www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе 

Динамо-машины  Нагревание и охлаждение 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 [ 72 ] 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92

замкнутой обмотки ротора выполняют контуры вихревых токов и контуры, образованные металлическими клиньями в пазах ротора.

На практике получили распространение лишь реактивные двигатели. В таких двигателях явнополюсный ротор не имеет обмотки возбуждения, причем он выполняется таким образом, что -~3. В это.м случае соглас-но (4-85)

(4-88)

Очевидно, что cos ф реактивных двигателей невысок, и это является одним из основных их недостатков.

Реактивные двигатели небольшой мощности (от нескольких ватт до нескольких сотен ватт) в последние годы получили большое распространение (схемы сигнализации, телемеханики, синхронной связи, звуковое кино, часы и пр.). Ценность их заключается в том, что они при сравнительно простой конструкции требуют для питания только переменный ток и вращаются при этом со скоростью, строго соответствующей частоте питающего тока.

Наряду с трехфазными применяются также однофазные реактивные двигатели. Пуск в ход тех и других производится так же, как соответствующих асинхронных короткозамкнутых двигателей. Поэтому роторы их снабжаются пусковой клеткой.

4-11. Внезапное короткое замыкание синхронной машины

В синхронной машине, так же как и в любой другой электрической ма-цшне, при переходе от одного установившегося режима работы к другому возникает ряд явлений, изучение которых имеет важное значение, так как на практике с ними часто приходится иметь дело. Эти явления переходного процесса возникают вследствие изменения энергии магнитных полей машины, а также вследствие изменения кинетической энергии ее вращающихся частей.

Изменение кинетической энергии вызывается нарушением равновесия ьращающих моментов, действующих на ротор машины. Возникающие при

этом переходные процессы, если машина работает параллельно с другими синхронными машинами, характеризуются колебаниями скорости около синхронной. Эти колебания ( laquo;качания raquo;) синхронной машины будут рассмотрены в следующем sect; 4-12.

Мы здесь рассмотрим главным образом переходные процессы, которые обусловлены изменением энергии магнитных полей. Они возникают при всяком нарушении режима работы синхронной машины и особенно резко проявляются при внезапном коротком! замыкании обмотки статора. В этом случае в обмотках статора и ротора возникают очень большие токи, во много раз превышающие их номинальные значения. Такие токи опасны пе только для самой машины, но и для аппаратуры и других элементов распределительных устройств электрических станций и подстанций, с которы-.ми она связана. В машине они создают значительные механические силы, особенно опасные для лобовых частей обмоток статора. Кроме того, создаются большие вращающие моменты, действующие на ротор и статор, которые также необходимо иметь в виду при конструировании машины.

Точное исследование процессов, возникающих в синхронной машине при ее внезапном коротком замыкании, весьма сложно . Поэтому приходится ограничиваться приближенным исследованием, основанным на ряде допущений.

Мы здесь рассмотрим эти процессы только с физической стороны и напишем некоторые соотношения, характеризующие их.

Рассмотрим сначала трехфазное короткое замыкание и примем, что скорость вращения при этом остается неизменной. Будем считать, что активные сопротивления всех контуров машины равны нулю. Тогда согласно закону Ленца, который в этом случае называют laquo;законом постоянства потокосцеплений raquo;, потокосцепления контуров, должны остаться неизменными.

Пусть короткое замыкание произошло при холостом ходе машины, ко-

1 См., например, А. И. Важиов, Основы теории переходных процессов синхронной машины, Госэнергоиздат, 1960.



гда ось рассматриваемой фазы статора совпадала с осью полюсов, когда, следовательно, ее потокосцепление было наибольшим. При повороте ротора поток полюсов, сцепляющийся с этой фазой, будет уменьшаться и сделается равным нулю, когда ротор повернется на 90 эл. град. В фазе возникнет ток, стремящийся поддержать прежнее значение потокосцепления. При дальнейшем повороте ротора на 9С эл. град ток в фазе статора еще больше увеличивается, так как он должен не только создать прежнее потокосцепление, но и противодействовать н. с. обмотки возбуждения. Когда ротор снова повернется на 180 эл. град, т. е. займет исходное положение, то ток фазы будет равен нулю.

Мы можем считать, что ток в фазе будет иметь две составляющие: периодическую и апериодическую. Периодические токи фаз статора создадут вращающуюся н. с, неподвижную относительно полюсов. Ее ось совпадает с осью полюсов, так как эти токи можно рассматривать как чисто реактивные. Апериодические токи фаз статора создают поле, неподвижное относительно статора (неподвижное в пространстве).

