Меню

Энергетические машины и установки конспект лекций

Электротехника. Конспект лекций. Энергетические машины и установки

Главная > Конспект >Промышленность, производство

Из последнего уравнения следует, что непременным условием осуществления в машине электромеханического преобразования является изменение индуктивностей или взаимных индуктивностей обмоток при повороте ротора.

Машина может выполнять свои функции, если производная хотя бы одного параметра по углу поворота ротора не равна нулю, , так как только в этом случае и

Теория электромеханического преобразования энергии применима для любого электромеханического преобразователя.

Уравнение электрических машин записываются на основе теории электрических цепей исходя из того, что преобразование энергии происходит в воздушном зазоре и магнитное поле известно. Математической моделью для бесконечного спектра полей и любого числа контуров на роторе и статоре является модель обобщенного электромеханического преобразователя – электрической машины с m и n обмотками на статоре и роторе.

Уравнения обобщенного электромеханического преобразователя дают возможность получить математическую модель для решения широкого класса задач, встречающихся в современном электромашиностроении. Это позволяет описать математическую теорию электрических машин.

1-2. Электромеханическое преобразование в машинах постоянного и переменного тока.

Ниже покажем непосредственное преобразование энергии в машинах постоянного и переменного тока, а также в трансформаторах, рис. 1.

а) Машины постоянного тока

Генераторы на рисунке представлено объяснение принципа действие. Если силой F перемешать проводник то в нем ( по правилу правой руки) наведется ЭДС.

=В lv , где B –индукция, l – длина проводника, V – скорость движения проводника. ЭДС направлена в проводнике от нас.

Если теперь концы проводника замкнуть, то по нему пойдет ток, имеющий такое же направление, как и ЭДС. В результате взаимодействие тока i в проводнике и магнитного поля возникнет электромагнитная сила ( правило левой руки) , где i – ток в проводнике. При равномерном движении проводника , если обе части умножить на V , то получим , отсюда видно, что механическая мощность FV в нашем элементарном генераторе преобразуется в электрическую мощность. Мощность, отдаваемая во внешнюю цепь, может быть найдена из уравнения напряжений.

, умножив уравнение на i, получим , где Ui – электрическая мощность, отдаваемая проводником во внешнюю цепь (она является частью полной электрической мощности , полученной в результате преобразования механической мощности). I 2 R – электрические потери в проводнике.

Та же элементарная машина, может работать двигателем, т.е. преобразовывать электрическую энергию в механическую. Подведем к проводнику напряжение U так, чтобы ток i в проводнике имел указанное на рисунке направление. При этом возникнет электромагнитная сила, которая согласно правилу левой руки заставит проводник передвигаться влево. В проводнике появится ЭДС (правило правой руки), направленная против тока i и против напряжения U. Следовательно, напряжение U уравновешивается ЭДС и падением напряжение lR. , умножив уравнение на ток i , получим , где i 2 R – электрические потери в проводнике, ei – та часть подведенной электрической мощности Ui , которая преобразуется в механическую мощность т.к. учитывая , , получим .

Приведенные соотношения показывают, что электрическая машина обратима, т.е. может работать и генератором и двигателем.

Процесс преобразования энергии в трансформаторе происходит за счет электромагнитной индукции.

В результате изменения потока в обмотках наводятся ЭДС.

, где , вторичная обмотка. Обмотка с ЭДС может быть использована как источник переменного тока той же частоты, но другого напряжения . Пренебрегая потерями на перемагничивание, рассмотрим баланс мгновенных мощностей в трансформаторе. Запишем уравнение ЭДС для первичной обмотки

, умножив уравнение на ток i 1 , получим .

Часть этой мощности i 2 1 R выделяется в виде тепла в обмотке 1, другая часть передается посредством электромагнитного поля в обмотку 2. Мощность , поступающая в обмотку 2 частично выделяется в ней в виде тепла ( l 2 2 R 2 ), а оставшаяся ее часть передается нагрузке ( U 2 l 2 ).

в) Электромеханическое преобразование энергии в электрической машине переменного тока.

Электромагнитная схема простейшей электрической машины состоит из двух основных элементов: неподвижного статора и вращающегося ротора, сердечников статора и ротора.

