Содержание к диссертации
Введение
B.I. Состояние вопроса исследования переходных процессов в системах электроснабжения с синхрон ными двигателями 13
B.I.I. Особенности режимов работы системы электро- лО снабжения с синхронными двигателями 13
В.1.2. Методы исследования переходных процессов в системах электроснабжения с синхронными дви гателями 14
В.2. Задачи исследования 20
Математическая модель системы электроснабжения с синхронными двигателями 22
1.1. Дифференциальные уравнения синхронной машины 22
1.2. Математическое моделирование тиристорних и бесщеточных систем возбуждения синхронных двигателей 30
1.2.1. Тиристорные системы возбуждения зі
1.2.2. Бесщеточные системы возбуждения .36
1.3. Математическая модель многомашинной системы
электроснабжения с синхронными двигателями 39
1.3.1. Особенности многомашинных систем электроснабжения и учет их статических элементов 39
1.3.2. Математическое моделирование различных режимов работы синхронных двигателей 1.4. Выбор системы относительных единиц и численное решение дифференциальных уравнений синхронной машины 48.
1.4.1. Система относительных единиц 48
1.4.2. Численное решение дифференциальных уравнений синхронной машины 50
1.4.3. Особенности использованной в работе программы расчета на ЦВМ 52
1.5. Выводы 53
2. Исследование на ЦВМ режимов асинхронного пуска,выбега и гашения поля синхронных двигателей с тиристор ной и бесщеточной системами возбуждения 54
2.1. Анализ режимов асинхронного пуска синхронных двигателей 54
2.1.1. Описание характера и динамики асинхронного пуска синхронных двигателей 54
2.1.2. Влияние величины добавочного сопротивления в цепи обмотки возбуждения на пусковые характеристики синхронного двигателя 59
2.1.3. Влияние величины сопротивления внешней сети на пусковой режим синхронного двигателя 61
2.1.4. Особенности режимов асинхронного пуска синхронных двигателей с бесщеточными системами возбуждения 56
2.2. Исследование на ЦВМ режимов выбега и способов га
шения поля синхронных двигателей 71
2.2.1. Характер выбега в режимах отключения питания и короткого замыкания в системе электроснабжения синхронного двигателя 71
2.2.2. Гашение поля синхронных двигателей с тиристорними и бесщеточными системами возбуждения 73
2.3.Б ыводы 77
3. Исследование режимов короткого замыкания в схемах электроснабжения с крупными синхронными двигателями .79
3.1. Анализ переходных пропессов и расчет токов под питки от синхронных двигателей при коротких замыканиях в узлах системы электроснабжения .79
3.1.1. Характер переходных пропессов, возникающих в синхронном двигателе при коротких замыканиях.79
3.1.2. Расчет на ЦВМ токов подпитки от синхронного двигателя при коротких замыканиях в различных узлах схемы электроснабжения 82
3.1.3. Сравнительный анализ результатов расчета токов подпитки мест короткого замыкания от синхронных двигателей, полученных с помощью пифровой модели и по упрощенной методике .Q6
3.2. Исследование режимов отключения коротких замыка ний в многомашинных системах электроснабжения синхронных двигателей 89
3.2.1. Особенности переходных процессов, возникающих в группе параллельно работающих синхронных двигателей при отключении коротких замыканий.89
3.2.2. Влияние углового положения ротора и сопротивления системы электроснабжения на кратности токов и моментов синхронного двигателя при отключении коротких замыканий .92
3.2.3. Особенности режимов самозапуска синхронных двигателей после отключения коротких замыканий. 96
З.З.В ыводы
4. Анализ асинхронных режимов и совершенствование способов ресинхронизации синхронных двигателей 101
4.1. Анализ асинхронных режимов синхронных двигателей 101
4.2. Способ ресинхронизапии синхронных двигателей дискретным изменением величины активного сопротивления в пени обмотки возбуждения. 104
4.3. Выводы 114
