0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Характеристики короткого замыкания синхронного двигателя

Холостой ход син­хронного генератора

Рис. 11.19

При холостом ходе обмотка якоря (статора) разомкнута и магнитное поле ма­шины создается только обмоткой возбуждения ротора (рис. 11.19). Форма нако­нечников полюсов ротора выполняется такой, чтобы распределение магнитной ин­дукции в воздушном зазоре было близким к синусоидальному. Если выполнить распределенную обмотку статора с укороченным ша­гом и соединенной ее в звезду, наведенная в каждой фазной обмотке ЭДС будет изменяться по синусоидальному закону. Ее действующее значение

, (11.49)

Рис. 11.20

где – обмоточный коэффициент; – число витков одной фазы обмотки статора; – частота синусоидальных ЭДС; – число пар по­люсов; – максимальный магнитный поток по­люса ротора; – синхронная частота вращения. Согласно (11.49) ЭДС статора при неизменной частоте пропорциональна потоку. Изменяя ток возбуждения, можно регулировать магнитный поток и ЭДС генератора.

Зависимость при называется харак­теристикой холостого хода (рис. 11.20). Она применяется при расчете других характеристик и анализе режимов работы синхронных генераторов и двигателей.

Характеристика короткого замыкания представляет собой зависимость при U = 0 и . При допущении R = 0 из (11.52) следует, что ток короткого замыкания является чисто индуктивным и по модулю равен

. (11.54)

При коротком замыкании реакция якоря является размагничиваю­щий, результирующий магнитный поток мал, магнитная цепь ненасыщена и характеристика короткого замыкания прямолинейна (рис. 11.24).

Следует отметить, что в (11.54) и числитель и знаменатель пропорцио­нальны частоте вращения и поэтому характеристики короткого замыкания не зависят от частоты вращения, за исключением малых скоростей, когда оказывает влияние активное сопротивление обмотки статора.

Внешняя характеристика. Это зависимость напряжения генератора от тока нагрузки при , . Если принять на­чальное напряжение , то вид внешних характеристик будет соответство­вать рис. 11.25. При активно-индуктивной нагрузке (

Рис. 11.24 Рис. 11.25

Регулировочная характеристика представляет собой зависимость (зависимость тока возбуждения генератораIвот тока нагрузки I) при , , . Вид семейства регулировочных характери­стик показан на рис. 11.26, а их физический смысл объясняется действием ре­акции якоря при различном характере нагрузки. Обычно номинальным режи­мом работы генератора является = 0,8 (при индуктивной нагрузке). В этом случае для поддержания при переходе от холостого хода ( ) к номинальной нагрузке ( ) необходимо увеличить ток возбуждения в 1,7. 2,2 раза.

ПРИНЦИП РАБОТЫ И НАЗНАЧЕНИЕ СИНХОРННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Синхронные двигатели получили широкое распространение в промышленности для электроприводов, работающих с постоянной скоростью.

В отличие от синхронного генератора в синхронном двигателе ось полюсов ротора отстает от оси полюсов вращающегося магнитного поля статора на угол и электромагнитный момент определяется по уравнению (11.55):

,

где или .

Уравнения электрического баланса аналогичны режиму генератора. Поэтому генератор и двигатель характеризуются общими закономерностями.

Активная мощность синхронного двигателя зависит от тормозного мо­мента на валу. При этом ЭДС отстает от напряжения на угол . Предель­ным моментом является наибольший электромагнитный момент, за которым синхронный режим нарушается.

Синхронные двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что благодаря возбуждению постоянным током они могут работать с и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе с перевозбуждением даже отдают реактивную мощность в сеть. Реактивная мощность синхронного двигателя регулируется изменением тока возбуждения. При недовозбуждении реактивная мощность имеет индук­тивный характер, при перевозбуждении – емкостный.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося переменного магнитного поля якоря и постоянных магнитных полей полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт), в маломощных — постоянные магниты. Именно конструкция ротора и определяет наиболее существенное отличие синхронных электродвигателей от асинхронных.

Так же как и в генера­торе, на статоре синхронного двигателя помещается трехфазная обмотка, при включении которой в сеть трехфазного переменного тока будет создано вращающееся магнитное поле, число оборотов в минуту которого

На роторе двигателя помещена обмотка возбуждения, включае­мая в сеть источника постоянного тока. Ток возбуждения создает магнитный поток полюсов. Вращающееся магнитное поле, полу­ченное токами обмотки статора, увлекает за собой полюса ротора. При этом ротор может вращаться только с синхронной скоростью, т. е. со скоростью, равной скорости вращения поля статора. Таким образом, скорость синхронного двигателя строго постоянна, если неизменна частота тока питающей сети.

Читать еще:  Электрическая схема двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Достоинством синхронных двигателей является также меньшая, чем у асинхронных, чувствительность к изменению напряжения питающей сети. У синхронных двигателей вращающий момент про­порционален напряжению сети в первой степени, тогда как у асин­хронных— квадрату напряжения.

ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СД

КОНСТРУКЦИИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА И СХЕМЫ ИХ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Снятие — характеристика — короткое замыкание

Снятие характеристики короткого замыкания производится для контроля надежности контактных соединений главных цепей, определения реакции якоря при разных значениях тока и проверки отсутствия самовозбуждения, что может иметь место в схемах с гашением поля. Во время данных испытаний производятся настройка аппаратов защиты и контроля величины тока ( автоматов, максимальных реле, реле токо-ограничения), а также градуировка устройств автоматического бесконтактного управления в функции тока. [1]

Снятие характеристики короткого замыкания асинхронных двигателей производят следующим образом. Затормаживают ротор так, чтобы он оставался неподвижным. К обмотке статора через индукционный регулятор подводят пониженное напряжение, поднимая его до такой величины, при которой ток в фазе обмотки статора достигает номинального значения. [2]

При снятии характеристики короткого замыкания / 0 / ( / в) перемыкаются все три фазы статора, причем желательно во всех фазах иметь амперметры. [3]

При снятии характеристики короткого замыкания / С / ( 7В) замыкаются все три фазы статора, причем желательно во всех фазах иметь амперметры. [4]

При снятии характеристики короткого замыкания величина тока короткого замыкания не должна превышать номинального значения. Обмотку якоря замыкают накоротко через амперметр А. [6]

Для многоскоростных двигателей снятие характеристики короткого замыкания при типовом испытании или измерение тока и потерь короткого замыкания при контрольном испытании должны быть сделаны для всех скоростей вращения. При этом следует иметь в виду, что некоторые схемы двухскоростных обмоток обладают тем свойством, что при изменении числа полюсов, но при сохранении чередования фаз приложенного напряжения, направление вращения изменяется на обратное, вследствие чего затормаживающее приспособление должно быть обоюдосторонним. [7]

Какие приборы нужны для снятия характеристики короткого замыкания . [8]

Если для генератора постоянного тока снятие характеристики короткого замыкания имеет только вспомогательное значение, то для синхронного генератора оно является одним из важнейших основных опытов. [10]

Сколько измерительных приборов нужно иметь для снятия характеристики короткого замыкания генератора . [11]

Указанные способы определения х2 и х0 требуют особенно тщательного снятия характеристик короткого замыкания , так как сравнительно небольшая неточность в определении токов / к, 1к2, 1к3 может дать большую ошибку при определении сопротивлений х2 и х0, поскольку они определяются как разность двух близких между собой величин. [12]

Закоротки устанавливаются перед началом разворота турбины в местах, определяемых требованиями снятия характеристики короткого замыкания и проверки релейных защит. Заблаговременно подготавливается, кроме того, схема всех необходимых измерений для снятия характеристик и других проверок, входящих в общий комплекс пусковых испытаний. [13]

Однако, как и в отношении опыта холостого хода, следует отметить целесообразность снятия характеристики короткого замыкания при контрольных испытаниях двигателей сколько-нибудь значительных мощностей, так как затрата времени на проведение дополнительных трех-четырех отсчетов очень невелика по сравнению с временем, затрачиваемым на установку и подключение двигателя, но зато сильно повышается достоверность опыта. [14]

Замыкания синхронного генератора

Переходные процессы происходят при сбросе — наброске нагрузки, замыкании — размыкании обмоток, коротких замыканиях и т.д. Переходные процессы, особенно аварийные, протекают быстро. Поэтому необходимо применение автоматической аппаратуры для контроля их протекания и защиты оборудования. Наиболее опасными для генератора и прочего оборудования являются процессы внезапного короткого замыкания.

Внезапное трехфазное короткое замыкание на зажимах синхронного генератора, работавшего до этого в режиме холостого хода, протекает при неизменной скорости вращения генератора. С учетом соотношения активного и реактивного сопротивления генератора ток короткого замыкания является чисто реактивным, а реакция якоря – продольно — размагничивающей.

Объяснение процессов, происходящих при внезапном коротком замыкании, основано на понятии о сверхпроводящем контуре и о потокосцеплении сверхпроводящего контура.

Согласно закону Кирхгофа для контура . Для сверхпроводящего контура , т.е. потокосцепление сверхпроводящего контура не меняется и является величиной постоянной

Поясним на примере контура, расположенного в поле постоянного магнита с потокосцеплением ψ0.

Удалим магнит. При попытке изменить потокосцепление витка, в нем возникает ЭДС и ток, который создает свой поток такой величины, что суммарное потокосцепление витка остается неизменным как угодно долго.

Читать еще:  Волга с двигателем крайслер нет холостого хода

Контуры обмоток якоря, возбуждения и успокоительной обмотки обладают очень маленьким активным сопротивлением, поэтому могут рассматриваться как сверхпроводящие. Рассмотрим, как происходит процесс короткого замыкания при различных начальных условиях.

Случай 1. Короткое замыкание происходит в момент, когда потокосцепление обмотки якоря с основным магнитным потоком ψo=0 и ЭДС e=EMAX.

Катушка обмотки якоря АХ по условию является сверхпроводящим контуром. Поэтому ее потокосцепление должно оставаться постоянным равным нулю в течение короткого замыкания. Это возможно при возникновении дополнительного потока реакции якоря , при котором . Этот поток в начале процесса короткого замыкания не может проникнуть в контур ротора поскольку обмотка возбуждения и успокоительная обмотка также являются сверхпроводящими контурами и их потокосцепление тоже должно оставаться неизменным. Это возможно, если в них возникают токи и потоки, которые препятствуют проникновению потока в контуры этих обмоток. Он замыкается по путям рассеяния с большим магнитным сопротивлением. И для его проведения требуется большой ток , который создает потокосцепление . Бросок этого тока достигает своего максимального значения через четверть периода после начала короткого замыкания.

Изменение токов УО и ОВ также объясняется тем, что они являются сверхпроводящими контурами. При появлении потока в УО и ОВ возникают дополнительные токи, компенсирующие действие реакции якоря. Поток не может проникнуть в контуры этих обмоток и вытесняется на пути рассеяния. Процессы в УО и ОВ аналогичны за исключением того, что в токе ОВ есть постоянная составляющая, обусловленная действием постоянного тока от возбудителя. В реальных обмотках УО и ОВ процесс затухает и токи в них оказываются постоянными по направлению, но затухающими по величине. Затухание происходит с постоянными времени . Быстрее затухает процесс в УО и в ее контур проникает поток реакции якоря. Затем затухает индуктированный ток ОВ, и поток проникает в контур ОВ.

В процессе КЗ обмотки статора и ротора связаны электромагнитно и их поля вращаются синхронно. Это возможно благодаря тому, что обмотки ротора создают неподвижные относительно самого ротора поля, а токи являются постоянными по направлению и затухающими во времени, т.е. апериодическими. Затухающий ток УО создает сверхпереходную составляющую ТКЗ статора, которая затухает так же, как и ток УО. Затухающий ток ОВ создает переходную составляющую ТКЗ статора, которая затухает вместе с индуктированным током ОВ.

Случай 2. Короткое замыкание происходит в момент, когда потокосцепление обмотки якоря с основным магнитным потоком ψo= ψomax

В этом случае потокосцепление остается максимальным в течение всего процесса КЗ. Это возможно если возникает поток , равный , сдвинутый относительно него на 180 0 и компенсирующий его, и возникает постоянный поток . Периодический ток создает продольный поток , который в конце переходного процесса замыкается по продольной оси по стали ротора и поэтому ток для его создания невелик. В начале КЗ когда в контурах обмоток возбуждения и успокоительной еще протекают дополнительные токи, и созданные ими потоки препятствуют проникновению потока в контуры этих обмоток поток замыкается по путям рассеяния. Для создания этого потока требуется значительный ток сверхпереходного, а затем переходного процесса. Поэтому периодическая составляющая тока затухает во времени, снижаясь до величины установившегося ТКЗ. Поток создается апериодической составляющей тока статора, которая из-за того, что реальный контур не является сверхпроводящим, затухает во времени с постоянной времени .

Результирующий ТКЗ представляет собой кривую, смещенную относительно оси абсцисс. Через полпериода после начала КЗ происходит всплеск тока. Это ударный ТКЗ.

Полный ток короткого замыкания явнополюсного синхронного генератора с успокоительной обмоткой в наиболее тяжелом случае короткого замыкания

Параметры и постоянные времени

ПараметрСинхронная машина с успокоительной обмоткойСинхронная машина без успокоительной обмотки
о.е0,6-1,40,6-1,4
о.е.0,4-1,00,4-1,0
о.е.0,2-0,50,25-0,6
о.е.0,15-0,3
о.е.0,15-0,35
с0,6-2,51-3
с0,02-0,06
с0,050,1-0,5

Величина ударного ТКЗ не ограничивается стандартами. Но СГ должен выдержать этот ток при КЗ после ХХ с напряжением, равным .

Установившиеся токи однофазного, двухфазного и трехфазного короткого замыкания при замыкании на зажимах генератора

При КЗ на зажимах машины и , что объясняется размагничивающим действием лишь одной фазы при однофазном КЗ и трех фаз — при трехфазном КЗ. При удаленном КЗ наибольшую величину имеет ток трехфазного КЗ.

Читать еще:  Что означает 20v на двигателе

Токи короткого замыкания от электродвигателей

Дополнительно по теме

ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ОТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Увеличение тока в месте к. з. за счет подпитки от синхронных и асинхронных двигателей заметно проявляется в тех случаях, когда мощный двигатель (или группа двигателей) подключен в непосредственной близости к точке повреждения. Такие условия возникают в установках 3-6 кВ собственных нужд тепловых станций или на подстанциях предприятий с двигателями 6-10 кВ.

При внезапном трехфазном к. з. на зажимах двигателя или за малым внешним сопротивлением (например, за кабелем) за счет запасенной электромагнитной энергии двигатель посылает ток к месту повреждения. Этот ток в процессе к. з. у асинхронного двигателя спадает до нуля, а у синхронного — до установившегося значения, определяемого током возбуждения.

Подпитку от двигателей следует учитывать при проверке аппаратов и проводников РУ 3-10 кВ по условиям к. з., а также при расчете релейной защиты оборудования 3-10 кВ. Для указанных целей надо знать сверхпереходный ток двигателя , ударный ток , периодическую и апериодическую составляющие тока в произвольный момент t переходного процесса и в момент отключения к. з. t, т. е. .

Общее выражение для периодической составляющей тока асинхронного двигателя спустя время t после начала к. з. имеет вид

где I» — сверхпереходный ток; I’ — переходный ток; T» и T’ — постоянные времени затухания сверхпереходного и переходного токов соответственно.

Периодический ток синхронного двигателя содержит установившийся ток , поэтому для него выражение периодической составляющей будет иметь вид:

Учет двух составляющих свободного тока с постоянными Т» и T’ делает расчет периодического тока двигателя достаточно громоздким. Значения с приемлемой для практических расчетов точностью можно получить, пользуясь упрощенной формулой, где вместо двух экспонент принята одна экспонента с расчетной постоянной времени (определение см. ниже).

Упрощенное выражение для периодической составляющей тока для асинхронного двигателя имеет вид

для синхронного двигателя

Апериодическую составляющую тока к. з. синхронного или асинхронного двигателя можно представить выражением

где — постоянная времени апериодического тока.

Наибольший апериодический ток будет при начальном значении , равном

Приведенные выражения токов справедливы для единичного двигателя. В случае группы двигателей производят замену группы эквивалентным двигателем (см. ниже) и определяют все расчетные токи () от группы двигателей как токи от единичного эквивалентного двигателя.

Сверхпереходный ток двигателя

Сверхпереходный ток — это действующее значение периодической составляющей тока в начальный момент к. з. Подставив t=0 в общее выражение тока найдем:

Ток I» определяют как:

где Е» — сверхпереходная э. д. с. двигателя; х» — сверхпереходное индуктивное сопротивление.

Значение Е» зависит от параметров двигателя и его загрузки до к. з.; его можно найти приближенно по соотношению

где — напряжение, ток и фазовый угол двигателя в нагрузочном режиме.

Знак «-» соответствует асинхронному двигателю и недовозбужденному синхронному, знак «+»- перевозбужденному синхронному двигателю. При отсутствии исходных данных можно принимать Е»=0,9 для асинхронного двигателя и Е» = 1,1 для синхронного.

Сверхпереходное индуктивное сопротивление х» для асинхронного двигателя в каталоге обычно не приводится, поэтому сверхпереходный ток его определяют по кратности пускового тока :

Для синхронного двигателя и асинхронного двигателя типа ВДД следует принимать

Ударный ток двигателя

Общее выражение ударного тока для двигателя то же, что и для генератора (см. раздел):

Так как постоянные времени затухания периодической и апериодической составляющих тока у двигателя близки друг к другу, то при определении следует учитывать затухание обеих составляющих, т. е.

где — действующее значение периодического тока при t=0,01 с, — апериодический ток при t=0,01 с.

Используя приведенную выше упрощенную формулу для тока , получим следующее выражение для ударного коэффициента:

Средние значения и для разных серий асинхронных двигателей даны в табл. 38-8.

Ударный коэффициент можно приближенно определить по рис. 38-41, где дана зависимость от номинальной мощности асинхронного двигателя.

Для синхронных двигателей ударный коэффициент обычно лежит в пределах 1,75-1,9, причем верхнее значение относится к наиболее мощным двигателям (по 10-12 МВт в единице).

Таблица 38-8 Средние значения постоянных времени для серий асинхронных двигателей

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector