Векторные диаграммы СД

Схема замещ синхрон генератора.

В нагруженном синхронном генераторе существуют три магнитных потока: Ф0 - основной поток ротора, Фя - поток статора и Фs— поток рассеяния статора. Эти магнитные потоки индуцируют в катушке фазы соответственно три ЭДС: Е0 - от магнитного потока ротора, Ея - от потока статора и Es — от магнитного потока рассеяния. Следует отметить, что ЭДС Ея и Es пропорциональны вызвавшему их току фазы статора I. Поэтому указанные ЭДС могут быть выражены в комплексной форме через фазный ток I и индуктивные сопротивления фазы: Eя = -jXя·I

Es = -jXs·I

где Xя, Xs- соответственно индуктивное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора.

Таким образом, уравнение, составленное по второму закону Кирхгофа для фазной катушки статора, будет иметь следующий вид:

E0 + Eя + Es = U + I·Rф или

E0 - jXяI - jXsI = U + I·Rф или

U = E0 - j(Xя + Xs)·I - I·Rф

где U - фазное напряжение статора;

Rф - активное сопротивление фазы статора.

Сумму реактивных сопротивлений фазы называют реактивным синхронным сопротивлением и обозначают Хсин = Xя + Xs. Обычно для фазы обмотки статора Rф<<Xсин, поэтому падением напряжения на активном сопротивлении фазы можно пренебречь. Тогда уравнение для фазы статора будет выглядеть так:

U = E0 - jXсинI

Схема замещения фазы генератора, отвечающая уравнению, изображена на рисунке:

52. Электромагн момент и углова характ СД. Активная мощность синхронной машины Р зависит от угла нагрузки θ между векторами эдс Е и напряжения U. Зависимость Р = f(θ) при Е = const и U = const называется угловой характеристикой активной мощности синхронной машины. Получим математическое выражение для угловой характеристики мощности. Для этого будем использовать векторную диаграмму синхронного генератора, при Ra = 0, так как это сопротивление мало влияет на вид угловой характеристики.

Равенство является математическим выражением угловой характеристики мощности, согласно которому P = f(Ef, UC, θ, Xd, Xq). Электромагнитный момент M = P/ω пропорционален мощности P, и поэтому зависимость M = f(Ef, UC, θ, Xd, Xq) имеет подобный вид:

53. Включ СД на парал работу с сетью. На каждой электрической станции обычно бывает установлено несколько генераторов, которые включаются на параллельную работу в общую сеть. В современных энергосистемах на общую сеть, кроме того, работает целый ряд электростанций, и поэтому параллельно на общую сеть работает большое число синхронных генераторов. Благодаря этому достигается большая надежность энергоснабжения потребителей, снижение мощности аварийного и ремонтного резерва, возможность маневрирования энергоресурсами сезонного характера и другие выгоды.

Все параллельно работающие генераторы должны отдавать в сеть ток одинаковой частоты. Поэтому они должны вращаться строго в такт или, как говорят, синхронно, т. е. их скорости вращения пх, п2, пз--- должны быть в точности обратно пропорциональны числам пар полюсов:

В частности, скорости вращения генераторов с одинаковыми числами полюсов должны быть в точности одинаковыми. При включении генераторов на параллельную работу с другими генераторами необходимо избегать чрезмерно большого толчка тока и возникновения ударных электромагнитных моментов и сил, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу электрической сети или энергосистемы. Поэтому необходимо отрегулировать надлежащим образом режим работы генератора на холостом ходу перед его включением на параллельную работу и в надлежащий момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операций называется синхронизацией генератора. Идеальные условия для включения генератора на параллельную работу достигаются при соблюдении следующих требований:

1) напряжение включаемого генератора Ur должно быть равно напряжению сети £/с или уже работающего генератора;

2) частота генератора fг должна равняться частоте сети fс;

3) чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково;

4) напряжения Ur и Uz должны быть в фазе.

При указанных условиях векторы напряжений генератора и сети совпадают и вращаются с одинаковой скоростью, разности напряжений между контактами выключателя при включении генератора равны:

tf_rc-tf_cc = 0 и поэтому при включении не возникает никакого толчка тока. Равенство напряжений достигается путем регулирования тока возбуждения генератора и контролируется с помощью вольтметра. Изменение частоты и фазы напряжения генератора достигается изменением скорости вращения генератора. Правильность чередования фаз необходимо проверять только при первом включении генератора после монтажа или сборки схемы. Совпадение напряжений по фазе контролируется с помощью ламп, нулевых вольтметров или специальных синхроноскопов, а в автоматических синхронизаторах — с помощью специальных измерительных элементов.

Неправильная синхронизация может вызвать серьезную аварию.

54. Способы пуска СД. Пуск синхронных двигателей может быть осуществлен при помощи вспомогательного пускового двигателя или путем асинхронного пуска.

Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Если ротор синхронного двигателя с возбужденными полюсами развернуть другим, вспомогательным двигателем до скорости вращения поля статора, то магнитные полюсы статора, взаимодействуя с полюсами ротора, заставят ротор вращаться далее самостоятельно без посторонней помощи, в такт с полем статора, т. е. синхронно (откуда эти двигатели и получили свое название).

Асинхронный пуск синхронного двигателя. Для осуществления этого способа пуска в полюсных наконечниках полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка. Так как во время пуска в обмотке возбуждения двигателя наводится большая э. д. с, то по соображениям безопасности она замыкается рубильником на сопротивление.

При включении напряжения трехфазной сети в обмотку статора синхронного двигателя возникает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая короткозамкнутую (пусковую) обмотку, заложенную в полюсных наконечниках ротора, индуктирует в ней токи.

Эти токи, взаимодействуя с вращающимся полем статора, приведут ротор во вращение. При достижении ротором наибольшего числа оборотов (95—97% синхронной скорости) рубильник переключают так, чтобы обмотку ротора включить в сеть постоянного напряжения.

Недостатком асинхронного пуска является большой пусковой ток (в 5—7 раз больший рабочего тока). Для уменьшения пускового тока применяют пуск при пониженном напряжении с помощью реактора или автотрансформатора.

В настоящее время применяют почти исключительно асинхронный пуск синхронных двигателей ввиду его простоты и надежности.

Диаграмму можно построить в следующем порядке. В некотором масштабе откладываем вектор напряжения U и под углом φ к нему — вектор тока I. Так как двигатель работает под нагрузкой, то потребляемая им мощность Рφ будет положительной, если угол φ лежит в пределах — π/2 < φ < π/2 Как будет показано далее, значение угла φ при данной нагрузке двигателя зависит от значения ЭДС Е0. Поскольку падение напряжения jIxc должно опережать по фазе ток I на 90°, из конца вектора напряжения U следует опустить перпендикуляр АБ на вектор тока I. На линии АБ должны быть расположены вектор падения напряжения jIxc и конец вектора ЭДС Е0. В соответствии с уравнением (11.11) сумма векторов ЭДС Е0 и падения напряжения jIxc должна быть равна вектору напряжения U.

Как и в случае синхронного генератора, магнитные потоки двигателя Ф0, Фя1 и Ф пропорциональны ЭДС Е0, Ея1 и Е = U Однако в отличие от генератора вектор результирующего магнитного потока двигателя должен определяться соотношением Ф = Ф0 - Фя1.

U = Е = Е0 + jIxc = Е0 - Ея1.

Дата добавления: 2015-05-06