5. Расчет на ЦВМ режимов самозапуска и динамической устойчивости синхронных двигателей при кратковре менных перерывах питания и понижениях напряжения и частоты в системе электроснабжения пб
5.1. Особенности режимов повторного включения синхронных двигателей после кратковременных перерывов питания, несопровождаемых короткими замыканиями П6
5.2. Расчет режимов самозапуска синхронных двигателей после кратковременных перерывов питания 121
5.2.1. Анализ различных факторов, влияющих на успешность самозапуска синхронных двигателей 121
5.2.2, Особенности режимов самозапуска синхронных двигателей с бесщеточными системами возбуж дения 127
5.3. Расчет динамической устойчивости синхронных двигателей при понижениях напряжения питания 129
5.4. Исследование поведения синхронных двигателей при колебаниях частоты в энергосистеме 134
5.5. Выводы 140
6. Исследование переходных режимов работы синхронных двигателей приводов насосных станпий главной ма гистрали по транспортировке сырой нефти Сирийской Арабской Республики 142
6.1. Общая характеристика нефтепровода и схемы электроснабжения насосных станпий 142
6.2. Оптимизация пусковых режимов синхронных двигателей приводов насосных станций Сирийского нефтепровода 145
6.3. Исследование режимов короткого замыкания в схеме электроснабжения синхронных двигателей Сирийского нефтепровода 149
6.3.1. Расчет токов подпитки от синхронных двигателей при коротких замыканиях в различных
узлах схемы электроснабжения 149
6.3.2.Расчет режимов самозапуска синхронных двигателей Сирийского нефтепровода после отключе ния коротких замыканий 151
6.4. Выводы 155
Заключение 157
Литература
- Особенности режимов работы системы электро- лО снабжения с синхронными двигателями
- Анализ режимов асинхронного пуска синхронных двигателей
- Анализ переходных пропессов и расчет токов под питки от синхронных двигателей при коротких замыканиях в узлах системы электроснабжения
- Анализ асинхронных режимов синхронных двигателей
Введение к работе
Решениями ХХУІ съезда КПСС в СССР предусмотрено довести выработку электроэнергии в 1985 году до 1550-1600млрд.;кВт/ч. Ввод новых мощностей намечается,главным образом,за счет атомных и гидравлических электростанций в Европейской части страны и тепловых электростанций, работающих на дешевых видах топлива в вооточных районах / I /.
Задача ускоренного развития энергетического производства стоит не только перед промышленно-развитыми странами, но и является первой необходимостью для решения острых социальных и экономических проблем, возникающих перед странами, ставшими на путь независимости. Примером таких стран является Сирийская Арабская Республика, идущая по некапиталистическому пути развития с социалистической ориентацией. Согласно государственным планам Сирии, ставится задача быстрого увеличения установленной мощности в стране, которая не превышала 138 МВт в 1965 г, достигла 1945 МВт в 1982 г, и составит 4500+5000 МВт в 1990 г, в том числе 1200 МВт за счет ввода атомных электростанций / 91 /.
Основным потребителем электроэнергии в настоящее время являются электродвигатели, служащие приводами механизмов различных назначений и мощностей.
В последнее время широко стали применяться синхронные электродвигатели, ввиду совершенствования и упрощения их конструкции и создания современных статических и бесконтактных систем возбуждения, значительно улучшающих стоимостные и эксплуатационные показатели этих двигателей / 21 /.
К наиболее важным преимуществам синхронных двигателей относятся: высокая перегрузочная способность, повышенная устойчивость работы при снижениях напряжения и частоты питающей сети, способ ность регулирования реактивной мощности в узлах нагрузки по величине и знаку и др.
Б силу указанных факторов, выпускаемые в настоящее время синхронные двигатели являются, как правило, машинами большой мощности, превышающей в некоторых случаях 50 МВт, и применяются для привода мощных ответственных механизмов.
В связи с этим, повышаются требования к надежности работы схем электроснабжения с синхронными двигателями как в стационарных, так и в переходных режимах, что связано с необходимостью обеспечения бесперебойной работы приводимых механизмов и уменьшения ущерба от нарушения технологического процесса при аварийных перерывах питания. Достижение высокой надежности работы синхронных двигателей требуется в режимах пуска, выбега и гашения поля, самозапуска, АПВ, АВР, отключения коротких замыканий, ресинхронизации и др. / 77+82 /.
На основе анализа поведения синхронных двигателей в названных переходных режимах проверяется допустимость каждого из них по продолжительности переходного процесса и величине динамических токов и моментов, уточняются уставки средств релейной защиты и автоматики, а также могут быть разработаны рекомендации для проведения изменений в конструкции двигателей и схемах их электроснабжения / 24 /.
Оптимизация и повышение надежности работы синхронных двигателей являются важной задачей как для различных отраслей промышленности СССР, так и для ряда важнейших развивающихся объектов народного хозяйства Сирии. Так, например, качество работы газопровода Сибирь-Западная Европа,главным образом,зависит от надежности работы газокомпрессорных станпий, приводимых синхронными двигателями типа СТД. Наиболее ответственной областью применения синхронных двигателей в Сирии является нефтяная промышленность / 92 /. Воя добываемая сырая нефть страны в Северо-восточных районах, превышающая в настоящее время 15 млн.м3 в год, транспортируется по главному нефтепроводу до побережья Средиземного моря с помощью насосных станций с синхронными электроприводами. Широкое применение синхронных двигателей в различных узлах нагрузки является одним из важнейших мероприятий, которые могут служить средством для компенсации реактивной мощности и повышения коэффициента мощности энергосистемы Сирии, который не превышает сейчас 0,75 0,8.
Исследование динамических и стационарных режимов работы синхронных двигателей проводится с помощью различных методов. Наиболее эффективным и удобным в этой области является метод математического и цифрового моделирования с использованием современных электронных вычислительных машин ЭВМ. Данный метод дает возможность с высокой точностью исследовать широкий круг задач, решение которых экспериментальным путем обходится большими материальными затратами или вообще невозможно.
Математическая модель, охватывающая группу синхронных двигателей и систему их электроснабжения, строится на полных дифференциальных уравнениях Парка-Горева, решение которых из-за нелинейности производится численными методами на ЦВМ. Математические модели могут о той или иной точностью отражать реальные электромагнитные и электромеханические процессы при работе синхронных двигателей в динамических режимах, учитывать особенности систем возбуждения и регулирования и влияние систем электроснабжения.
Основной целью данной диссертационной работы является анализ поведения синхронных двигателей в переходных режимах пуска, повторного включения, ресинхронизации после кратковременных перерывов питания и при снижениях напряжения и частоты с учетом параметров схем электроснабжения и особенностей различных систем возбуждения.
На основе проведенного анализа должны быть разработаны рекомендации для повышения надежности работы синхронных двигателей в указанных режимах.
При решении поставленных задач применялись метод цифрового моделирования и экспериментальный метод.
Научная новизна основных положений диссертационной работы состоит в следующем:
1. Показана возмо?кность увеличения вращающего момента синхронных двигателей в асинхронном режиме за счет усиления положительных значений реактивного момента и ослабления отрицательных путем дискретного изменения величины добавочного активного сопротивления в цепи обмотки возбуждения, что позволяет обеспечить ресинхронизацию СД при тяжелых условиях работы.
2. Установлена возможность повышения эффективности режимов самозапуска мощных синхронных двигателей за счет применения быстродействующего синхронного АВР, основанного на контроле угла сдвига фаз между остаточным напряжением на шинах, потерявших питание и напряжением резервного источника. Режимы СБАВР выполняют-у ся без гашения поля СД и позволяют сократить длительность перерывов питания, повысить вероятность успешного самозапуска группы двигателей. Показана целесообразность использования режимов СБАВР для синхронных двигателей с бесщеточными системами возбуждения, для которых применение известных способов АВР неэффективно из-за большой длительности гашения поля.
