Синхронной машине и параметры прямой, обратной и пулевой последовательности

Действие симметричных составляющих токов в

Синхронных генераторов

Несимметричные режимы работы

Предварительные замечания. На практике встречаются случаи, когда мощные однофазные потребители нарушают симметричную нагрузку фаз синхронных генераторов (тяговые подстанции железных дорог, электрифицируемых на переменном токе, и т. д.). Еще более часто, хотя и кратковременно, несимметричная нагрузка фаз генераторов возникает при несимметричных коротких замыканиях в электрических сетях: при однофазном коротком замыкании – между линейным и нулевым проводами, при двухфазном коротком замыкании – между двумя линейными проводами и при двухфазном коротком замыкании на нейтраль – между двумя линейными и нулевым проводами. Роль пулевого провода в сетях высокого напряжения играет земля, так как пулевые точки в таких сетях обычно заземляются.

Хотя несимметричные короткие замыкания существуют кратко- временно, так как поврежденные участки сетей отключаются релейной защитой, они оказывают сильное влияние на работу генераторов и сети в целом. При внезапных несимметричных коротких замыканиях возникают также переходные процессы, однако ниже для выявления главных особенностей явлений рассматриваются прежде всего установившиеся несимметричные режимы работы.

Общим методом исследования несимметричных режимов является метод симметричных составляющих, при котором несимметричная система токов раскладывается на симметричные составляющие и действие последних учитывается по отдельности. В данном параграфе рассмотрим действие токов разных последовательностей в трехфазной синхронной машине.

Токи и сопротивления прямой последовательности. При симметричной нагрузке синхронного генератора существуют только токи прямой последовательности.

Наиболее существенной особенностью нормального режима работы синхронной машины с токами прямой последовательности является то, что ротор машины вращается синхронно с полем токов прямой последовательности или полем реакции якоря и поэтому это поле не индуктирует в цепях индуктора никаких токов. По этой причине сопротивления и велики.

Составляющими этого сопротивления являются индуктивное сопротивление рассеяния и индуктивное сопротивление от основной гармоники поля в воздушном зазоре (для синхронной машины и ).

Токи и сопротивления обратной последовательности. Представим себе, что обмотка якоря (статор) синхронной машины питается напряжением обратной последовательности

Возникающие при этом токи обратной последовательности создают магнитное поле обратной последовательности, которое вращается по отношению к статору с синхронной скоростью в обратном направлении, а по отношению к ротору, вращающемуся с синхронной скоростью в прямом направлении, – с удвоенной синхронной скоростью. Поэтому относительно этого поля скольжение ротора и в обмотках возбуждения, успокоительной и в массивных частях ротора индуцируются вторичные токи двойной частоты, которые вызывают соответствующие потери и нагрев ротора.

Токи статора содержат составляющую основной частоты и токи тройной частоты, влиянием которых можно пренебречь. Ток основной частоты представляет собой ток обратной последовательности .

Сопротивление обратной последовательности синхронной машины равно отношению основных гармоник напряжения и тока

.

Обычно значительно меньше и .

Если последовательно с обмоткой статора включены значительные индуктивные сопротивления (например, сопротивления трансформаторов и линий передачи), то токи обратной последовательности синусоидальны, а напряжения обмотки статора несинусоидальны. В этом случае при наличии успокоительных обмоток и контуров

,

а при их отсутствии

.

Если машина имеет успокоительные обмотки и контуры, то можно принять

.

При этом высшие гармоники тока и напряжения отсутствуют.

Вследствие экранирующего влияния вторичных токов сопротивление значительно меньше и . Сопротивления и можно определить по измеренным значениям и потребляемой активной мощности , если подключить синхронную машину к источнику с симметричной системой напряжений и вращать ротор против поля с синхронной скоростью. Во избежание перегрева ротора необходимо, чтобы . Если машина не имеет успокоительных обмоток и контуров, то для получения более правильных результатов надо из осциллограмм выделить основные гармоники тока и напряжения.

Токи и сопротивления нулевой последовательности. Токи нулевой последовательности обмотки статора создают в воздушном зазоре только пульсирующие поля гармоник = = 3, 9, 15..., а основная гармоника поля будет отсутствовать. Эти гармоники поля индуктируют в обмотках возбуждения и успокоительной токи, величины которых относительно невелики.

Сопротивление нулевой последовательности

.

Индуктивное сопротивление нулевой последовательности ввиду отсутствия поля основной гармоники относительно невелико и определяется полями пазового и лобового рассеяния обмотки статора и указанными выше гармониками поля в зазоре. Активное сопротивление нулевой последовательности в результате потерь, вызываемых гармониками поля в роторе, несколько больше активного сопротивления обмотки статора , но разность – невелика и . Вращающий момент, создаваемый токами , практически равен нулю.

Сопротивления и можно определить опытным путем, если при вращении машины с синхронной скоростью питать последовательно включенные фазы обмотки статора током . Указанные сопротивления при этом определяются точно так же, как и у трансформатора.

Дата добавления: 2014-11-29