Брандина Электрические машины, страница 8

У неявнополюсных машин хР ≈(1,05...1,1) xσa , у явнополюсных хР ≈(1,1...1,3) xσa , причемвеличина хР зависит от места расположения точки A′′ .3.3.3. Диаграмма ПотьеДля неявнополюсных генераторов пользуются диаграммой Потье(рис.3.16), которая строится следующим образом.При заданных U, I, cosϕстоят векторы U& и I& и к вектору U& прибавляют векторыипадений напряжения ra I&jxσa I& . При этом получаютРис. 3.16.

Диаграмма ПотьеЭДСкотораяE& δ ,индуктируетсярезультирующимпотоком&зазора Фδ и определяетпоэтому степень насыщениямагнитной цепи в данномрежиме работы. Затем пох.х.х. находят необходимуюдля создания E& δ МДС F fc илиток возбуждения i fc . ВекторF fc (i fc ) опережает вектор E& δ навозбуждения F f (i f ) равна разности F fc (i fc ) иприведенной МДС якоря Fa′ = k d Fa ( I ′ = kid I&) . Диаграмма Потье состоит ,таким образом, из двух частей: диаграммы ЭДС или напряжений идиаграммы МДС. Последнюю следует рассматривать какпространственную диаграмму МДС.90°.

ПолнаяМДС53При практическом пользовании диаграммой Потье её совмещают сх.х.х. При этом вектор U& направляют по оси ординат, величину E& δсносят на эту же ось, затем на х.х.х., в результате чего находят ток i fe .К этому току под углом (90° + ϕ + δ) прибавляют I& ′ = k id I& , в результатечего находят ток i f .

Если ток i f снести на ось абсцисс, то по х.х.х.можно найти напряжение U0 , которое получится после сброса нагрузкипри неизменной величине i f , а также изменение напряжения ∆U.Активным сопротивлением ra обычно пренебрегают.Диаграмма (рис.3.16) построена в относительных единицах дляноминальной нагрузкиU* =1, I* =1, cosϕ = 0,8 (инд.), причемиспользована нормальная х.х.х. турбогенератора и принято, что ra =0.В диаграмме Потье МДС реакции якоря не раскладывается насоставляющие по осям d и q, и поэтому диаграмма Потье действительна только для неявнополюсных машин. Тем не менее ею пользуютсятакже для явнополюсных машин, так как ошибка в определении тока i fв случае cosϕ = 0,8 обычно не превышает 5...10%.Приведение полного тока I или МДС якоря Fa к обмотке возбужденияпроизводится так же, как приведение продольного тока МДС якоря.При построении диаграммы Потье обычно вместо xσa I откладываютx P I , что дает более точные результаты, т.к.

при этом учитываетсяповышенное насыщение магнитной цепи от потока рассеяниявозбуждения.3.4. Параллельная работа синхронных машин3.4.1.. Включение синхронных генераторов на параллельную работуУсловия синхронизацииПри включении генераторов напараллельную работу необходимо избегать чрезмерно большого броскатока и соответственно ударных электромагнитных моментов и сил.Поэтому предварительно необходимо выполнить ряд операций,называемых синхронизацией. Условия синхронизации заключаются вследующем :- напряжение включаемого генератора U Г должно быть равно напряжению сети Uc или уже работающего генератора;- частота генератора f г должна равняться частоте сети f с;- чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково;- напряжения U Г и UС должны быть в фазе.Равенство напряжений достигается путем регулирования токавозбуждения и контролируется вольтметром.

Изменение частоты ифазы напряжения генератора достигается изменение частоты вращениягенератора. Правильность чередования фаз проверяют только при54первом включении генератора после сборки схемы. Совпадениенапряжений по фазе контролируется с помощью ламп, нулевыхвольтметровилиспециальныхсинхроноскопов.Неправильнаясинхронизация может вызвать серьезную аварию. Например, еслинапряжения генератора и сети будут в противофазе, то ток привключении будет равен двойному току к.з.,а ударныеэлектромагнитные силы возрастут в 4 раза.Синхронизация с помощью лампового синхроноскопаТакаясинхронизация осуществляется по схеме включения ламповогосинхроноскопа либо на одновременное погасание света ламп, либо навращение света [1].В схеме "на погасание огня" каждая из ламп включается междуконтактами сети и генератора одной и той же фазы.

Напряжения на всехлампах одновременно равны нулю и перед включением генераторалампы не должны светиться. Достичь точного равенства частотпрактически невозможно, поэтому напряжения на лампах пульсируют сразностью частот (f Г - f С). Регулированием частоты генераторанеобходимо добиться, чтобы частота загорания и погасания ламп быламинимальной (период 3...5 с). Включение производят в момент, когдалампы не горят. Так как лампы погасают раньше, чем напряжениестанет равным нулю, то трудно выбрать правильный момент включения.В этом отношении лучшей является схема "на вращение огня", вкоторой одна из ламп включается между контактами сети и генератораодной и той же фазы, а две лампы - на разные фазы.

Отметим, что еслипри осуществлении схемы "на погасание огня" вместо одновременногопогасания и загорания всех трех ламп получится вращение света, а присхеме "на вращение огня" - одновременное погасание погасание изагорание ламп, то это будет указывать на неправильность чередованияфаз генератора и сети.

При этом необходимо поменять местами началадвух фаз обмотки статора генератора Для более точного выборамомента включения параллельно одной из ламп включают вольтметр,имеющий растянутую шкалу в области нуля (нулевой вольтметр).Другие методы синхронизации.Синхронизация с помощью лампприменяется только для генераторов малой мощности.

Для мощныхгенераторов пользуются электромагнитным синхроскопом, к которомуподаются напряжения генератора и сети. Этот прибор работает напринципе вращающегося магнитного поля, и при fГ ≠ fC стрелкавращается с частотой (fГ - fС) в ту или иную сторону в зависимости оттого, какая частота больше. При правильном моменте включениястрелка синхроскопа обращена вертикально вверх.Синхронизация генераторов является весьма ответственнойоперацией и требует от персонала большого внимания. В особенности55это важно в случае различных аварий, когда персонал работает внапряженной обстановке.

В этих случаях применяется метод грубойсинхронизации, или самосинхронизации. Генератор включается в сеть вневозбужденном состоянии (UГ = 0) при скорости вращения, близкой ксинхронной (допускается отклонение до 2%). При этом отпадаетнеобходимость в точном выравнивании частот, величины и фазынапряжений, благодаря чему процесс синхронизации предельноупрощается и возможность ошибочных действий исключается. Послевключения генератора в сеть подается возбуждение.Метод самосинхронизации можно применять в случаях, когда толчоктока не будет превышать 3,5 I H.

В большинстве случаев это условиевыполняется.3.4.2. Синхронные режимы параллельной работы синхронных машинРежим работы синхронной машины параллельно с сетью называетсясинхронным. Предположим, что сеть является бесконечно мощной, т.е. вней U = const и f = const. Это означает, что изменение режима работымашины не влияет на напряжение и частоту сети.Напряжение параллельно работающего генератора равнонапряжению сети. Для простоты предположим , что включаемая машинаявляется неявнополюсной и сопротивления якоря ra = 0.

Тогда, согласнодиаграмме рис.3.10 ток якоря машины определяется зависимостьюE& − U& ∆U&.(3.45)I& ==jxdjxdИзменение реактивной мощности. Режим компенсатораПредположим, что при включении на параллельную работу условиясинхронизации генератора были соблюдены в точности, т.е. U& Г = U& C .Тогда I& = 0 ,т.е. машина не примет на себя никакой нагрузки.56Рис. 3.17. Векторные диаграммы неявнополюсной синхронной машины приработе в режиме компенсатора (а,б) генератора (в) и двигателя (г)Предположим, что ток возбуждения после синхронизации былувеличен и поэтому E& > U& (рис.3.17,а).

Возникает ток I& , отстающий от∆U& , а также от E& и U& на 90°. Машина будет отдавать в сеть чистоиндуктивный ток и реактивную мощность. Если ток возбужденияуменьшить, так что E& < U& (рис.3.17,б), то ток I& также будет отставать от∆U& на 90°, но будет опережать E& и U& на 90°, т.е. машина будетотдавать в сеть емкостной ток и потреблять из сети реактивнуюмощность.Таким образом, изменение тока возбуждения синхронной машинывызывает изменение только реактивного тока и реактивной мощности.При E > U синхронная машина называется перевозбужденной, а приE < U - недовозбужденной . При равенстве активной мощности нулюперевозбужденная синхронная машина по отношению к сетиэквивалентна емкости, а недовозбужденная- индуктивности.Синхронная машина, не несущая активной нагрузки и загруженнаяреактивным током, называется синхронным компенсатором.

Такиекомпенсаторы применяются для повышения коэффициента мощности иподдержания напряжения сети. Если, например, такой компенсаторустановить в районе большой промышленной нагрузки и перевозбудитьего, то он будет снабжать асинхронные двигатели промышленныхпредприятий реактивной мощностью, питающая сеть и генераторыэлектрических станций будут разгружены от этой мощности,коэффициент мощности генераторов и сети повысится, потеримощности и падения напряжения в них уменьшатся и напряжение сети употребителей сохранится на нормальном уровне.Изменение активной мощности.

Режимы генератора и двигателяИзменение тока возбуждения не вызывает появления активнойнагрузки или её изменения. Чтобы включенная на параллельную работумашина, приняла на себя активную нагрузку и работала в режимегенератора, необходимо увеличить механический вращающий моментна её валу, увеличив, например, поступление воды или пара в турбину.Тогда равенство моментов на валу нарушится, ротор генератора,следовательно, и вектор ЭДС генератора E& забегут вперед нанекоторый угол Θ. При этом возникнет ток I& , отстающий, как и ранее, от∆U& = E& − U& на 90°. Но, как следует из рис.3.17,вв данном случае− 90° < ϕ < 90° иP = mUI cosϕ > 0 ,т.е. машина отдает в сеть активную мощность.Если, наоборот, притормозить ротор машины, создав на его валумеханическую нагрузку, то ЭДС E& отстанет от U& на некоторый угол Θ,57ток I& будет отставать от U& на угол 90° < ϕ < 270° (рис.3.17, г).