Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

Таким образом, начальное действующее значение результирую­ щего тока внезапного короткого замыкания превышает начальное

действующее значение симметричной составляющей этого тока в ]/3, т. е.

Все сказанное относилось к случаю трехфазного внезапного ко­ роткого замыкания. Более подробный анализ показывает, что токи / к внезапного двухфазного и однофазного короткого замыкания имеют — первые несколько меньшие, а вторые несколько большие значения, чем при трехфазном коротком замыкании.

С точки зрения нагрева обмоток режим мгновенного короткого замыкания не представляет собой опасности, так как этот процесс продолжается весьма короткое время. Главную опасность предста­ вляют возникающие большие механические усилия, которые могут повести к аварии генератора. Чтобы избежать ее, ток внезапного ко­ роткого замыкания ограничивают определенным наибольшим значе­ нием (§ 38-3), а лобовые части обмоток статора крупных синхронных машин снабжаются специальными креплениями.

38-5. Параметры синхронного генератора при несимметричных режимах

До сих пор рассматривались только симметричные режимы как при работе, так и при коротких замыканиях. Наряду с этим син­ хронным генераторам часто приходится работать в несимметричных режимах, когда фазные обмотки статора нагружены током неодина­ ково. Предельными случаями таких режимов являются короткие за­ мыкания. Здесь рассматриваются: двухфазное короткое замыкание с невыведенной нейтральной точкой и однофазное короткое замыка­ ние. При этом для простоты считается, что процесс внезапного корот­ кого замыкания уже закончился и синхронный генератор перешел в режим установившегося короткого замыкания.

А. Двухфазное короткое замыкание. Схема генератора в этом режиме показана на рис. 38-13, а; ротор возбужден и приведен во вращение в нормальном направлении с номинальной, т. е. синхрон­ ной, скоростью п (на рис. 38-13, а ротор не показан). По обмоткам

452

(А — X) — (У — В) течет однофазный ток, который создает намаг­ ничивающие силы F a и F b , совпадающие во времени по фазе, а в про­ странстве сдвинутые на 120° (рис. 38-13, б). В результате сложе­ ния Fa и Fb получается результирующая намагничивающая сила Fk2, которая создает пульсирующий с частотой / = ри/60 магнитный по­ ток ФК2.

Как известно (см. рис. 21-7), пульсирующий поток ФК2 можно разложить на два вращающихся потока, из которых один вращается относительно якоря (в пространстве) со скоростью п в том же напра­ влении, что и ротор, а другой — с той же относительно якоря ско­ ростью п, но в направлении, обратном вращению ротора.

Первый поток находится в постоянном взаимодействии с ротором, поскольку и поток, и ротор вращаются в одном и том же направлении

скоростью In — (—п)] = 2п и наводит в металлических частях ротора и его обмотках э. д. с. и токи двойной частоты 2/. Можно себе предста­ вить, что этот поток создается трехфазной симметричной системой токов, имеющей обратный порядок следования фаз, т. е. А — С — В (рис. 31-2). В этом случае получается асинхронная машина, работаю­ щая в режиме электромагнитного тормоза (§ 22-3 и 30-3).

Таким образом, двухфазное короткое замыкание синхронного ге­ нератора отличается от трехфазного наличием обратно вращающегося потока и сопряженных с ним процессов. Действие этого потока учи­ тывается с помощью особого параметра, а именно, индуктивного сопротивления х2, обратного следования фаз, активным сопротивле­ нием, соответствующим этому режиму, обычно пренебрегают.

Чтобы создать в синхронном генераторе условия, эквивалентные системе токов обратного следования фаз, поступают следующим образом:

1)приводят ротор во вращение в нормальном направлении с но­ минальной скоростью п\

2)ротор не должен быть возбужден, так как в противном случае

вобмотке якоря появилась бы система э. д. с. и токов прямого сле­ дования фаз, что было бы в противоречии с поставленной задачей. Обычно обмотку возбуждения замыкают накоротко (рис. 38-14), так как это близко подходит к тем условиям, в которых она находится при работе;

3) к обмотке статора подводят трехфазное симметричное напряже­ ние номинальной частоты, но обратного следования фаз U 2a — U2C —

— U2b , так, чтобы токи обратного следования фаз і 2а — / 2с — / Зн образовали намагничивающую силу, вращающуюся со скоростью ротора, но в обратную относительно него сторону.

Если измерить фазные значения подводимых к генератору напря­ жений 1/2ф и токов / 2ф, то

Величина х2 в сильной степени зависит от конструкции синхрон­ ного генератора. Машина, работающая в режиме электромагнитного тормоза, представляет собой трансформатор, первичной обмоткой которого является обмотка якоря, а вторич­ ной — замкнутые накоротко обмотки ротора:

обмотка возбуждения, успокоительная и кон­ туры в металлических частях ротора. Первич­ ный и вторичный токи короткозамкнутого тран­ сформатора создают намагничивающие силы, почти взаимно уравновешивающиеся, так что остаются только потоки рассеяния, сцеплен­ ные так: первичный с обмоткой якоря, вто­ ричный с обмоткой ротора. Соответственно этому

нимальные и максимальные значения.

Зная х2, можно определить величину тока двухфазного корот­ кого замыкания / К2, воспользовавшись схемой на рис. 38-15. В корот­

(рис. 38-13, б) можно создать с помощью двух последовательно сое­ диненных трехфазных обмоток с прямым А — В — С и обратным А — С — В порядком следования фаз (см. рис. 31-2). Соответственно этому в схеме на рис. 38-15 выполнено последовательное соединение сопротивления ^ для системы токов А — В — С и х2 — для системы

454

Действие тока нулевой последовательности / 0 учитывается с по­ мощью параметра х0 (активным сопротивлением пренебрегают). Если U0ф и / 0ф — значения напряжения и тока на фазу в схеме на рис. 38-16, то

Численные значения сопротивления х0%в относительных едини­ цах приводятся в табл. 38-2.

Таблица 38-2

Зная х0, можно определить величину тока однофазного корот­ кого замыкания / к1, воспользовавшись схемой на рис. 38-17. В корот­

изложены в аналитической форме с помощью так называемого ме­ тода симметричных составляющих, что, однако, выходит за рамки данного учебника.

Если асимметрия токов наблюдается при работе синхронной ма­ шины в эксплуатационных условиях, то, согласно ГОСТ 183—66, допускается работа синхронных машин, если ток в фазах не превы­ шает номинального значения и разность токов в фазах для генера­ торов с приводом от паровых и водяных турбин — не превышает 10% номинального тока фазы, а для всех других генераторов и синх­ ронных компенсаторов с явно выраженными полюсами — не пре­ вышает 20% номинального тока фазы.

456