Можно провести аналогию с трансформатором и принять при этом, что короткое замыкание обмотки статора аналогично включению короткозамкнутого трансформатора на синусоидальное напряжение (э. д. с. обмотки статора соо{гветствует напряжению, приложенному к трансформатору).

Наибольшее значение тока в фазе статора получается по аналогии с трансформатором в том случае, если наведенная в ней э. д. с. в момент короткого замыкания была равна нулю. Оно получается, спустя полпериода после короткого замыкания, и принимается равным:

i =.1.8

1/2.1,056

(4-89)

Это наибольшее возможное значение трка при трехфазном коротком замыкании называется ударным током

короткого замыкания. В (4-89) взят коэффициент 1,8 вместо 2, чтобы учесть затухание апериодической составляющей тока короткого замыкания. Принимается, что короткое замыкание произошло при

вд - У 2 Ед sin ю/ = = l,05/2f/ sin а) lt; = 0.

Индуктивные сопротивления по продольной оси х и х называются соответственно переходным и сверхпереходным. Первое из них х нужно брать для машин, не имеющих успокоительной обмотки на роторе (соответствует индуктивному сопротивлению короткого замыкания двухобмоточного трансформатора), второе х - для машин с успокоительной обмоткой на роторе (соответствует индуктивному сопротивлению трехобмоточного трансформатора при замкнутых накоротко обеих вторичных обмотках). Обычные значения для переходного и сверхпереходного индуктивных сопротивлений по продольной оси: л:* = = 0,15--0,4; л:;,* =0,11--0,20.

Токи в обмотках машины при неустановившемся процессе короткого замыкания затухают, чему соответствует уменьшение энергии магнитных полей, сцепляющихся с обмотками, так как в действительности активные сопротивления обмоток не равны нулю. На рис. 4-88 приведены осциллограммы токов обмоток при трехфазном коротком замыкании. Мы видим, что вначале ток статора быстро затухает в соответствии главным образом с затуханием апериодической составляющей тока в успокоительной обмотке. Этот процесс быстрого затухания тока принято называть сверхпереходным. Далее мы имеем переходный процесс до установившегося режима короткого замыкания. Здесь амплитуда переходного тока затухает в соответствии (в основном) с затуханием апериодической составляющей тока в обмотке возбуждения. Апериодическая .составляющая тока статора затухает довольно быстро; в соответствии с ней затухают переменные токи в успокоительной обмотке и в обмотке возбуждения.

Ударный ток короткого замьп lt;ания создает очень большие электромагнит-




Рис. 4-88. Осцнл.110граммы тскоэ прн трехфчзном коротком замыкании.

а - тока фач!л статора i, (при е - О а момент замыкания; б - тока в обмотке возбуждения ig; в -тока в успокоительмо!! обчогке i у.

ные (механические) силы, действующие на лобовые части обмотки статора; поэтому они должны быть надежно укреплены. Особенно это важно для больших машин с малым числом полюсов (турбогенераторы), имеющих относительно длинные лобовые части. Они здесь укрепляются при помощи бандажных колец К, охватывающих лобовые части и укрепленных в свою очередь при помощи кронштейна В ( laquo;рис. 4-89). Каждая катушка обмоткн привязывается прочным шнуром к бан-


Рис. 4-89. Крепления лобовых частей статорной обмотки турбогенератора.

дажным кольцам и, кроме того, между катушечными сторонами укрепляются дистанционные прокладки из изоляционного материала, чтобы предотвратить тангенциальные смещения катушечных сторон, особенно в местах их выхода из пазов.

Как отмечалось, создаются также очень большие моменты, действующие на статор и ротор. Их мгновенные значения особенно велики при двухфазном коротком замыкании. В этом случае они достигают примерно 10-кратного значения по сравнению с номинальным моментом. На такие моменты должны быть рассчитаны, например, болты, укрепляющие машину на фундаменте. Что касается вала и муфты, соединяющей синхронную машину с первичным двигателем, или с возбудителем, или с каким-либо рабочим механизмом, то момент Мв, действующий на них, будет зависетьот соотношения между маховым моментом {GD)c ротора синхронной машины и внешним маховым моментом {GD)bb

(GD\

HGD\+(GD%



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 [ 72 ] 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92