Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий

4-4. Несимметричная нагрузка трехфазного генератора

Несимметричная нагрузка трехфазных генераторов получается при неравномерном распределении однофазных приемников энергии. Однако в большинстве случаев достижение практически симметричной нагрузки не представляет затруднений.

Если нагрузку составляют однофазные электрические печи большой мощности, например на металлургических заводах, то распределению таких приемников энергии между фазами трехфазной сети следует уделять особое внимание. При наличии на указанных заводах собственных небольших электрических станций все же приходится считаться с возможностью заметной несимметрии нагрузки генераторов этих станций.

Несимметричная нагрузка может получиться при аварийных режимах, например в случае обрыва одного из проводов линии или при работе генераторов на линию через неполную трансформаторную группу. Возможны также несимметричные короткие замыкания: двухфазное, однофазное (при наличии нулевого провода).

Токи прямой последовательности создадут н. с, вращающуюся в сторону вращения полюсов с синхронной скоростью. Будем ее называть прямо-синхронной н. с. Она будет неподвижна относительно полюсов и определенным образом воздействовать на основное поле машины, т. е. создавать реакцию якоря в том смысле, в каком понимается это явление.

Токи обратной последовательности создадут н. с, вращающуюся в обратную сторону с синхронной скоростью. Будем ее называть обратно-синхронной или обратной н. с. Она будет вращаться относительно полюсов с двойной синхронной скоростью и вызовет соответствующее обратно-синхронное (или обратное) поле.

Токи нулевой последовательности создадут н. с, первые гармоники (так же как и гармоники с номером 5, 7, 11, 13 и т. д.) которые в сумме дадут нуль. Останутся только гармоники с номером, кратным трем. Они вызовут пульсирующие поля, оказывающие на работу машины относительно слабое влияние.

а) Обратно-синхронное поле. Обратно-синхронное поле, вызванное обратной н. с. статора, не будет иметь, как увидим, постоянной амплитуды.

Если бы были одинаковы магнитные проводимости и электрические цепи ротора по его продольной и поперечной осям, то мы могли бы считать, что работа синхронной машины по отношению к токам обратной последовательности подобна работе асинхронной машины в режиме тормоза при скольжении s=2. В действительности мы должны учесть как различие магнитных цепей, так и различие электрических контуров ротора по его продольной и поперечной осям. Вследствие указанного различия обратно вращающееся поле будет непостоянным. Оно будет изменяться в зависимости от положения его оси относительно оси полюсов.

В машине с цилиндрическим массивным ротором при разомкнутой обмотке возбуждения обратное поле практически не будет изменяться, так как здесь магнитные проводимости по продольной и поперечной осям ротора почти одинаковы. Поле будет в большой степени заглушаться вихревыми токами, наведенными им в массивном роторе. При замкнутой обмотке возбуждения обратное поле по продольной оси будет ослабляться в большей степени, чем по поперечной оси, так как н. с. от токов двойной частоты, наведенных в об-

мотке возбуждения, будет действовать против обратной н. с. при совпадении ее оси с осью полюсов. Все же различие обратного поля по продольной и поперечной осям ротора и в этом случае получается относительно небольшое, так как основное заглушающее действие оказывают вихревые токи, наведенные в массивном роторе.

Обратимся к явнополюсной машине, и будем считать, что ее полюсы и ярмо ротора собраны из листов и что на полюсах помещена только одна обмотка возбуждения.

Для более подробного рассмотрения действия обратной н. с. статора, вращающейся относительно ротора с двойной синхронной скоростью, целесообразно заменить ее двумя пульсирующими с двойной частотой н. с, связанными с вращающимся ротором. Обе эти пульсирующие н. с. должны иметь амплитуды, равные амплитуде обратной н. с. статора, и быть сдвинутыми в пространстве и во времени на 90°. Тогда, очевидно, их результирующая дает исходную обратную н. с. статора.

Будем считать, что одна из пульсирующих н. с, связанных с ротором, пульсирует по продольной оси, а другая по поперечной оси. Первую назовем продольно пульсирующей составляющей, а вторую — поперечно пульсирующей составляющей обратной н. с. статора.

Продольно пульсирующая н. с. вызывает пульсирующее с двойной частотой продольное поле. Оно будет в большой степени заглушаться действием токов, наведенных им в обмотке возбуждения. В результате наложения переменного тока на постоянный кривая тока в обмотке возбуждения будет иметь вид, представленный на рис. 4-44. Поэтому при измерении тока возбуждения магнитоэлектрическим амперметром показание его будет меньше, чем при измерении того же тока каким-либо другим амперметром, например тепловым или электродинамическим.

Поле, вызванное поперечно пульсирующей составляющей обратной н. с. статора, будет ослабляться в небольшой степени, так как вихревые токи, возникающие в стальных листах ротора, будут создавать лишь незначительно противодействующую н. с. Следовательно, результирующая поперечно пульсирующая н. с. будет больше, чем результирующая продольно пульсирующая н. с.

Чтобы выяснить действие результирующей поперечно пульсирующей н. с, заменим ее двумя н. с, вращающимися относительно ротора в разные стороны с двойной синхронной скоростью 2 п. Так как сам ротор вращается с синхронной скоростью, то одна из указанных вращающихся н. с. будет вращаться относительно статора со скоростью -2п+п=-п, т. е. с синхронной скоростью в обратную сторону относительно статора, а другая — со скоростью 2n+n=3n, т. е. с тройной синхронной скоростью. Первая н. с. создает поле, которое наводит в обмотке статора э. д. с. номинальной частоты, но обратной последовательности; вторая н. с. создает поле, которое наводит в обмотке статора э. д. с. тройной частоты. Эти э. д. с. тройной частоты, наведенные в фазах обмотки статора, будут сдвинуты по фазе на 120°; следовательно, они будут проявляться как в фазных, так и в междуфазных напряжениях. Их следует отличать от

Рис. 4-44. Кривая тока в обмотке возбуждения при наличии обратного поля.

э. д. с, наведенных третьими гармониками поля. Можно себе представить, что рассматриваемые э. д. с. тройной частоты создаются полем ротора с тем же числом полюсов, какое он имеет, но вращающимся с тройной синхронной скоростью.

Для того чтобы работа генератора при наличии токов обратной последовательности могла быть удовлетворительной, необходимо ослабить поле, создаваемое поперечно пульсирующей н. с. Вместе с тем желательно, чтобы поле, создаваемое продольно пульсирующей н. с, заглушалось не токами в обмотке возбуждения, а токами в другой обмотке, специально для этого устроенной. В этом случае удается почти совершенно избавиться от токов двойной частоты в обмотке возбуждения, ухудшающих условия коммутации возбудителя. Для ослабления указанных вредных действий обратной н. с. статора на роторе устраивается особая обмотка, называемая успокоительной. Она, как будет показано в дальнейшем, часто имеет и другое назначение.

б) Успокоительная обмотка. Успокоительной (или демпферной) обмоткой называется короткозамкнутая обмотка, помещенная на роторе. В явнополюсной машине успокоительная обмотка обычно выполняется в виде стержней, заложенных в пазы полюсных наконечников и соединенных на торцовых сторонах пластинами. Если пластины с торцовых сторон соединяют стержни лишь в пределах полюсной дуги, то получается продольная успокоительная обмотка (рис. 4-45). Если пластины при этом соединяются в кольца, размещенные вдоль всей окружности ротора, то получается продольно-поперечная обмотка (рис. 4-46).

При наличии успокоительной обмотки продольно пульсирующая н. с. будет уравновешиваться главным образом токами в этой обмотке. Тем самым обмотка возбуждения почти совершенно освобождается от токов двойной частоты¹. При наличии короткозамкнутых контуров по поперечной оси будет также ослабляться действие поперечно пульсирующей н. с.

Успокоительная обмотка должна иметь небольшие активное и индуктивное сопротивления — только в этом случае ее действие будет достаточно эффективным.

¹ В данном случае можно провести аналогию с трехобмоточным трансформатором, имеющим одностороннее расположение вторичных обмоток. При замыкании накоротко вторичной обмотки, расположенной рядом с первичной, ток, наведенный в другой вторичной обмотке, замкнутой накоротко, будет очень мал (см. § 2-16).

Из (4-35), (4-36) и (4-37) следует, что симметрия фазных напряжений нарушается из-за наличия составляющих обратной и нулевой последовательностей, а симметрия линейных напряжений — только из-за наличия составляющих обратной последовательности, причем указанные составляющие напряжений вызваны токами соответствующих последовательностей.

д) Допустимые значения тока обратной последовательности. Токи нулевой последовательности в значительно меньшей степени влияют на условия работы синхронной машины, чем токи обратной последовательности. Поэтому приходится считаться главным образом с влиянием последних.

Выясним допустимое значение тока обратной последовательности, во-первых, в отношении нарушения симметрии линейных напряжений и, во-вторых, в отношении нагревания ротора.

Рассмотрим первое. При несимметричной нагрузке линейные напряжения состоят из напряжений прямой и обратной последовательностей, причем напряжение обратной последовательности согласно предыдущему равно:

Обращаясь теперь к вопросу о допустимом токе обратной последовательности в отношении нагревания ротора, отметим прежде всего, что допустимое его значение будет зависеть от длительности режима работы при этом токе.

Особенно чувствительными к потерям, вызванным обратно вращающимся нолем, являются турбогенераторы, не имеющие отдельных успокоительных обмоток. Роторы современных больших турбогенераторов из условий допустимой окружной скорости приходится выполнять с ограниченным диаметром, что заставляет брать относительно высокую плотность тока для проводников обмотки возбуждения, так как только в этом случае размеры проводников позволяют уложить их в пазы ротора. Следовательно, учитывая повышенные потери в обмотках возбуждения, а также плохие условия ее охлаждения, нужно считать, что ротор в отношении теплового режима является весьма напряженной частью турбогенератора и что излишние потери в нем для него опасны. Вопрос о допустимом значении тока обратной последовательности для турбо-

генератора в отношении нагрева должен разрешаться опытным путем.

Если имеется в виду несимметричная нагрузка, то явнополюсную машину следует снабдить успокоительной обмоткой для уменьшения обратно вращающегося поля. Успокоительная обмотка должна быть так рассчитана, чтобы возникающие в ней потери не могли повысить нагревание ее и ротора сверх допустимых пределов. При отсутствии успокоительной обмотки возникает периодически изменяющийся момент из-за взаимодействия непостоянного обратного поля и токов статора, что может привести к заметным вибрациям машины.

Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий