88229

Начальный момент внезапного нарушения режима. Общие замечания. Переходные ЭДС и реактивности синхронной машины (без демпферных обмоток)

Лекция

Производство и промышленные технологии

Переходные ЭДС и реактивности синхронной машины без демпферных обмоток. Все величины в начальный момент внезапного нарушения режима можно получить из общих уравнений электромагнитного переходного процесса синхронной машины как частное решение для t=0.

Русский

2015-04-27

307 KB

15 чел.

Тема 2.2. Начальный момент внезапного нарушения режима.

2.2.1. Общие замечания. Переходные ЭДС и реактивности синхронной машины (без демпферных обмоток).

Общие замечания.

Все величины в начальный момент внезапного нарушения режима можно получить из общих уравнений электромагнитного переходного процесса синхронной машины, как частное решение для t=0. Поскольку индуктивности цепей исключают внезапное изменение тока, то значение тока в начальный момент переходного процесса таким, как и в конце заданного предшествующего режима. Однако, при изменившихся условиях, этот ток состоит уже из новых слагающих, которые возникают в данном переходном процессе.

Поскольку поставленная задача ограничена рассмотрением лишь начального момента, вращение ротора и обусловленное этим изменение индуктивностей машины, не играют ни какой роли, т.е. машину можно рассматривать как трансформатор.

Магнитный поток, сцепленный с ротором, в момент внезапного нарушения режима сохраняется неизменным, и соответствующая ему ЭДС, наведенная в статоре в тот же момент остается неизменной. Следовательно, для синхронной машины условия в начальный момент переходного процесса аналогичны тем же условиям для трансформатора, питаемого источником синусоидального напряжения.

Таким образом, при переходном режиме ток статора синхронной машины состоит из двух слагающих: периодической, которая вызывается ЭДС, наводимой потоком ротора, и апериодической, обусловленной изменением потока статора.

- продольная составляющая статора положительна, когда создаваемая ею Н.С. совпадает по направлению с Н.С. тока возбуждения.

- поперечная составляющая тока статора положительна, когда создаваемая ею Н.С. отстает на 900 (электрических) от Н.С. тока возбуждения.

- все величины ротора приведены к статору, причем они, как и все величины статора, выражены в относительных единицах.

Переходные ЭДС и реактивности синхронной машины.

Полный поток обмотки возбуждения , который был бы при холостом ходе (насыщением пренебрегаем) состоит из потока, пронизывающего статор  и потока рассеяния . Полезный поток  является геометрической разностью продольного потока в воздушном зазоре  и потока продольной реакции статора . Результирующий поток , сцепленный с обмоткой возбуждения, складывается из потоков  и потока рассеяния .

Рис. Баланс магнитных потоков в продольной оси ротора.

При внезапном КЗ на зажимах машины происходит увеличение потока продольной реакции статора на . Считается, что кроме обмотки возбуждения других контуров в продольной оси ротора нет. В соответствии с законом Ленца приращение потока  вызовет ответную  реакцию обмотки возбуждения , причем приращение потокосцеплений  и  должны компенсировать друг друга, т.е.:

;                                                                                (1)

или ,                                                       (2)

где  - приращение тока статора;

       - приращение тока ротора.

С увеличением потока  до  пропорционально ему увеличивается поток  до , что приводит к уменьшению потока  до . однако результирующий поток , сделанный с обмоткой возбуждения сохраняет свое предшествующее значение .

Таким образом, рассеяние у обмотки возбуждения не позволяет характеризовать машину в начальный момент переходного процесса реактивностью рассеяния статора  и ЭДС , наводимой потоком , так как последний претерпевает изменения от приращения тока , величина которого подлежит определению. Поэтому следует использовать неизменность потока , сцепленного с обмоткой возбуждения потокосцепления этой обмотки .

Если последнее рассматривать как потокосцепление на холостом ходу машины, то его часть, связанная со статором, будет:

                                                                                       (3)

Именно этим потокосцеплением обуславливается в статоре ЭДС , которая в начальный момент переходного процесса сохраняет свое предшествующее значение (как и до КЗ). Это потокосцепление можно выразить через соответствующие токи и сопротивления:

                (4)

Этому потокосцеплению соответствует ЭДС:

                       (5)

   

 

- которую называют поперечной переходной ЭДС.

