Вибрация.

В результате взаимодействия потока возбуждения и потока обратной последовательности статора, а также поля прямой последовательности статора и поля токов двойной частоты ротора при несимметричной нагрузке на ротор и статор действуют знакопеременные вращающие моменты и тангенциальные силы, пульсирующие с частотой 2/_х.

Кроме того, вследствие этих же причин возникают пульсирующие радиальные силы притяжения и отталкивания между полюсами полей статора и ротора, стремящиеся деформировать статор и ротор. Эти силы вызывают вибрацию частей машины, шум и ослабление запрессовки сердечника статора. Пульсирующие силы двойной частоты ввиду усталостных явлений могут также вредно отразиться на прочности сварных соединений, в особенности при наличии дефектов сварки. Все указанные факторы, естественно, тем сильнее, чем больше несимметрия нагрузки.

Искажение симметрии напряжений. Токи обратной последовательности вызывают в фазах обмотки статора падения напряжения

Z₂/₂, векторы которых ориентированы относительно напряжений прямой последовательности в разных фазах по-разному.

В результате этого симметрия напряжений генератора искажается и напряжения более загруженных фаз будут меньше. Это ухудшает условия работы приемников, в особенности асинхронных и синхронных двигателей.

В машинах с успокоительными обмотками и массивными роторами или полюсами Z₂ меньше, вследствие чего и искажение симметрии напряжений у них меньше. Физически это объясняется тем, что в таких машинах поток обратной последовательности статора в значительной степени заглушается токами, индуктируемыми в роторе, и поэтому этот поток индуктирует в фазах обмотки статора меньшие э. д. с.

Высшие гармоники токов и напряжений. Как было установлено выше, ввиду неравенства сопротивлений по продольной (Z_di) и поперечной (Z_?2) осям возникает третья гармоника тока с частотой 3/х- В особенности сильное искажение формы кривой ток,а происходит при несимметричных коротких замыканиях, так как при этом сглаживающее влияние внешних индуктивных сопротивлений исчезает или ослабляется. В качестве примера на рис. 38-1 изображена форма кривой тока при двухфазном коротком замыкании.

Высшие гармоники тока могут вызвать опасные резонансные явления, если в цепях обмоток статора имеются емкости (например, емкость длинных линий передачи и пр.).

В результате резонанса напряжений на зажимах обмотки статора возникают напряжения повышенных частот, которые могут превысить номинальные напряжения во много раз и повредить изоляцию машины. Это является одной из причин того, что мощные гидрогенераторы, работающие на длинные линии передачи, обычно снабжаются успокоительными обмотками. При наличии успокоительных обмоток Z_rfa m Z_?2 и x"d ~ x"_q, вследствие чего в этом случае токи остаются синусоидальными и опасность указанных перенапряжений исчезает.

Допустимая несимметрия нагрузки ограничивается прежде всего необходимостью предотвращения опасного нагрева ротора, а также вибрации машины.

Согласно ГОСТ 183—66, допускается длительная работа турбо-и гидрогенераторов с несимметричной нагрузкой, если токи фаз не превышают номинальных значений и разность токов в фазах не превышает 10% номинального тока фазы.

§ 38-3. Несимметричные короткие замыкания

Основные уравнения. Рассмотрим установившиеся несимметричные короткие замыкания на зажимах генератора с соединением обмоток в звезду в предположении, что они происходят при работе на холостом ходу, и определим величины токов коротких замыканий. Для этого составим прежде всего уравнения, связывающие между собой токи (/], /₂, /₀), * сопротивления (Z\, 2₂, Z_o) и напряжения (U_lt U₂, U_o) разных последовательностей, причем Ui, U₂ и U_o являются" составляющими напряжений фаз U_a, lib, U_c в месте короткого замыкания (рис. 38-2).

Ток возбуждения индуктирует только э. д. с. прямой последовательности ¹ Ei = Е, и поэтому £₂ = Е_а = 0. Так как цепи фаз вплоть до места короткого замыкания симметричны, то уравнения напряжений для разных последовательностей независимы друг от друга и для фазы а имеют вид

Кром«того, существуют следующие зависимости между токами и напряжениями фаз и их симметричными составляющими:

бенностей каждого вида короткого замыкания, необходимо составить три дополнительных уравнения.

Сначала целесообразно определить симметричные составляющие токов и напряжений, а затем по уравнениям (38-13) и (38-14) найти фазные величины.

Из уравнений (38-12) можно определить симметричные составляющие напряжений:

Если подставить эти значения U_lt (]_г, й_а в уравнения (38-14), то последние приобретают вид

Согласно выражениям (38-16), напряжения фаз равны э. д. с. фаз Ё, а²Ё и аЁ минус падения напряжения от токов разных последовательностей в сопротивлениях соответствующих последовательностей.

Рис. 38-3. Схемы однофазного (а), двухфазного (б) и двухфазного на нейтраль (в) короткого замыкания синхронного генератора

Уравнения (38-12) — (38-16) действительны не только для несимметричных коротких замыканий, но и для общего случая несимметричной нагрузки синхронного генератора. Однако ниже он-и будут использованы для исследования несимметричных коротких замыканий.

Однофазные короткие замыкания. В этом случае, согласно схеме рис. 38-3, а,

или после подстановки значений а и о²

Рис. 38-6. Векторные диаграммы токов (а) и напр-яжений (б) при двухфазном коротком замыкании на нейтраль

Комплексные схемы замещения. Полученные результаты позволяют составить для различных видов коротких замыканий весьма простые комплексные схемы замещения, которые включают в себя сопротивления различных последовательностей и определяют соотношения между токами и напряжениями различных последовательностей.

На рис. 38-7, а на основании равенства (38-22) представлена такая схема для однофазного короткого замыкания. Генератор изображен в качестве источника э. д. с. Е, последовательно с ним соединено сопротивление прямой последовательности Z%, а между точками М и N, условно изображающими место короткого замыкания, включены последовательно Z₂ и Z_o. Ниже мы увидим, что такая структура схемы сохранится и для других видов коротких замыканий, но в месте короткого замыкания, между точками М и N, будут действовать другие величины сопротивлений.

Очевидно,что схема рис. 38-7, а вполне соответствует равенству (38-22). На этой схеме, кроме того, на основании уравнений (38-15) показано, между какими точками схемы действуют напряжения разных последовательностей. Как в данном,

так и в других случаях напряжение Ui действует между условными точками короткого замыкания М и Л', a U₂ и U_o равны падениям напряжения соответственно в сопротивлениях Z₃ и Z_o.

На рис. 38-7, б на основании равенства (38-28) представлена комплексная схема замещения для двухфазного короткого замыкания, а указанные там напряжения также определяются уравнениями (38-15). На рис. 38-7, в изображена схема для двухфазного короткого замыкания на нейтраль, соответствующая равенствам (38-36), а также (38-15) и (38-35). Наконец, на рис 38-7, г, согласно изложенному в § 33-2, изображена схема для трехфазного короткого замыкания. В этом случае

Рис. 38-7. Комплексные схемы замещения для однофазного (а), двухфазного (б), двухфазного на нейтраль (в) и трехфазного (г) короткого замыкания синхронного генератора

Установив вид комплексных схем замещения, можно не решать уравнения, как это было сделано выше, а выписать выражения _ для 1_и h> h ^и U_lt U₂, й₀ непосредственно на основе схем замещения. Если на схеме сопротивление какой-либо последовательности отсутствует, то соответствующие составляющие тока и напряжения равны нулю Можно показать, что схемы рис. 38-7 действительны не только для рассмотренных простейших коротких замыканий, но и для несимметричных коротких замыканий в сложной сети, причем в последнем случае под Z₁₍ Z₂ и Z_o нужно понимать сопротивления всей сети для токов соответствующих последовательностей.

Сравнение различных видов коротких замыканий. Если сопротивление нулевого провода равно нулю и короткие замыкания происходят на зажимах машины, то г₁ > г₂ > г₀ или при пренебрежении активными сопротивлениями Zj = х^ > г₂ = = х_% > г₀ = х₀ (см. тйбл. 32-1). В этом случае на основании равенств (38-23), (38-29), (38-37) и (38-40) можно установить, что при одинаковых Е будет ^ki > ^кг > ^кго > ^кз- Физически это можно объяснить тем, что при однофазном коротком замыкании размагничивающую реакцию якоря создает только ток одной фазы и поэтому в данном случае величина тока короткого замыкания получается наибольшей, а по мере увеличения числа короткозамк-нутых фаз их токи уменьшаются. С другой стороны, как видно из схем рис. 38-7, для токов прямой последовательности действительны обратные соотношения: наибольшая величина /_х соответствует трехфазному, а наименьшая — однофазному короткому замыканию. В соответствии со сказанным на рис. 38-8 изображены характеристики коротких замыканий.

При вычислении величин токов коротких замыканий всегда можно пользоваться соотношениями (38-24). Отметим, что, кроме рассмотренных выше токов

Рис. 38-8. Характеристики несимметричных и симметричных коротких замыканий синхронного генератора

основной частоты, при несимметричном роторе (отсутствие успокоительных обмоток и контуров) возникают также высшие гармоники токов.

Определение сопротивлений обратной последовательности. Данные опыта двухфазного короткого замыкания используются для определения г₂, х₂ и г₂. На рис. 38-9 показаны схемы двухфазного короткого замыкания с включением приборов для измерения необходимых величин, обозначения которых указаны рядом с условными изображениями приборов.

Рис. 38-9 Схемы для определения сопротивления обратной последовательности по данным опыта двухфазного короткого замыкания

Для модуля полного сопротивления по показаниям измерительных приборов на основании равенств (38-32) для схем рис. 38-9, а, б я в соответственно

Дата добавления: 2015-07-18