Для усиления магнитной связи между обмотками магнитопровод статора и ротора набираются из пластин электротехнической стали, обладающей высокой магнитной проницаемостью.

Электромеханическое преобразование энергии в машине связано с ЭДС, которые индуктируются в обмотках вследствие изменения их взаимного расположения в пространстве.

Взаимная индуктивность зависит от угла поворота ротора. При вращении ротора с угловой скоростью угол поворота линейно увеличивается и в результате его изменения в обмотке ротора индуктируется ЭДС

Рассмотрим преобразование энергии в генераторном режиме электрической машины. Уравнение равновесного состояния ЭДС , умножив уравнение на ток i 1 , получим электрическую мощность , часть этой мощности l 2 1 R 1 выделится в виде тепла, оставшаяся часть будет отдана нагрузке, напряжение U 1 =R H l 1 на выводах обмотки, совпадающее с напряжением нагрузки, так же изменяется с частотой f.

В результате взаимодействия магнитного поля тока i 2 с током i 1 ротора будет действовать электромагнитный момент M. Для определения момента M можно исходить из того, что его работа при повороте ротора на малый угол равна изменению энергии магнитного поля dW за счет изменения взаимной индуктивности при и , то есть , откуда

В установившемся режиме, когда ротор вращается с постоянной скоростью , электромагнитный момент M должен быть уравновешен внешним моментом M b

При этом через вал к ротору машины должна быть подведена механическая мощность , которая преобразуется в равную ей электрическую мощность т.е. в генераторном режиме механическая мощность преобразовывается в электрическую. Происходит электромеханическое преобразование энергии.

Та же простейшая машина может работать двигателем, преобразуя электрическую энергию в механическую. Для осуществления этого режима нужно присоединить обмотку 1 к сети с таким переменным напряжением U 1 , изменяющимся с частотой f , чтобы переменный ток i 1 всегда был направлен противоположно ЭДС e 1 . Записав для образовавшейся электрической цепи уравнение напряжений и умножив его на i 1 , получим .

Часть этой мощности i 1 2 R 1 выделяется в виде теплоты в обмотке 1, остальная часть , преобразуется в механическую мощность , передаваемую от ротора через вал машине – орудию. Таким образом, простейшая электрическая машина обратима, т.е. она может работать и генератором, и двигателем.


1-3. Законы Электромеханики

Рассмотрим три основных закона электромеханики.

Первый Закон

Электромеханическое преобразование энергии не может осуществляться с коэффициентом полезного действия 100%.

Электромеханические преобразователи – сложные преобразователи, в которых преобразование электрической энергии (Р эл ) в механическую ( Р мех ) и обратно происходит с обязательным выделением тепловой энергии ( Р т ). В каждой машине имеются потери в стали, обмотках, механические потери. Поэтому КПД всегда меньше 100%. Для электрической машины КПД можно определить как отношение полезной мощности к мощности, подводимой к электрической машине.

Все электрические машины обратимы, т.е. одна и та же машина может работать в режимах двигателя и генератора. Обратимость электрической машины – основное отличие электромеханического преобразователя (ЭП) от других преобразователей.

Работа в режимах двигателя и генератора – важнейшее преимущество ЭП, обеспечившее широкое применение электрических машин в промышленности.

В режиме генератора активная мощность забирается с вала машины и преобразуется в электрическую, в режиме двигателя – поступает из сети и преобразуется в механическую. При этом реактивная мощность, идущая на создание магнитного поля, может « поступать» или «отдаваться» в сеть независимо от режима работы ЭП.

Читайте также:  Установка тэн для стиральной машины

В трансформаторах энергия магнитного поля концентрируется, в основном, в магнитопроводе, а в генераторах и двигателях – в воздушном зазоре – пространстве между ротором и статором. Можно утверждать, что там и происходит электромеханическое преобразование энергии.

Электромеханическое преобразование энергии осуществляется полями, неподвижными относительно друг друга. Результирующее поле в машине создается полями статора и ротора.

Ротор может вращаться с той же скоростью, что и поле, или с другой скоростью, однако поля ротора и статора в установившемся режиме неподвижны относительно друг друга.

Угловая скорость поля ротора относительно ротора , угловая скорость поля ротора относительно неподвижного статора , где — угловая скорость поля статора, — угловая скорость ротора.

Электромагнитный момент , где Р э – электромагнитная мощность или мощность, сконцентрированная в магнитном поле в воздушном зазоре машины.

Поля, перемещающиеся относительно друг друга, не создают электромагнитного момента, а создают только поток тепловой энергии.

источник

Электротехника. Конспект лекций. Энергетические машины и установки

Главная > Конспект >Промышленность, производство

Почти вся электроэнергия на Земле вырабатывается электрическими машинами (генераторами), а затем большая ее часть, электрическими двигателями преобразуется в механическую энергию. Электрические машины во многом определяют технический уровень промышленного производства. Без электрической энергии нельзя представить современное промышленное и сельскохозяйственное производство и жизнь цивилизованного общества.


Широкое применение электрической энергии имеет место благодаря возможности удобного ее распределения, передача на большие расстояния и высокому КПД при преобразовании в другие виды энергии. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях электрическими машинами – генераторами, преобразующими механическую энергию в электрическую. Основная часть электроэнергии (до 80%) вырабатывается на тепловых электростанциях, где при сжигании химического топлива (уголь, торф, газ) нагревается вода и переводится в пар высокого давления. Последний попадает в турбину, где, расширяясь, приводит ротор турбины во вращение (тепловая энергия в турбине преобразуется в механическую). Вращение ротора турбины передается на вал генератора (турбогенератора). В результате электромагнитных процессов, происходящих в генераторе, механическая энергия преобразуется в электрическую.


Процесс выработки электроэнергии на гидравлических электростанциях состоит в следующем: вода, поднятая плотиной на определенный уровень, сбрасывается на рабочее колесо турбины. Турбина вращается и вращает вал электрического генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую. В процессе потребления электрической энергии происходит ее преобразование в другие виды энергии. Около 70% электроэнергии используется для приведения в движение станков, механизмов, транспортных средств, т. е., для преобразования ее в механическую энергию. Это преобразование осуществляется электрическими машинами – электродвигателями.


Электродвигатели – основной элемент электропривода рабочих машин. Хорошая управляемость электрической энергией, простота ее распределения позволили широко применить в промышленности многодвигательный электропривод рабочих машин. Электродвигатели широко применяются на транспорте в качестве тяговых двигателей электровозов, электропоездов, троллейбусов, трамваев и др.

За последнее время значительно возросло применение электрических машин малой мощности – микромашин мощностью от долей до нескольких сот Ватт. Такие электрические машины используются в устройствах автоматики и вычислительной технике.

Особый класс электрических машин составляют двигатели для бытовых электроустройств – пылесосы, холодильники, вентиляторы и др. Мощность этих двигателей невелика (от единиц до сотен Ватт), конструкция проста и надежна, и изготовляют их в больших количествах.

Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях, необходимо передать в места ее потребления, прежде всего в крупные промышленные центры страны, которые удалены от мощных электростанций на многие сотни, а иногда и на тысячи километров. Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500 кВ и более), чем обеспечиваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи.

Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится неоднократно понижать и повышать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитного устройства, называемого трансформатором.

Трансформатор не является электрической машиной, он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Кроме того, трансформатор – это статическое устройство, и в нем нет никаких движущихся частей. Однако электромагнитные процессы, протекающие в трансформаторах, аналогичны процессам, происходящим при работе электрических машин. Более того, электрическим машинам и трансформаторам свойственна единая природа электромагнитных и энергетических процессов, возникающих при взаимодействии магнитного поля и проводника с током.

По этим причинам трансформаторы составляют неотъемлемую часть курса электрических машин.

Краткий конспект лекций по курсу «Электрические машины» не претендует на новое издание, а служит хорошей помощью для студентов заочников, у которых нет литературы для достаточного изучения материала, а так же для студентов дневного отделения.

В конспект лекций не вошло введение исторического развития электрических машин и современное состояние их развития. Этот материал хорошо изложен в ( л 1 5 ). В конспект лекций не вошел раздел по микромашинам.

1. Электрические машины – Электромеханические преобразователи энергии

Подавляющее большинство электромеханических преобразователей имеют вращательное движение. Обычно в электрических машинах имеет место взаимное перемещение проводников, в которых проходит электрический ток.

В электромеханических преобразователях энергии, взаимно перемещающиеся части разделены воздушным зазором. В воздушном зазоре сосредоточена энергия электромагнитного поля, связывающего вращающуюся и неподвижную обмотки. Именно в воздушном зазоре происходит преобразование энергии из электрической в механическую и обратно.

История развития электромеханики свидетельствует о существовании двух крайних подходов к теории электромеханического преобразования энергии: на базе теории поля и теории цепей. Теория поля развивается на основе уравнений Максвелла, а теория цепей – на основе уравнений Кирхгофа.

Третий, наиболее прогрессивный подход к анализу процессов электромеханического преобразования энергии – комбинированный подход, сочетающий теорию поля и теорию цепей. Магнитное поле не отделимо от токов, его создающих, а токи не могут существовать без магнитного поля. Третий метод, объединяющий два фундаментальных метода, и составляет теоретическую основу, когда исходя, из картины поля в воздушном зазоре записывают уравнения напряжений, а через токи или потокосцепления выражаются уравнения электромагнитного момента.

Электромеханическое преобразование энергии в индуктивных электрических машин происходит в воздушном зазоре – пространстве, где сосредоточена энергия магнитного поля. Зная картину поля, можно определить напряжение, токи, моменты, потери, электрические параметры и другие величины в установившемся и переходных процессах.

Однако определить магнитное поле в любом электромеханическом преобразователе – трудная задача, решить которую сложно даже с помощью вычислительной техники.

Преобразование энергии из электрической в механическую и обратно невозможно без участия электромагнитного поля. В машине должен быть воздушный немагнитный зазор, в котором создается поле, обеспечивающее накопление магнитной энергии, численно равной преобразуемой энергии.

При электромеханическом преобразовании энергии одно поле должно быть неподвижно относительно другого.

Читайте также:  Машины для crmp с автоматической установкой

Энергия магнитного поля W м =1/2 BH, если магнитное поле создается N токами, через потокосцепления и токи, энергия поля определится : . Для магнитной цепи с воздушным зазором, что имеет место в электрических машинах, магнитную энергию можно определить через н.с. F и поток :

или через магнитное сопротивление и магнитную проводимость , тогда в линейной системе .

Зная магнитную энергию, можно для линейной системы определить силу притяжения, которая определяет момент.

Можно эту силу определить и через изменения н.с. F, , и по изменению индуктивности , так как L связана с магнитной проводимостью через геометрию магнитной системы. Из последнего уравнения видно, что изменение индуктивности необходимо для электромеханического преобразования энергии. Из выше перечисленных уравнений следует, что для электромеханического преобразования энергии необходимо, чтобы среди была хотя бы одна переменная. При этом может изменяться либо один параметр, либо одновременно несколько.

1-1. Математическое описание электромеханического преобразования энергии в электрических машинах.

Рассмотрим вращающуюся индуктивную машину с произвольным числом S обмоток, размещенных в позах статора и ротора.

Электромагнитные процессы в индуктивной машине описывается системой уравнений Кирхгофа для контуров обмоток и уравнениями движения ротора.

Потокосцепление Кирхгофского контура может быть выражено через токи в обмотках

индуктивности Кирхгофской обмотки со всеми прочими обмотками ,где n – принимает любое значение от .

При резко выраженной зубчатости при вращении ротора изменяются не только взаимная индуктивность между контурами статора и контурами ротора, но и взаимные индуктивности между контурами, расположенных на одной и той же части машины, а также индуктивности всех контуров.

В общем случае все индуктивности и взаимные индуктивности зависят от размеров обмоток и магнитопроводов и являются функциями углового положения ротора . Система уравнений Кирхгофа для напряжений обмоток состоит из пяти уравнений, составленных для каждого из контуров.

Уравнение для Кирхгофского контура имеет вид:

,
где — трансформаторная ЭДС, связанные с изменением токов в обмотках при

фиксированных взаимных индуктивностях.

— ЭДС вращения, связанных с изменением взаимных индуктивностей при

фиксированных токах, эта ЭДС появляется только при вращении ротора с некоторой угловой скоростью .

На изменение энергии магнитного поля расходуется мощность

Таким образом, на изменение энергии магнитного поля идет полностью сумма мощностей, определяемых как произведения токов контуров на трансформаторную ЭДС (первое слагаемое), а также полу сумма мощностей, определяемых как произведение токов контуров на ЭДС вращения (второе слагаемое).

Мощность преобразуемая в механическую , последнее уравнение позволяет сделать вывод, что электромеханическое преобразование энергии связано только с ЭДС вращения, в то время как трансформаторная ЭДС в этом преобразовании участия не принимает. Заметим, что мощность, расходуемая на изменение энергии магнитного поля, не теряется безвозвратно и в среднем равна нулю. Это объясняется тем, что во вращающейся машине все величины (токи, индуктивности, взаимные индуктивности и т. д.) изменяются периодически. Электромагнитный момент М, действующий на ротор запишется :

Таким образом, электромагнитный момент равен частной производной энергии магнитного поля W по углу поворота ротора при фиксированных токах в контурах

источник

Электротехника. Конспект лекций. Энергетические машины и установки

Главная > Конспект >Промышленность, производство

Изменение активной и реактивной мощности синхронного генератора, работающего параллельно с сетью большой мощности, осуществляется путем изменения внешнего момента и тока возбуждения. Чтобы обеспечить требуемый режим работы генератора, обычно одновременно регулируют и ток возбуждения, и вращающий момент. Рассмотрим два предельных случая регулирования.

5-7-1. Режим синхронного генератора при постоянном токе возбуждения и переменном моменте .( iB = const , M = var ).

Если нагрузка генератора увеличивается, то с увеличением нагрузки увеличивается момент и мощность. При всех постоянных величинах (U, E 0 , Xd, Xq) момент и мощность будут изменяться за счет изменения угла θ. Угол θ – это угол между осью индуктора и осью результирующего потока Фδ. При холостом ходе генератора существует поток Ф 0 – созданный обмоткой возбуждения. При нагрузке в обмотке якоря создается поток якоря Фа. Этот поток накладывается на поток Ф 0 и создает результирующий поток Фб. Пространственный угол θ и момент можно представить на рис. 33.

Как видим из рис. 283 электромагнитный момент генератора является тормозным, т.е. он стремится притянуть разноименные полюса, а момент со стороны турбины Мт вращает ротор. Чем больше ток статора, тем больше и поток Фа и результирующий поток дальше сдвигается от оси индуктора, т.е. увеличивается угол θ. Поговорим о статической устойчивости синхронного генератора применительно к неявнополюсной машине. Синхронная машина (генератор) устойчиво с сетью работает в диапазоне угла θ = 0-90 0 , а дальше машина выпадает из синхронизма, рис. 34. В т. А устойчивый режим работы.

Если отдаваемая мощность, а следовательно и электромагнитый момент возрастут (согласно рис. 283), то угол θ уменьшится и машина вернется в т. А. Если же отдаваемая мощность и момент уменьшатся, то согласно с рис. 283 угол θ возрастет т.к. Мт>М и машина вернется в исходную точку. Отсюда видно, что угол θ может меняться от 0 до 90 0 при устойчивой работе с сетью.

Если же угол θ будет больше 90 0 , то магнитная связь между полюсами нарушается и машина выпадает из синхронизма. Это тяжелый и аварийный режим. При этом мощность в сеть не отдается, а момент турбины имеется, то под действием этого момента ротор может разогнаться до недопустимой скорости вращения. Кроме того, магнитный поток возбуждения будет наводить в обмотке статора ЭДС, Которая будет то складываться, то вычитаться с приложенным напряжением. Это приведет к большим колебаниям тока. Обычно если генератор выпал из синхронизма, то его отключают от сети. Для устойчивой работы генератора с сетью номинальный угол составляет θн=15-20 0 . Как уже было сказано, что если угол θ>90 0 , то машина работает неустойчиво с сетью. Допустим, работаем в т. В. Если отдаваемая мощность будет меньше мощности турбины, то (рис 284) угол θ будет увеличиваться, а с увеличением угла θ отдаваемая мощность будет падать, т.е. при этом машина никогда не вернется в т. В., поэтому угловая характеристика от θ= 90 0 -180 0 неустойчива. Перегрузочная способность генератора:

Чтобы генератор мог работать не выпадая из синхронизма с сетью, он должен обладать достаточной синхронизирующей мощностью, т.е. способностью продолжать работать синхронно с сетью даже при значительных изменениях момента и, следовательно, угла θ.

