Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
не замыкать накоротко л не приводить во вращение.
Несимметричные установившиеся короткие замыкания. Простейшим примером несимметричной нагрузки является однофазное короткое замыкание. Этот режим помимо методического имеет и большое практическое значение, так как его результаты можно использовать при определении токов аварийного короткого замыкания.
При однофазном коротком замыкании (рис.1.62, а)
; и .
Из условия (2108) получим для этого режима
.(1.63)
Следовательно, в данном случае во всех трех фазах возникают токи прямой, обратной и нулевой последовательностей, хотя и имеют место условия IВ1 + IВ2 + IВ0 = IВ = 0 и IС1 + IС2 + IСо =IС = 0.
Вращающийся магнитный поток возбуждения индуктирует во всех фазах э.д.с. только прямой последовательности E1 = E0. Пренебрегая активными сопротивлениями, для фазы А X можно написать
(1.64)
или с учетом (1.63)
EA = jiA(xnp + x2 + x0)/3,(1.65)
откуда установившийся ток однофазного короткого замыкания
.(1.66)
Рис.1.62 Схема однофазного короткого замыкания (а) и векторная диаграмма токов и напряжений при этом режиме (б)
Сравнивая (1.66) с величиной установившегося тока трехфазного короткого замыкания Iкз = Е0/хсн, получаем, что Iк1 > Iкз, так как xпр = xсн; х2 < хсн и х0 < хсн. Величину напряжений для фаз ВY и СZ определим из уравнений:
UB = EBjIBlxnvjiBix2jIB0x0;(1.67)
Uc = EcjiclxnvjiC2x2jiC0x0. (1.68)
На рис.1.62, б показана векторная диаграмма, построенная по (1.64), (1.67) и (1.68) для всех трех фаз. Построение начинается с вектора EА и отстающего от него по фазе на 90 вектора IА. Векторы IA1, IA2 и IА0 совпадают с вектором IA по фазе и составляют ? от него по величине. Остальные векторы симметричных составляющих соответственно ориентируются по току в фазе А X. Дальнейшие построения производятся обычным порядком с учетом того, что векторы фазных э. д. с. сдвинуты относительно друг друга на 120.
Двухфазное короткое замыкание, например, фаз А X и ВY (рис.1.63, а) характеризуется следующими соотношениями: IС = 0; AB = 0; A=B в силу симметрии схемы и IА = IВ, так как при положительном направлении тока в фазе А X (например, от конца фазы к началу), в фазе ВY ток будет иметь отрицательное направление. Токи нулевой последовательности в данном режиме равны нулю, так как
.(1.69)
Рис.1.63 Схема двухфазного короткого замыкания (а) и векторные диаграммы токов и напряжений при этом режиме (б, в)
Так как в фазе СZ сумма токов прямой и обратной последовательностей равна нулю
.(1.70)
и для нее IС1 = IС2, то, очевидно, во всех фазах токи прямой и обратной последовательностей будут равны по модулю (рис.1.63, б). Для определения установившегося тока двухфазного короткого замыкания Iк2 будем исходить из фазных напряжений:
(1.71)
При этом линейное напряжение
Из векторной диаграммы (рис.1.63, б) следует, что
.(1.72)
Откуда
.(1.73)
Следовательно,
.(1.74)
Так как IАIВ = 2IА = (IА1IВ1) +(IА2IВ2) = 2IАВ1 получаем
.(1.75)
Векторная диаграмма напряжений при двухфазном коротком замыкании изображена на рис.1.63, в.
Внезапное (аварийное) короткое замыкание. При одно- и двухфазном внезапных коротких замыканиях ток короткого замыкания больше, чем при трехфазном аварийном коротком замыкании, в соответствии с тем, что при установившемся режиме ток при двух- и однофазном коротких замыканиях больше, чем при трехфазном. В случае аварийных несимметричных коротких замыканий возникают, так же как при трехфазном коротком замыкании, апериодическая и периодическая составляющие тока. Начальное действующее значение периодической составляющей тока Iуст.макс можно определять по формулам (1.66) или (1.75), подставляя вместо хпр величину х"d или xd. При этом индуктивные сопротивления х2 и х0 остаются практически одинаковыми как для установившихся, так и для переходных режимов. В остальном определение тока короткого замыкания при несимметричных режимах производится так же, как и при трехфазном коротком замыкании.
1.20 Синхронные машины с постоянными магнитами
Машины с постоянными магнитами позволяют уменьшить потери в машине, а также (при полюсах, расположенных на роторе) избавиться от подвода тока через контактные кольца к обмотке возбуждения. Недостатком постоянных магнитов с высокой коэрцитивной силой является их чрезвычайно высокая стоимость. Однако в настоящее время появились первые образцы электрических машин с дешевыми ферритно-бариевыми магнитами. Типичная кривая намагничивания ферритно-бариевого магнита изображена на рис.1.64. Остаточная индукция такого магнита Вг ? 0,35 Т, коэрцитивная сила Hс ? 250 кА/м. Но чтобы