).
В этом случае , , . Токи прямой, обратной и нулевой последовательности соответственно будут
.
Тогда напряжение фазы
,
отсюда .
Установившийся ток однофазного короткого замыкания
.
При двухфазном установившемся коротком замыкании (рис.3.38,б) будем иметь
, ,
Токи прямой, обратной и нулевой последовательности соответственно будут
, .
Напряжения фаз: , ,
.
Отсюда имеем:
или .
Преобразуя последнее уравнение с учетом изложенного выше, будем иметь
или .
Тогда .
Так как активные сопротивления невелики, то можно считать что
.
В соответствии с этим
, , .
П оследние выражения позволяют определить индуктивные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности (рис. 3.39), если известна характеристика холостого хода, а также характеристик одно–, двух и трехфазного симметричного короткого замыкания.
; ; ; ; .
Здесь – индуктивное сопротивление прямой последовательности,
– индуктивное сопротивление обратной последовательности,
– индуктивное сопротивление нулевой последовательности.