 |
Несимметричная нагрузка синхронного генератора
|
|
|
|
Несимметричная нагрузка возникает при не равномерном распределении однофазных приемников по фазам, а также при обрыве фаз и несимметричном установившимся коротком замыкании. При анализе несимметричного режима используется метод симметричных составляющих, согласно которому каждая из трех фаз может быть представлена в виде трех симметричных составляющих: прямой, обратной и нулевой последовательности.
,
, (3.5)
.
Где 
– токи прямой последовательности,
– токи обратной последовательности,
– токи нулевой последовательности.
Системы различных последовательностей можно рассмотреть отдельно, предлагая, что насыщение отсутствует.
Токи прямой последовательности создают МДС реакции якоря, вращающуюся синхронно с ротором, как это имеет место в СГ при симметричной нагрузке. При несимметрии нагрузки в СГ возникают токи обратной последовательности, которые создают обратно–синхронную МДС и обратное синхронное поле, которые вращаются с синхронной частотой в направлении противоположном вращению ротора.
Токи нулевой последовательности создают лишь пульсирующие поля рассеяния, соответствующие высшим гармоникам 
, а основная гармоника поля будет отсутствовать.
Токи различных последовательностей можно определить через реальные несимметрические токи согласно следующим выражениям
,
, (3.6)
.
Для других фаз имеем
, 
, 
, 
, 
, (3.7)
где 
и 
.
Выражения (3.5,…,3.7) справедливы и для несимметричной системы напряжений
. (3.8)
С другой стороны это выражение можно записать в виде:
. (3.9)
Сравнивая (3.8) и (3.9) будем иметь:
,
, (3.10)
.
Здесь 
– полные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности.
При симметрической нагрузке существуют лишь токи прямой последовательности и каждое из фазных напряжений СГ определяется первым уравнением системы (3.10). При этом 
,
|
|
|
где 
- активное сопротивление обмотки статора,
- синхронное индуктивное сопротивление неявнополюсной СМ.
В случае явнополюсной СМ будем иметь
– полное сопротивление прямой последовательности по продольной оси,
– полное сопротивление прямой последовательности по поперечной оси.
Полное сопротивление обратной последовательности
.
Здесь 
– активное сопротивление обратной последовательности.
При этом 
, это связано с тем, что токи обратной последовательности обуславливают дополнительные потери в пассивных элементах ротора и успокоительной обмотке.
- индуктивное сопротивление обратной последовательности.
Индуктивное сопротивление 
. Это связано с тем, что токи обратной последовательности создают обратное синхронное поле, вращающиеся с двойной синхронной скоростью относительно ротора. Следовательно, это поле наводит в элементах ротора и в частности в успокоительной обмотке, расположенной в полюсных наконечниках, токи двойной частоты, которые демпфируют обратное поле, существенно уменьшая его.
Сопротивление обратной последовательности можно определить экспериментально. Для этого надо замкнуть обмотку возбуждения и привести ротор во вращение с синхронной частотой вращения в сторону, противоположную вращению магнитного поля, которое создается статором. При выполнении опыта измеряется напряжение, ток и мощность.
.
В случае явнополюсной СМ обратное синхронное поле демпфируется по продольной и поперечной осям неодинаково. Поэтому, будут неодинаковые и полные сопротивления по продольной и поперечной осям 
.
В этом случае при определении сопротивления обратной последовательности следует исходить из среднего значения тока обратной последовательности
|
|
|
,
.
Так как 
, то 
.
Обычно 
для неявнополюсных СГ, 
для явнополюсных СГ.
Сопротивление нулевой последовательности 
, где 
, 
– индуктивное сопротивление нулевой последовательности, (
при укороченном шаге). Сопротивление нулевой последовательности можно определить экспериментально. При этом обмотку возбуждения замыкают накоротко, и ротор приводят во вращение с синхронной скоростью. Фазные обмотки статора соединяются последовательно, и к ним подводится напряжение (рис. 3.37).
.
Несимметричная нагрузка сопровождается нежелательными явлениями. Обратное синхронное поле вызывает дополнительные потери в пассивных частях ротора и его обмотке (от токов двойной частоты.) При этом уменьшается КПД и сильно увеличивается температура ротора. Возможно искажение симметрии напряжений. В результате взаимодействия обратного синхронного поля и поля возбуждения появляется усилия двоичной частоты, что приводит к шуму и вибрации.
Несимметричные установившиеся короткие замыкания
Несимметричные установившиеся короткие замыкания являются предельными случаями несимметричной нагрузки. Рассмотрим однофазное установившееся короткое замыкание (рис. 3.38,а).
В этом случае 
, 
, 
. Токи прямой, обратной и нулевой последовательности соответственно будут
.
Тогда напряжение фазы
,
отсюда 
.
Установившийся ток однофазного короткого замыкания
.
При двухфазном установившемся коротком замыкании (рис.3.38,б) будем иметь
, 
,
Токи прямой, обратной и нулевой последовательности соответственно будут
, 
.
Напряжения фаз: 
, 
,
.
Отсюда имеем: 
или 
.
Преобразуя последнее уравнение с учетом изложенного выше, будем иметь
или 
.
Тогда 
.
Так как активные сопротивления невелики, то можно считать что
.
В соответствии с этим
, 
, 
.
Последние выражения позволяют определить индуктивные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности (рис. 3.39), если известна характеристика холостого хода, а также характеристик одно–, двух и трехфазного симметричного короткого замыкания.
; 
; 
; 
; 
.
Здесь 
– индуктивное сопротивление прямой последовательности,
– индуктивное сопротивление обратной последовательности,
– индуктивное сопротивление нулевой последовательности.
|
|
|
|
|
|