Автор выносит на защиту:
I. Результаты цифрового моделирования переходных процессов синхронных двигателей с тиристорними и бесщеточными системами возбуждения в режимах пуска, выбега, гашения поля, возникновения и отключения коротких замыканий, повторного включения, снижения и восстановления напряжения питания и частоты сети.
2. Способ ресинхронизации синхронных двигателей путем дискретного изменения величины добавочного активного сопротивления в цепи обмотки возбуждения.
3. Практические рекомендации для повышения надежности работы и оптимизации схем электроснабжения синхронных двигателей приводов газокомпрессорных станций на предприятиях СССР и турбодвигателей приводов насосных станций Сирийского нефтепровода.
Практическая ценность работы заключается в возможности использования проведенных в ней научных исследований и разработанных рекомендаций для повышения надежности работы синхронных двигателей в переходных режимах, уточнения уставок элементов их релейной защиты и автоматики, что позволит снизить длительность нарушения их нормальной работы и связанного с этим экономического ущерба.
Основные положения диссертационной работы доложены на всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы нелинейной электротехники" в Львовском государственном университете имени И.Я.Франко, Львов, 1984 г. ; на научно-технических конференциях по итогам НИР Донецкого политехнического института, г.Донецка, 1983, 1984 г. ; на ІУ научно-теоретической конференции зарубежных специалистов, г.Донецк, 1983 г.
Результаты работы внедрены в НИР кафедры "Электрические станции" Донецкого политехнического института, в институте "Гипро-кислород" г. Москва с годовым экономическим эффектом в размере 77,12 тыс.рублей/ год.
По основным положениям диссертационной работы опубликовано 4 научных статьи, результаты исследования входили в три отчета о НИР, кафедры "Электрические станции".
Диссертация состоит из введения и б глав, заключения и содержит 165 страниц 50 рисунков и 13 таблиц. Библиография содержит 100 наименований и источников.
Особенности режимов работы системы электро- лО снабжения с синхронными двигателями
Синхронные двигатели применяют в качестве привода для механизмов на насосных и компрессорных станциях, для прокатных и металлорежущих станков, дробильных и мельничных устройств и др. / 89 /. Потребляемая мощность таких приводов как правило, превышает 100 кВт и достигает в некоторых производствах 30-50 Шт.
Схема электроснабжения выбирается в зависимости от числа и мощности установленных двигателей и особенностей технологического процесса.
В связи с тем, что механизмы, приводимые синхронными двигателями, являются, как правило, технологически ответственными, предъявляются высокие требования к надежности работы элементов схемы электроснабжения как в стационарных, так и в переходных режимах. Кроме того, синхронные двигатели являются эффективным средством для регулирования реактивной мощности и напряжения в узлах нагрузки, поэтому высокой надежностью должны также обладать их системы возбуждения, с помощью которых можно повысить статическую и динамическую устойчивость самих двигателей и систем их электроснабжения в целом / 83 /.
Надежная работа синхронных двигателей зависит от особенностей их конструкции, вида схемы электроснабжения, системы возбуждения, которые выбираются на основе инженерных расчетов с учетом допустимости пусковых токов и токов короткого замыкания / 24 /.
Эффективным мероприятием, повышающим надежность работы синхронных двигателей, является пригленение режимов саїлозапуска. В связи с тем, что наибольшее распространение получили многомашинные системы электроснабжения с числом двигателей на одной секции до
30-40 и более, применение режимов самозапуска определяется допустимостью сниженжя уровня напряжения на секции не более чем до 0,9 0,8 UH / 76 /.
Б наотоящее время область применения режимов самозапуска, АПВ, ЕАВР, ресинхронизации у синхронных двигателей значительно расширилась, благодаря совершенствованию элементов автоматики и появлению современных выключателей (вакуумных, электромагнитных) со временем срабатывания не более 0,05 сек. Поэтому возникает не-\ обходимоеть исследования указанных выше режимов для проверки их допустимости в условиях существующих схем электроснабжения и разработки мероприятий, повышающих эффективность их применения.
Быстродействие выключателей и элементов автоматики приводит к необходимости более тщательного учета кратковременных переходных процессов, протекающих в контурах машины. При несинхронной повторной подаче напряжения сети после кратковременного перерыва питания или при неправильной работе форсировки возбуждения эти процессы могут сопровождаться появлением недопустимых для двигателя и внешней сети бросков токов и электромагнитного момента, приводящих к большим разрушением в элементах привода и системы электроснабжения.
С бурным развитием электрических машин переменного тока в начале двадцатого столетия возникла необходимость учета кратковременных электромагнитных и электромеханических процессов, возникающих при переходе машины или группы параллельно работающих машин с одного состояния в другое. Такая необходимость связана с тем, что, несмотря на кратковременность переходных процессов, они могут сопровождаться появлением больших колебаний в параметрах режима, которые в ряде случаев оказывают большие воздействия на прочность элементов машины и устойчивость ее работы.
Теория переходных процессов получила свой толчок после создания советским ученым Горевым и американским-Парком системы дифференциальных уравнений в осях d, fy , описывающей электромагнитное состояние машины в каждый момент времени и позволяющей определить важнейшие параметры режима как токи статора и ротора, частоту вращения, электромагнитный момент и др. / 2, 93 /.
Дальнейшее развитие теория переходных процессов машин переменного тока получила в работах ряда советских и зарубежных ученых, к которым относятся Ульянов С.А., Веников Б.А., Казовский Е.Я., Важнов А.И., Жданов П.С., Сыромятников И.А., Мамиконянц Л.Г., Ковач К.П., Лютер Р.А., Лайбль Т и др. / 3-18 /.
Большое внимание изучению электромагнитных переходных процессов, возникающих при симметричных и несимметричных нарушениях магнитного состояния синхронных машин, а также вопросу определения эквивалентных схем замещения электрических систем и их параметров в переходных режимах было уделено в работах Ульянова С.А. /8/.
Анализ режимов асинхронного пуска синхронных двигателей
Асинхронный пуск в настоящее время является самым распространенным способом пуска синхронных двигателей / 43 /. Широкое применение данного способа связано с тем, что он не требует сложных схем управления и дорогостоящих дополнительных установок.
Данный способ осуществляется путем включения статора неподвижного двигателя к питающей сети через устройство, ограничивающее кратность пускового тока. На протяжении всего времени пуска обмотка возбуждения отключается от возбудителя и замыкается на добавочное сопротивление Ro .
Асинхронный пуск синхронных двигателей протекает аналогично пуску асинхронных двигателей под влиянием электромагнитного асинхронного момента, созданного взаимодействием полей ротора и статора. При достижении подсинхронной частоты вращения ротора (при скольжении S 5%) обмотка возбуждения переключается с добавочного сопротивления на возбудитель. длительность и характер протекания режима пуска зависят от множества факторов, к которым относятся конструктивное исполнение и параметры двигателя, момент сопротивления на валу, параметры схемы электроснабжения, величина добавочного сопротивления в цепи ротора и др. большинстве случаев пуск синхронных двигателей осуществляется при ненагруженном механизме, т.к. загрузка двигателя приво дит к недопустимому затягиванию времени пуска или вообще к невозможности разворота ротора из-за недостаточной величины пускового момента.
Характер переходных процессов, сопровождающих пуск синхронных двигателей демонстрируют рисунки 2.1, 2.2. Первый из них иллюстрирует процесс пуска турбодвигателя СТД-І2500 без нагрузки, подключенного к внешней сети через питающий трансформатор ТРДДН-63000 /230 /10. На втором рисунке показан процесс пуска явнопо-люсного синхронного двигателя СДК2-І9-39-І6 от сети бесконечной мощности. Приведенные рисунки построены по результатам расчета соответствующих режимов пуска на ЦВМ (прилож. 4).
Как видно из двух приведенных примеров, на первой стадии пуска (при 5 =1 0,9), в результате резкого изменения электромагнитного состояния машины, возникает в токе статора Ц апериодическая слагающая, которая вызывает значительные колебания в потребляемой мощности Рзф и электромагнитном моменте М. Это вызывает также искажение симметричной формы тока в обмотке возбуждения [У г , что приводит к появлению знакопеременного момента, и, следовательно,к колебательному характеру нарастания частоты вращения (j) . Амплитуда бросков знакопеременного момента достигает 3 4 »е-Апериодическая составляющая тока статора затухает через 0,4 0,6 сек., после чего ток ротора становится симметричным, а мо-мент-только положительным. С нарастанием частоты вращения двигателя постепенно уменьшаются пусковой ток статора и потребляемая реактивная мощность, в результате чего ослабляется сильное электромагнитное поле, вызывающее вытеснение токов в контурах ротора. С указанным изменением электромагнитного состояния машины увеличивается индуктивное сопротивление обмоток и уменьшается активное сопротивление роторных контуров. Неравенство магнитных сопротивлений по осям d , 0 машины с явновыраженными полюсами и размещение обмотки возбуждения по оси d приводят к искажению симметричной формы общего магнитного поля синхронного двигателя. Бследствии этого явления возникают в токе статора, мощности и моменте колебания двойной частоты скольжения, амплитуда которых усиливается по мере разгона двигателя. Существенное влияние на амплитуду указанных колебаний оказывают величина добавочного сопротивления в цепи ротора Ra, и число пар полюсов машины р . По мере роста RQ. и 0 колебательный характер пуска ослабляется. При пуске турбодвигателя СТД-І2500 (J3 =1) с Йа = 3 (3 f (рис.2.1) для S =0,6 значения И, РзсйЦсоответ-ственно меняются в пределах 0,45 1,25; 0 2,3; 4,1 4,7 о.е. Для явнополюсного двигателя СДК2-І9-39-І6 (0 =8) пуск с Ra=I0Rj (рис.2.2) в области скольжения S=0,6 протекает с колебанием рассмотренных величин в следующих пределах: М=1 1,4; Р3ф =2 2,3; Ls =4,6 4,8 о.е.
Характер изменения напряжения на выводах статора при пуске, зависящий от величины сопротивления внешней сети электроснабжения, является также колебательным. В начале пуска двигателя СТД-І2500 (рис.2.1) напряжение статора Us снижается до 0,7 l/H t максимальные колебания Us достигают 1,25 UH. Они также зависят от углового положения ротора и повторяются с двойной частотой скольжения.
Анализ переходных пропессов и расчет токов под питки от синхронных двигателей при коротких замыканиях в узлах системы электроснабжения
Короткое замыкание является наиболее опасным режимом для устойчивости работы и прочности конструкции синхронных двигателей и статических элементов схем их электроснабжения. Надежность работы оборудования в этом режиме зависит от правильного выбора ограничивающих устройств, правильной настройки элементов релейной защиты и автоматики, быстродействия и отключающей способности выбранных выключателей. Завышенные значения параметров ограничивающих устройств (сопротивлений реакторов) приводят к снижению статической и динамической устойчивости привода, а установка выключателей с повышенной отключающей способностью приводит к удорожанию стоимости оборудования и дополнительным неоправданным затратам. Поэтому задача точного определения токов короткого замыкания в различных узлах схемы электроснабжения с учетом больших токов подпитки от синхронных двигателей является необходимой для оптимизации выбора оборудования и вида питающих схем на стадии проектирования и для повышения надежности работы оборудования при эксплуатации / 24 /.
Наибольшее распространение в настоящее время получили многомашинные системы электроснабжения синхронных двигателей (рис.1.8), в которых к общим питающим шинам 6-Ю кв подключается большое количество двигателей, достигающее 30-40 и более. Вероятность возникновения коротких замыканий в таких схемах возрастает, в связи с чем увелияивается число воздействий на каждый из двигателей, что приводит к снижению их ресурса.
Как известно, при возникновении короткого замикання СК.З.) в близости от синхронного двигателя напряжение на выводах статора значительно падает, в результате чего резко изменяется электромагнитное состояние двигателя. Т.к. результирующее потокосцепление машины в первый момент времени остается неизменным, то возникает в токе статора апериодическая составляющая, которая накладывается к периодической составляющей, образуя с ней суммарный ток короткого замыкания. Суммарный ток двигателя достигает своего максимального (ударного) значения через 0,01 сек, после чего начинает затухать в зависимости от постоянных времени обмоток ротора и статора. Апериодическая составляющая тока К.З. наводит в обмотке ротора переменный ток, который накладывается к положительному току возбудителя, вызывая в нем сильные колебания, затухающие с апериодической постоянной времени Та. В результате указанных изменений возникает в машине затухающий знакопеременный момент, амплитуда которого в несколько раз превышает свое номинальное значение. Т.к. среднее значение знакопеременного момента является отрицательным, то его действие приводит к ускоренному торможению двигателя, выбегающего под влиянием тормозного момента нагрузки.
Характер изменения параметров режима синхронного двигателя при К.З. иллюстрирует рис. 3.1, построенный по результатам расчета на ЦВМ режима трехфазного короткого замыкания на выводах турбодвигателя СТД-І2500, работающего с номинальной нагрузкой и номинальным возбуждением. Как следует из приведенного рисунка,значение ударного тока статора достигает 12 о.е., а соответствующие ударные значения тока ротора и электромагнитного момента составляют 5,75-7,5 о.е. С затуханием апериодической и сверхпереходной периодической составляющих тока статора (через 0,154-0,25 сек) одновременно затухают переменная составляющая тока ротора и знакопеременный
Осииллограша трехфазного короткого замыкания на выводах турбодвигателя СТД-І2500 электромагнитный момент двигателя.
Во время действия знакопеременного момента характер уменьшения частоты вращения привода является колебательным, а затем выбег продолжается под действием тормозного момента нагрузки. По мере уменьшения частоты вращения ротора увеличивается угол 0 между ЭДС двигателя Есь и напряжением системы Цс, которое продолжает колебаться с синхронной частотой. Постепенно отстающий вектор окажется через 0,15 сек в противофазе относительно вектора Цс, а через U.H6 сек угол б между векторами составит 360.
С целью повышения динамической устойчивости и обеспечения успешного самозапуска группы двигателей, подключенных к одной секции питания, часто применяют форсировку возбуждения синхронных двигателей. Действие форсировки повышает уровень напряжения на питающих шинах, снижающегося в результате коротких замыканий в узлах схемы электроснабжения / 23 /.
Расчет короткого замыкания на выводах турбодвигателя СТД-І2500 при форсировке напряжения возбуждения на 40% показывает, что ударные значения параметров режима почти не отличаются от соответствующих при К.З без действия форсировки, т.к. форсировка в начале режима не успевает оказать влияния на электромагнитное состояние машины ввиду механического и электромагнитного запаздывания.
Анализ асинхронных режимов синхронных двигателей
Выпадение из синхронизма и переход синхронного двигателя в асинхронный режим происходит в результате нарушения его динамической и статической устойчивости под влиянием различных возмущающих факторов, возникающих как на стороне статора, так и в системе возбуждения. К этим факторам относятся короткие замыкания и аварийные отключения в системах питания, сильные колебания напряжения и частоты на общих шинах в результате резких изменений в режимах работы питающего источника и параллельно подключенных двигателей и др.
В зависимости от причины выпадения из синхронизма и соответствующей настройки защитных устройств автоматики, синхронный двигатель может находиться в асинхронном режиме при наличии иди, отсутствии возбуждения / 90 /.
В асинхронном режиме частота вращения синхронного двигателя колеблется около некоторого значения, отличающегося от синхронной, что приводит к появлению переменного тока в обмотке возбуждения, изменяющегося с частотой скольжения. Этот ток при отсутствии питания от возбудителя симметричен и имеет амплитуду, зависящую от скольжения ротора относительно статора и в некоторой степени от величины ограничивающего сопротивления в пепи возбуждения. При этом электромагнитный момент, развиваемый двигателем, состоит из асинхронного положительного и знакопеременного, обусловленного неравенством магнитных проводимоетей машины по продольной и поперечной осям. Следовательно, результирующий момент является колебательным, зависящим от угла вылета ротора (рис. 4.16).
При асинхронном режиме, протекающем без снятия возбуждения, ток в обмотке ротора будет складываться из постоянного тока возбудителя и переменной составляющей, наводимой со стороны статора. Следовательно, ток ротора в этом случае является несимметричным с преобладающим положительным значением (рис. 4.1 а). Наличие возбуждения, и,следовательно, сильного электромагнитного поля двигателя приводит к усилению колебательного процесса во всех режимных параметрах. При этом появляется знакопеременный момент, обусловленный постоянным током возбуждения, меняющийся с частотой скольжения. Так как амплитуда синхронного момента может превышать значение асинхронного, то результирующий момент может стать знакопеременным, смещенным к положительным значениям на величину асинхронного момента (рис. 4.1а).
Глубина онижения частоты вращения привода и соответствующее значение скольжения ротора в асинхронном режиме определяется множеством факторов, к которым относятся параметры и конструктивные особенности двигателя, загрузка механизма, величина активного сопротивления в цепи возбуждения, значение сопротивления питающей сети Хдн и др.
Для анализа этих факторов были рассмотрены асинхронные режимы работы турбодвигателяСДГ-ЇІ2500 и явнополюсного двигателя СДК2-І9-39-І6, возникающие в результате потери возбуждения или аварийного отключения источника питания обмоток статора с одновременным снятием и без снятия возбуждения.
При потере возбуждения и переходе турбодвигателя, СТД-І2500, работающего без реактора ( Х ц =0,077), в асинхронный режим значение скольжения ротора при номинальной загрузке не превышает 1+2$, значение тока статора колеблется в пределах 1,8 2,2 о.е., а амплитуда знакопеременного тока в обмотке возбуждения, закороченной на Ra=3Rf , составляет 1,8 о.е. Малое значение скольжения ротора объясняется жесткостью асинхронной характеристики
Переход турбодвигателя СТД-І2500 к асинхронному режиму В результате .кратковременного отключения питания рассмотренного двигателя, при которой величина критического скольжения не превышает Ъ% (рис. 2.4).
Для явнополюсного синхронного двигателя СДК-2-І9-39-І6, обладающего менее жесткой асинхронной характеристикой (рис.2.3), значение скольжения при номинальной загрузке и Z&n=0 составляет 4$, ток статора колеблется в пределах 1,4 1,3 о.е., амплитуда тока в обмотке возбуждения if при Р =3 Rr равна 0,95 о.е. При коэффициенте загрузки механизма, равном 1,25 о.е, асинхронному режиму двигателя соответствуют следующие параметры: S=6$t Us =1,8 2,4 о.е.; Lf=l»2 о.е. Увеличение значения Ra, в цепи обмотки возбуждения в 2 3 раза не приводит к значительному изменению режимных параметров.
Как показывают результаты расчетов (рис. 4.1), кратковременные перерывы питания на статоре двигателя СТДг-12500 ; работающего о реактором ( Хвн =ОД57) и коэффициентом загрузки равном 1,2о.е. при одновременном отключении возбуждения, приводят к увеличению скольжения ротора до значения ( 5 =18$), превышающего свое критическое в два раза. Среднее значение электромагнитного момента двигателя, соответствующего данному значению скольжения, оказывается несколько ниже момента нагрузки на валу, что приводит к дальнейшему торможению двигателя. Протекание данного режима без снятия возбуждения (рис. 4.1а) н,е способствует улучшению условий самозапуска и ресинхронизации двигателя, а наоборот, приводит к более быстрому торможению под влиянием больших колебаний параметров режима»
