Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
?оток, э. д. с. генератора и амплитуда периодической составляющей тока короткого замыкания. Наибольшее значение этой амплитуды
.(1.53)
где xdпродольное переходное индуктивное сопротивление обмотки якоря.
Поскольку амплитуда тока постепенно затухает, приближаясь к установившемуся значению тока короткого замыкания Iкm, периодическая составляющая тока короткого замыкания может быть представлена в виде
,(1.54)
так как индуктивное сопротивление синхронной машины значительно больше активного и ?к ? arctg (хк/rк) ? ?/2.
Переходная постоянная времени Td обусловлена не только параметрами обмотки якоря, но и главным образом параметрами обмотки возбуждения и составляет 0,4 3,0с.
Обычно величина продольного переходного индуктивного сопротивления в относительных единицах xd* = 0,2 0,5.
Еще большей бывает амплитуда тока короткого замыкания, если машина имеет успокоительную (демпферную) обмотку, в которой также возникает переходный ток, замедляющий уменьшение результирующего потока. При наличии успокоительной обмотки
,(1.55)
где x"dсверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси. Обычно x"d* = 0,12 0,35.
Затухание тока якоря, соответствующее затуханию переходного тока в демпферной обмотке, определяется сверхпереходной постоянной времени T"d = 0,03-=-0,15 с, которая зависит в основном от параметров демпферной (успокоительной) обмотки.
С учетом сказанного периодическая составляющая тока короткого замыкания принимает вид
.(1.56)
Поскольку э. д. с. в фазах обмотки статора сдвинуты по времени, начальный угол ?0 для них различен, а следовательно, различны и токи фаз в переходном процессе.
Апериодические составляющие тока якоря создают неподвижное в пространстве магнитное поле, которое пересекает вращающийся ротор. Вследствие этого в обмотках ротора возникают периодические э. д. с. и токи. Так как по продольной и поперечной осям ротор несимметричен (из-за разных величин воздушного зазора в явнополюсных машинах; из-за того, что по продольной оси имеется обмотка возбуждения, а успокоительные обмотки по этим осям могут также иметь различие), то в апериодическом токе якоря iка появляется переменная составляющая двойной частоты. При этом
,(1.57)
где x"q поперечное сверхпереходное индуктивное сопротивление обмотки якоря; Та = (х"d + х"q)/(?rа) постоянная времени апериодического тока якоря.
При наличии успокоительной обмотки x"q обычно мало отличается от x"d и тогда
.(1.58)
Полный ток короткого замыкания
.(1.59)
Значение тока короткого замыкания будет максимальным в той фазе, где ?0 = 0, примерно через полупериод после начала короткого замыкания (см. рис.1.58). Эту величину называют ударным током. Если в формуле (1.59) пренебречь затуханием тока, то
.
Поскольку постоянные времени T"d, Td и Та малы, некоторое затухание все же происходит.
По ГОСТу значение ударного тока определяется по формуле
,
где коэффициентами 1,8 и 1,05 учитывается соответственно затухание и возможность работы при повышенном напряжении.
Величина ударного тока не должна превышать амплитуду номинального тока якоря более чем в 15 раз. Так как значения x"d и xd сравнительно малы, то для ограничения величины ударного тока в цепь якоря иногда приходится ставить специальный реактор.
При коротком замыкании синхронного генератора возникает также знакопеременный момент на валу ротора, который образуется в результате взаимодействия неизменного по направлению магнитного поля, создаваемого апериодической составляющей тока якоря, с м.д. с. возбуждения. В наиболее неблагоприятных случаях мгновенные значения этого момента достигают 10-кратной величины по сравнению с номинальным значением, что необходимо учитывать при механических расчетах деталей машины и ее крепления к фундаменту.
Гашение магнитного поля. При коротких замыканиях во внешней цепи срабатывает релейная защита, которая отключает синхронный генератор от присоединенной к нему нагрузки или от сети. Однако при внутренних коротких замыканиях в генераторе отключение его от внешней цепи не ликвидирует режим короткого замыкания, так как в обмотке якоря индуктируется э.д.с. и по ней продолжает протекать большой ток. Для устранения режима короткого замыкания в этом случае требуется резко уменьшить магнитный поток машины, для чего следует прекратить протекание тока по ее обмотке возбуждения. Операции, необходимые для прекращения протекания тока по обмотке возбуждения синхронной машины при аварийных режимах, называют гашением магнитного поля.
Рис.1.59 Схемы возбуждения синхронных генераторов с устройствами гашения поля:
а с гасящим резистором; б с автоматом гашения поля и дугогасительной решеткой:
1-регулировочный реостат, 2 обмотка возбуждения возбудителя,
3-якорь возбудителя, 4, 5, 10 контакты автомата гашения поля,
6 гасящий резистор, 7-обмотка возбуждения генератора,
8 якорь генератора, 9~~выключатель в цепи якоря,
11 дугогасительная решетка автомата гашения поля
Гашение магнитного поля в принципе возм