Реактивность:

                                                                  (6)

Продольная переходная реактивность она является характерным параметром синхронной машины и ее величина указывается в паспорте машины.

Начальное значение  легко определить из (5), подставив в него те величины  и , с которыми машина работала до нарушения режима.

Оставаясь неизменной в начальный момент внезапного нарушения режима, переходная ЭДС  позволяет связать предшествующий режим с новым (от внезапного изменения) режимом машины. Термин «переходная» нужно относить к тому, что эта ЭДС вместе с  позволяют оценить внезапный переход от одного режима к другому. Ошибочно думать, что возникает в момент нарушения режима, ее можно представить в любой момент произвольного режима или процесса.

Поскольку  в общем случае измерить нельзя, ее иногда называют расчетной или условной ЭДС.

представляет собой результирующую реактивность статорной обмотки при закороченной обмотке возбуждения.

Рассмотрим принципиальную схему машины с магнитной связью между статором и обмоткой возбуждения. В цепь введена ЭДС , отвечающая результирующему потокосцеплению .

а.)

Схема замещения машины б) аналогична схеме замещения трансформатора.

б)

ЭДС не является истинной ЭДС машины. Она представляет некоторую условную величину, пропорциональную полному потокосцеплению обмотки возбуждения и поэтому остается неизменной в первый момент нарушения режима работы синхронной машины. Постоянство позволяет представить ЭДС синхронной машины, рассчитанную в предшествующем режиме и не меняющейся в первый момент переходного процесса. В дальнейшем  изменяется с постоянной времени .

При отсутствии в поперечной оси ротора каких-либо замкнутых контуров:

             

Следовательно, явнополюсная машина, как и неявнополюсная синхронная машина без демпферный обмоток в переходном режиме может быть представлена  за сопротивление .

После замены ветвей с  и  одной эквивалентной, получим схему в), где, как и следует, машина представлена своими  и .

в)

Рис.   К определению переходной реактивности машины в продольной оси. А - исходная принципиальная схема; б и в – схемы замещения.

 

При отсутствии в поперечной оси ротора замкнутых контуров = 0 и . Таким образом, если у явнополюсной машины внезапно произошло изменение сопротивления цепи статора, при этом внешнее сопротивление цепи – индуктивное , то начальное значение периодической слагающей тока переходного процесса так называемый начальный переходный ток будет только продольным и составляет:

.

2.2.2. Сверхпереходные ЭДС и реактивности синхронной машины (с демпферными обмотками).

При наличии в продольной оси симметрии синхронной машины демпферной обмотки ее реактивное сопротивление в схеме замещения подключается параллельно  и .

Рис. К определению сверхпереходной реактивности в продольной оси. Схема замещения.

Так называемая продольная сверхпереходная реактивность имеет вид:

.

Для поперечной оси определяют сверхпереходную реактивность:

.

Сверхпереходные ЭДС находят из равенства:

.

При чисто индуктивном внешнем сопротивлении:

;     .

Результирующее значение периодической составляющей тока статора в начальный момент:

.

Для машины без демпферной обмотки:

.

Для машины с демпферной обмоткой:

.

2.2.3. Параметры двигателей и нагрузки в начальный момент КЗ.

Асинхронные двигатели составляют основную часть промышленной нагрузки. В нормальном режиме они работают с малым скольжением порядка 2-5%. В виду незначительности скольжения асинхронный двигатель в начальный момент КЗ можно представить синхронным двигателем с недовозбуждением.

Сверхпереходную реактивность двигателя  можно представить реактивностью короткого замыкания, т.е. . Относительная величина этой реактивности представляется как:

где  - относительный пусковой ток двигателя.

Сверхпереходная ЭДС двигателя определяется из векторной диаграммы:

Рис. Векторная диаграмма асинхронного двигателя.

.

Если приближенно принять ЭДС  равной проекции этой ЭДС на вектор :

                                                                                (а)

где , ,  - предшествующее напряжение, ток и угол сдвига между их векторами.

Если двигатель с перевозбуждением, то у синхронного генератора и синхронного двигателя в формуле (а) ставится «+».

В практических расчетах  начального момента переходного процесса обычно учитываются лишь крупные двигатели. Все остальные двигатели вместе с другими токоприемниками учитываются в виде обобщенных нагрузок крупных узлов энергосистем, характеризуя такие нагрузки средними параметрами, полученными для типового состава потребителей.

Обобщенную  нагрузку в начальный момент переходного процесса приближенно принимают:

;

.

Считая их выраженными в относительных единицах при полной рабочей мощности (МВА) и среднем номинальном напряжении той ступени, где она присоединена.

Особенностью переходного процесса синхронного двигателя является : если двигатель работает с перевозбуждением, то сверхпереходная ЭДС >  и при КЗ двигатель будет генерировать ток.

Если двигатель работает с перевозбуждением, то различают 3 режима в зависимости от степени снижения сети:

1.  - двигатель потребляет ток.

2.  - двигатель генерирует ток.

3.  - двигатель ток не потребляет.



PAGE  6


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16306. Построить фрактал треугольник Серпинского 40.5 KB
  Построить фрактал треугольник Серпинского Самым знаменитым примером площадного геометрического фрактала является треугольник Серпинского строящийся путем разбиения треугольника необязательно равностороннего средними линиями на четыре подобных треугольника и
16307. Снежинка Коха 51.5 KB
  Снежинка Коха Для построения снежинки Коха выполним следующие операции см. рис. 1. Рассмотрим в качестве нулевой итерации равносторонний треугольник. Рис. 1. Снежинка Коха. Затем каждую из сторон этого треугольника разделим на три равные части уберем среднюю ча...
16308. Фрактальный папоротник и аффинные преобразования 43.5 KB
  Фрактальный папоротник и аффинные преобразования Около четырехсот миллионов лет назад из теплого девонского моря населенного диковинными рыбами на еще безжизненную сушу начали наползать первые растения. Позднее на первобытной Земле многие миллионы лет шумели ка
16309. Последовательность выполнения нивелирования. Техническое нивелирование 199 KB
  Лабораторная работа № 6 Последовательность выполнения нивелирования Основные положения Способ геометрического нивелирования из середины При определении разности высот h рис. 1 нивелированием из середины устанавливают нивелир на одинаковых расстояниях между т
16310. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСОЛЬНОЙ БАЛКИ 2.26 MB
  Лабораторная работа АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСОЛЬНОЙ БАЛКИ Цель работы: Приобретение практических навыков по измерению прогибов и деформаций балок. Содержание работы: Балкой называют стержень нагруженный силами действующими в напра...
16311. Исследование устойчивости сжатого стержня большой гибкости 202 KB
  ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СЖАТОГО СТЕРЖНЯ БОЛЬШОЙ ГИБКОСТИ Цель работы: Изучение процесса потери устойчивости при осевом сжатии стержней и опытное определение критической силы. Поскольку величина критической силы зависит не только от размеров стержня но и от у
16312. Определение деформации при косом изгибе 5.06 MB
  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОГИБОВ ПРИ КОСОМ ИЗГИБЕ Цель работы Ознакомление с косым изгибом консольного бруса и сравнение опытных значений прогиба с теоретическим. Содержание работы Если плоскость действия изгибающего момента возникающего в поперечном сечении бруса не сов...
16313. Определение модуля сдвига при кручении 97 KB
  ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ СДВИГА ПРИ КРУЧЕНИИ Цель работы Экспериментальная проверка закона Гука при сдвиге и определение модуля сдвига материала вала.
16314. Определение прогибов балки на двух опрах 95 KB
  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОГИБОВ БАЛКИ НА ДВУХ ОПОРАХ Цель работы Приобретение практических навыков по измерению прогибов балки. Содержание работы. Балка это стержень нагруженный силами действующими в направлении перпендикулярном его оси. В инженерной практике часто воз