Большое значение для работы синхронных машин имеет вопрос устойчивости их работы. Работа синхронной машины будет устойчивой, если положительному приращению θ соответствует положительное приращение электромагнитной мощности Рэм, и наоборот уменьшению угла θ будет соответствовать уменьшение электромагнитной мощности Рэм. В этом случае ΔРэм/Δθ можно рассматривать и при бесконечно малых изменениях, а тем самым перейти к первой производной dРэм/dθ, тогда

Читайте также:  Установка фасада на посудомоечную машину hotpoint

Рс=dРэм/dθ=mUE 0 cosθ/Xc, где Рс – удельная синхронизирующая мощность. Синхронизирующая мощность равна удельной синхронизирующей мощности, умноженной на все смещение Δθ.

Из выражений Рсх и Рэм следует, что когда угол θ=0, генератор развивает наибольшую синхронизирующую мощность, но его электромагнитная мощность Рэм=0. Наоборот, когда угол θ=90 0 , генератор развивает наибольшую электромагнитную мощность, а его синхронизирующая мощность Рсх=0, рис. 284.

5-7-2. Режим синхронного генератора при постоянном моменте и переменном токе возбуждения ( M = const , iB = var ).

Для анализа воспользуемся векторной диаграммой ЭДС для неявнополюсной машины, рис. 285.

Если момент М=const, то и P=const, M=mE 0 Usinθ/ωXc=const, если изменяется ток возбуждения, то изменяется и ЭДС. Для постоянства момента необходимо, чтобы E 0 sinθ= const. Мощность P=mUIcosφ. Постоянство мощности получится при Icosφ=Iа=const. При анализе режима учтем эти условия. Развернем диаграмму рис. 286 так, чтобы вектор напряжения генератора Uг был направлен горизонтально и уравновешен напряжением сети Uс.

Из условий видим, что вектор ЭДС Е 0 должен скользить по прямой θR параллельно вектору напряжения, т.к. ab=E 0 sinθ=const. При изменении возбуждения конец вектора тока статора (якоря) будет скользить по прямой MN, т.к. Ia=Icosφ=const. При перевозбуждении ЭДС будет соответствовать величине Е 0 и току I. Если разложить ток I, то его реактивная составляющая будет опережать вектор напряжения сети Uс на 90 0 , т.е. этот ток будет емкостным. С энергетической стороны, этот режим будет соответствовать отдаче реактивной мощности в сеть. При уменьшении тока возбуждения ЭДС Е 0 уменьшится до величины Е 0 1 и ток в статоре будет иметь наименьшую величину I 1 = Ia и cosφ=1. При этом генератор не отдает и не потребляет реактивной мощности.

При перевозбужденном режиме ток I отстает от вектора напряжения генератора Uг на угол φ. Если и дальше уменьшать ток возбуждения ЭДС уменьшится до величины Е 0 11 , а ток I 11 будет опережать напряжение генератора на угол φ 1 . Реактивная составляющая тока статора по отношению к вектору напряжения сети Uс будет отставать на 90 0 , т.е. он будет чисто индуктивным и генератор будет потреблять из сети реактивную мощность. Этот режим называется – режим недовозбуждения. Таким образом, регулируя ток возбуждения генератора можно менять величину и фазу тока статора, т.е. изменять cosφ. Зависимости тока статора I от тока возбуждения iB называются U-образными характеристиками. На рис. 287 представлены графически U-образные характеристики при различной постоянной мощности.

Характеристики до пунктирной линии соответствуют недовозбужденному режиму, а после этой линии соответствуют перевозбужденному режиму, при котором генератор отдает реактивную мощность в сеть.

Методы регулирования реактивной и активной мощности генератора.

Как только что видели, что если изменять возбуждение генератора, то тем самым будем изменять реактивную мощность, отдавать, либо потреблять её.

Регулировать активную мощность можно, только изменяя механическую мощность, со стороны паровой турбины, либо гидротурбины. При увеличении отдаваемой активной мощности, необходимо увеличить и механическую мощность со стороны турбины.

5-8. Переходный процесс в синхронной машине ( внезапное короткое замыкание) .

Рассмотрим случай внезапного трехфазного короткого замыкания генератора пологая что замыкание произошло на шинах генератора. В основу анализа этого сложного явления мы положим явление сверхпроводимости, т.е. рассмотрим контур, активное сопротивление равно нулю ( рис 288 ).

Покажем, что магнитный поток, сцепленный со сверхпроводящим контуром, остается постоянным по величине и направлению. По второму закону Кирхгофа

е 0 + е L = ir . где е 0 = — — ЭДС наведенная внешним магнитом, под действием ЭДС е 0 по контуру будет протекать ток i , который создает эдс самоиндукции

Таким образом, для сверхпроводника, для которого r 1 =0

— — = 0, откуда ψ 0 + ψ L = ψ = с onst ,

этот поток остается постоянным при всех обстоятельствах.

Синхронный генератор как раз обладает рядом контуров с относительно малым активным сопротивлением. Имеется ввиду обмотка статора, обмотка возбуждения и успокоительная обмотка. Для выяснения физического смысла трехфазного короткого замыкания, достаточно взять только одну фазу А-Х и считать, что для момента короткого замыкания машина работала в холостую, т.е. I = 0.

Рассмотрим условия внезапного короткого замыкания в два различные моменты времени:

а) в момент, когда поток, пронизывающий фазу А-Х, равен нулю (ψ 0 = 0) и, следовательно, наводимая в фазе ЭДС достигает наибольшего значения, т.е. е = Е m ;

б) в момент, когда поток, пронизывающий фазу А-Х, достигает максимума

(ψ 0 = ψ m ) и, следовательно, наводимая фаза ЭДС равна нулю.

А. Внезапное короткое замыкание при ψ 0 = 0, е = Е m .

Ось полюсов совпадает с плоскостью фазы А-Х , рис. 289. Это положение полюсов мы примем за исходное и от него будем вести отчет поворота ротора.

При повороте ротора потокосцепление с фазой А-Х будет изменяться по синусоидальному закону ( ).

Будем считать, что до короткого замыкания машина работала в режиме холостого хода.

Согласно условию короткое замыкание происходит в момент, когда ψ 0 = 0 .

Если считать, что катушка ( фаза А-Х ) представляет собой сверхпроводящий контур, то поток, сцепленный с ней, должен оставаться равным нулю и в последующие моменты времени короткого замыкания. Это возможно только при том условии, если в фазе А-Х появится такой по величине и направлению ток i к при котором ψ 0 + ψ а = 0 , т.е. создаваемый током i к поток якоря в любой момент времени будет равен по величине потоку ψ 0 , но направлен противоположно, рис. 291.

При повороте ротора на π/2 (рис..) поток, пронизывающий обмотку статора не равен нулю, а равен какому-то потоку. Мы считаем статорную обмотку сверхпроводящим контуром. Значит в этом контуре должен появится поток самоиндукции, равный первому и направлен в противоположную сторону.

При коротком замыкании в первый момент времени реакция якоря вызывает ЭДС в демпферной обмотке, там появится ток, создающий поток, который вытеснит поток якоря из своего контура обмотки возбуждения и демпферная обмотки считаются сверхпроводящими.

Реакция якоря в первый момент времени наведет ЭДС в обмотке возбуждения и создает дополнительный ток и поток, который вытеснит поток якоря из своего контура. Поэтому поток якоря будет проходить по путям рассеяния, т.е. по пути большого магнитного сопротивления (малой магнитной проводимости), что соответствует малому индуктивному сопротивлению и большому току i k .

Такое положение потока якоря соответствует сверхпереходному режиму, рис. 290

Если бы обмотки возбуждения и успокоительная не обладали активным сопротивлением, то такое расположение потока было бы бесконечно долго. Но так как они обладают активным сопротивлением, то всплеск тока будет затухать, что, характеризуется постоянными времени , , причем , поэтому ток в успокоительной обмотке быстро затухнет и не будет причины, препятствующей прохождению потока якоря через контур успокоительной обмотки. Такое положение потока якоря называется переходным, рис 292.

источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *