Начальный момент переходного процесса в СМ. Внезапное изменение режима

Рассмотрим, как изменится баланс магнитных потоков, приведенный на рис. 4.17, если произошло, например, внезапное изменение потока продольной реакции статора на ДФ ad (рис. 4.22). Согласно закону Ленца приращение потока ДФаег вызовет ответную реакцию обмотки возбуждения ДФ^, при этом приращения потокосцеплений Дфа(Х и Дфу должны компенсировать друг друга, т. е. ДЧ7^ + ДФ/ = 0. С увеличением потока Ф^ до Ф^ пропорционально ему увеличивается поток Ф^р что приводит к уменьшению потока Ф^. Однако результирующий поток Ф? сохраняет свое предшествующее значение. Другими словами, в первый момент внезапного нарушения режима результирующий поток Ф? не меняется, следовательно, изменение реакции якоря в роторе никак не проявляется. Результирующее потокосцепление определяется геометрической суммой потокосцеплений (в системе сп. о. е.):

чу = чу - = ifXf - idxad. (4.23)

Потокосцепление статорной обмотки:

Фд Ifxad Idxd ifxad id(^xa ^ad)- (4-24)

Выразив из формулы (4.23) величину If =? + Iaxad)/xf и подставив ее в выражение (4.24), получим (2 %d “ — ]?

d

ДФЛ |

Ф/ad

Ф/ай

Фа<1

Феа

Фе

1Ф?

Рис. 4.22. Магнитные потоки СМ в установившемся режиме и в начальный момент КЗ (по оси d)

При неизменной частоте вращения ротора синхронного генератора напряжение Uq пропорционально потокосцеплению обмотки статора а в относительных единицах равно ему, Uq^ = ^(*)-

(2

xad

Xd “ — ) ;

(4.25)

Xf /

Uq — Eq Idxd’

где Eq переходная ЭДС синхронной машины, Eq = [xad/xf^z J xd переходное индуктивное сопротивление СМ по продольной оси. ЭДС является расчетной, т. е. ее невозможно измерить физически, ее величина пропорциональна полному потокосцеплению обмотки возбуждения.

Переходное индуктивное сопротивление xd , которое можно найти в соответствии с выражением (4.25),

„2 V2

/ xad . xad

xd=xd-— = xa + xad-- -

xf xfa ' xad

xad 4" xadxfa xad xfa 4" xad

= xa +

xadxfa xfo 4” xad

является паспортной характеристикой CM. Данное сопротивление представляет собой результирующую индуктивность статорной обмотки при закороченной обмотке возбуждения (и при разомкнутых демпферных).

Величина переходного индуктивного сопротивления по оси q совпадает с величиной синхронного индуктивного сопротивления по этой оси при разомкнутой демпферной обмотке, т. е. xq = xq. Соответствующие схемы замещения, полученные в указанных условиях из схем рис. 4.11 и 4.12 со с. 174-175, представлены на рис. 4.23.

б

^иаС^асг)

О---CWA----

Ld(.xd) ^od(^act) Z

С--------------------------‘

Рис. 4.23. Схемы замещения для определения переходных индуктивностей СМ по оси d (а) и оси q (б)

Переходная поперечная ЭДС синхронной машины Eq в начальный момент переходного процесса сохраняет свое предшествующее значение. Естественно, ЭДС Eq это значение ЭДС синхронной машины в установившемся (предшествующем) режиме, определяемая по Uq и Id предшествующего режима.

Из векторной диаграммы (рис. 4.24) видно, что вектор E'q совпадает с вектором Eq по направлению, а его значение меньше последнего на/d(xd — xd). Оставаясь неизменной в начальный момент внезапного нарушения режима, переходная ЭДС E’q позволяет связать предшествующий режим с новым режимом машины - в этом заключается ее практическая ценность. Дает возможность оценить внезапный переход от одного режима к другому E'q совместно с xd.

Векторная диаграмма СМ для E'

Рис. 4.24. Векторная диаграмма СМ для E'q

Особо надо отметить, что данная ЭДС не возникает в начальный момент нарушения режима, она как расчетная или условная величина существует в любой момент произвольного режима или процесса. Она не может меняться скачком, т. е. не претерпевает внезапных изменений при изменениях режима. Уже было показано, что x'q = xq (L'q = Lq), тогда Ed = Ed — Iq(xq = 0. Таким образом, если у

явнополюсной СМ без демпферных обмоток (и других аналогичных контуров) внезапно произошло изменение сопротивления цепи статора (при этом внешнее сопротивление хвн является чисто индуктивным), то начальное значение периодической составляющей тока возникшего переходного процесса, или так называемый начальный переходный ток, будет только продольным и составит

,, _ ?q(0)

'd(O) - < . •

xd ' хвн

Поскольку вдоль поперечной оси токов нет, то явнополюсная машина в переходном режиме может быть представлена ЭДС Eq за сопротивлением x'd (рис. 4.25).

В дальнейшем E'q будет изменяться по экспоненциальному закону с постоянной времени Td0 = Lf/Rf, стремясь к значению, соответствующему установившемуся току возбуждения (рис. 4.26).

Схема замещения

Рис. 4.25. Схема замещения

Изменение тока возбуждения

Рис. 4.26. Изменение тока возбуждения

Следует учесть тот факг, что у явнополюсных синхронных машин на роторе, кроме обмотки возбуждения, находятся успокоительные обмотки D (продольная) и Q (поперечная). У неявнополюсных машин (турбогенераторов) как таковых успокоительных обмоток нет, их роль выполняют проводники, замкнутые контуры, появляющиеся в массивном теле ротора. Если же генератор явнополюсный, то в нем успокоительные обмотки выполняются в виде стержней, закороченных с обоих концов. Источников напряжения и токов в нормальных режимах для этих обмоток нет. Назначение успокоительных обмоток — гашение свободных колебаний (качания ротора). Во время переходного процесса в обмотках ротора, а также в самом роторе наводятся свободные токи. При их взаимодействии с магнитным полем статора появляется успокоительный момент, стремящийся восстановить синхронную скорость вращения генератора. Наличие успокоительных обмоток уменьшает электрическую несимметрию ротора во время переходного процесса. При наличии демпферных обмоток компенсация реакции статора продольной оси машины обеспечивается токами не только в обмотке возбуждения, как было рассмотрено ранее (см. рис. 4.22), но и в демпферных обмотках. Внезапное прира

щение ДФдй вызовет ответную реакцию ротора, которая образуется из приращений потоков обмотки возбуждения ДФ^ и продольной (демпферной) ДФд.

При резком изменении режима в обмотках статора появляются

A/d и &Iq, или составляющие тока реакции статора (рис. 4.27), создаются потоки реакции якоря. Следовательно, в обмотках ротора наводятся свободные токи, которые создают потоки, направленные навстречу изменениям реакции якоря:

Д7^ДФа^Д/Л

Д/о -»Дфуг, ДФ0.

Токи в продольных роторных обмотках

Рис. 4.27. Токи в продольных роторных обмотках

Аналогично этому выражению можно записать, что

Д/q -> ДФ^ -> Д/q -> ДФ/} ДФ0.

Здесь ДФ ad и ДФаб? появляются как реакция статора, а ДФ/, ДФО, ДФд — как ответная реакция ротора, причем они (реакция статора и реакция ротора) направлены навстречу друг другу.

Баланс результирующих потокосцеплений сохраняется неизменным:

+ xad) 4- = 0; (4.26)

Д^оС^Оа 4" xad) 4" &Ifxad 4" ^dxad = 0- 027)

Выражение (4.26) соответствует балансу потокосцеплений для обмотки возбуждения, а выражение (4.27) составлено для продольной демпферной обмотки. Приравняв левые части выражений (4.26) и (4.27), получим соотношение между токами обмотки возбуждения и продольной демпферной обмотки:

= ^DxDa, (4.28)

где Д7/ — приведенный к статору скачок тока возбуждения; Xfa и xDcs реактивности рассеяния обмоток возбуждения и продольной демпферной; A/D — начальный ток продольной демпферной обмотки, приведенный к статору.

Из выражения (4.28) следует, что, чем меньше рассеяние обмотки возбуждения, тем больше наведенный в ней ток и тем больше ее участие в создании ответной реакции ротора.

Для синхронной машины с демпферными обмотками при внезапном изменении режима следует использовать схемы замещения, аналогичные представленным на рис. 4.15, а, б.

Сверхпереходные сопротивления по продольной и поперечной осям синхронного генератора определяются по выражениям:

„ ( 1 1 1 xd =Ха+ —+ — +-

xad xfu xDa

-1 = Xd--7----v,

xad “Ь II xDu)

„2 xad

Y2 "V2

_ _ лад

У Y V

лад ' Xq

Xq — xo +

1 1 --1-- ^aq xQu,

Соотношения между сопротивлениями: xd < xd < xd. Для неявнополюсной машины xd = xq, xd = x%. ЭДС за сверхпереходными реактивностями — это сверхпереходные ЭДС в продольной (Ed) и поперечной (F") осях. Приставка «сверх» показывает, что эти величины учитывают влияние демпферных обмоток. Указанные ЭДС в начальный момент внезапного нарушения режима сохраняют свои значения неизменными.

Напряжения вычисляются как

[/d=Fj-/qx";

Векторная диаграмма СМ к определению F"

Рис. 4.28. Векторная диаграмма СМ к определению F"

При трехфазном КЗ на выводах генератора Uq = 0; если ^q(O) ~ ^q(o) + 4i(0)*d> т0 ^d(O) = ^q(0)/xd-

Fd(0) = ^d(O) + !q(O)xq-

Таким образом, в начальный момент внезапного нарушения режима машину с демпферными обмотками (или демпферными контурами) полностью характеризуют реактивности xd и xq, ЭДС hEJ(0). Реактивные сопротивления учитывают влияние демпферных обмоток (или эквивалентных им контуров), являются характерными для машины и приводятся в паспортных данных, а сверхпереходные ЭДС — это расчетные условные величины.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >