Устойчивость работы синхронного двигателя

Устойчивость синхронного и асинхронного двигателей

Определение и анализ критического режима для синхронного двигателя, связанного с источником электроэнергии постоянным сопротивлением. Расчет критического напряжения на зажимах двигателя. Характеристика особенностей учета воздействия электрической сети.

Рубрика Физика и энергетика
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 01.11.2014
Размер файла 365,8 K
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

на тему: «Устойчивость синхронного и асинхронного двигателей»

1. Общие положения анализа устойчивости узлов нагрузки при малых возмущениях

2. Основные математические соотношения для анализа статической устойчивости узлов нагрузки

2.1 Расчет устойчивости асинхронных и синхронных двигателей

2.2 Учет воздействия электрической сети

3. Учет влияния компенсации реактивной мощности

Определение условий устойчивости электрической нагрузки энергосистем является одним из необходимых этапов общего анализа энергосистем, определение пропускной способности линий электропередач, выбор средств управления, регулирования и т.д.. Такие исследования выполняются как на различных этапах проектирования, так и при эксплуатации — главным образом для уточнения области допустимых режимов.

Расчеты устойчивости нагрузки необходимы при проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий для разработки мер, обеспечивают непрерывность технологичность процессов в различных режимах работы предприятий и при различных возмущениях.

Исследование устойчивости энергетических систем в общем случае предполагает анализ устойчивости статической или динамической как генераторов, так и двигателей. В энергосистемах возможны случаи, когда нарушение устойчивости генераторов не приводит к нарушению работы двигателей. В то же время возможны системные ситуации, которые вызывают торможение и последующее отключение больших групп двигателей при сохранении параллельной работы генераторов. Поэтому задача обеспечения устойчивости двигателей очень актуальна.

Целью работы является анализ статической устойчивости промышленных потребителей с двигательной нагрузкой при наличии синхронных и асинхронных двигателей.

Для исследования цели работы были поставлены и решены следующие задачи:

* разработка программного обеспечения для изучения теоретических положений вторичных критериев статической устойчивости;

* разработка программного обеспечения для выполнения расчетов по определению условий статической устойчивости методом малых колебаний;

* разработка методических указаний для создания лабораторной работы по изучению условий статической устойчивости более простой электрической системы.

Особенностью расчетов устойчивости узлов нагрузки является применение ЭВМ с использованием соответствующих математических моделей. Математическое описание двигательной нагрузки складывается в зависимости от числа двигателей, включенные в узле. Надо различать три основных случая.

1. Небольшая группа двигателей. Двигатель вводиться в расчет непосредственно: каждый из них учитывается своими уравнениями и параметрами.

2. Группы из многих двигателей, обслуживающих одно производство. Такие группы заменяют небольшим количеством двигателей.

3. Мощные узлы нагрузки. Их описание для расчетов устойчивости составляется на основе конкретных данных о составе нагрузки и параметров распределительной сети с использованием некоторых параметров, полученных путем статистического анализа.

Использование на промышленных предприятиях полупроводниковых преобразователей, дуговых печей прямого нагрева для плавки стали, электросварочных установок вызывают большое потребление реактивной мощности. Поэтому при анализе электромеханических переходных процессов необходимо учитывать влияние реактивной мощности на устойчивость узлов электрических нагрузок.

В практике исследования устойчивости узлов нагрузки применяемые комплексные расчетные модели описывают простую одноузловую схему. Такие модели позволяют воспроизвести основные особенности переходных процессов в электродвигателях и учесть влияние других электроприемников.

Комплексные расчетные модели нагрузки содержат уравнения эквивалентных асинхронного и синхронного двигателей, а также статической нагрузки. Под статической нагрузкой понимают нагрузку, которая не имеет магнитных полей, вращающихся: освещение, электропечи, коммунально-бытовые приборы, конденсаторные батареи, индуктивные и активные сопротивления элементов сети.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ АНАЛИЗА УСТОЙЧИВОСТИ УЗЛОВ НАГРУЗКИ ПРИ МАЛЫХ ВОЗМУЩЕНИЯХ

Малые возмущения могут возникать под действием системы питания (изменение напряжения и частоты), а также вследствие изменения работы самой системы и ее электропотребителей по условиям технологического процесса (изменение количества линий питания, оперативные переключения и т.п.). В таких условиях электроснабжения свойства и тип электроприемников узла нагрузки существенно влияет на его устойчивость.

Статическую устойчивость узла промышленного нагрузки рассчитывают в такой последовательности :

— Заменяют узел нагрузки расчетной моделью и определяют ее параметры;

— Выделяют существенные параметры и критерии устойчивости для данной схемы электроснабжения;

— Оценивают допустимый режим по критическому значению существенных переменных запасом устойчивости.

Узел нагрузки с асинхронными двигателями замещают расчетной моделью в виде эквивалентного асинхронного двигателя. Погрешность замещения зависит от способа ее осуществления. Выбор критерия замещения зависит от цели задачи, которая решается, и необходимой точности. В приближенных расчетах можно использовать статистические параметры эквивалентного двигателя.

Разнотипность синхронных двигателей в узлах нагрузки невелика. Это позволяет учитывать их по фактическим параметрам и параметрам нормального режима. В приближенных расчетах устойчивости узлов нагрузки используют средние значения параметров синхронных двигателей. Они отличаются в зависимости от типа двигателей (явнополюсный, неявнополюсный).

Узел нагрузки, где есть асинхронные и синхронные двигатели, представляющие комплексной расчетной моделью. Ее параметры можно установить замещением отдельных характерных составляющих нагрузки, которые описываются статическими характеристиками. Для приближенных расчетов можно использовать средние значения параметров модели.

Устойчивость узла нагрузки анализируют в схеме замещения всей системы электроснабжения и параметрами ее режима. В зависимости от конкретных условий расчетную схему электроснабжения сводят к одному из основных видов, приведенных на рис. 1.

Рисунок 1 — Расчетные модели узла нагрузки

Это дает возможность использовать практические критерии устойчивости. Таким образом, получают четыре расчетных моделей узла нагрузки, которые отличаются между собой критериями устойчивости :

1. Модель, где напряжение в узле нагрузки является независимой переменной, которая не зависит от режима работы электроприемников, что позволяет рассчитывать устойчивость независимо для каждой из характерных групп электроприемников по основному критерию (рис. 1 а).

2. Модель, где характерные группы электроприемников радиально связанные с помощью внешнего сопротивления с шинами узла нагрузки, напряжение на которых является независимой переменной режима (рис. 1, б).

3. Модель, где характерные группы электроприемников соединены с узлом нагрузки с помощью внешнего сопротивления и независимым переменным режима является э.д.с. источника питания (рис. 1, в).

4. Модель, где узел нагрузки содержит все характерные составляющие, а также источник реактивной мощности (ИРМ) (рис. 1, г).

2. ОСНОВНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ УЗЛОВ НАГРУЗКИ

2.1 РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ АСИНХРОННЫХ И СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Нарушение статической устойчивости в своей начальной стадии может характеризоваться меняющимся (апериодическим) изменением параметров режима, например, увеличением угла нагрузки, если мощность, приводного механизма превышает максимальное значение. При некоторых условиях возможно также нарушение статической устойчивости при возникновении и росте колебаний параметров режима (колебательное возбуждение). Основными причинами, которые вызывают нарушения апериодического типа является рост мощности, значительное увеличение внешнего сопротивления и чаще всего снижение напряжения в узле нагрузки. Конечно, запас по статической устойчивости нагрузки оценивается величиной допустимого снижения напряжения в точке питания при нормальном состоянии сети.

Значение напряжения на зажимах двигателей и независимым от режима работы двигателей э.д.с. источники питания называются критическими (), если они соответствуют границе апериодической устойчивости. Критический режим для синхронного двигателя, связанного с источником э.д.с. постоянным сопротивлением, определяются следующим выражением

Читать еще:  Что то жужжит в двигателе рено логан

Независимая оценка устойчивости узла нагрузки по отдельным группам асинхронных и синхронных двигателей выполняется для расчетных моделей согласно рис. 1 а и б. Существенной независимой переменной в этом случае является напряжение на шинах узла нагрузки. Для оценки его устойчивости используют главные критерии устойчивости:

При этом необходимо учитывать характеристики представленных механизмов и их загрузки.

Для асинхронных двигателей (или их эквивалента) главным требованием нарушения устойчивости является граничное уравнение. При Ммх=соnst и непосредственным включением двигателей к шинам узла нагрузки критические параметры, соответствующие граничному режиму его статической устойчивости, определяются по формулам:

При включении двигателей к узлу нагрузки через собственные внешние сопротивления zвн.1, zвн.2 і zвн.3 (см. рис. 1, б) расчет предельных параметров режима и запаса устойчивости выполняется аналогично с учетом этих сопротивлений.

Если активными сопротивлениями пренебрегать, то расчетные формулы в таком случае имеют вид:

Наличие внешнего сопротивления при включении к узлу нагрузки асинхронных двигателей снижает пороговое по статической устойчивостью значение скольжения.

При известной характеристике представленного механизма Ммх = f (s) пороговые параметры режима находят при решении системы уравнений:

С учетом выражения для расчета предельного скольжения

и системы уравнений (1) после соответствующих преобразований система уравнений (2) принимает вид:

Рассчитав систему уравнений (3), можно определить параметры Uскр и Sу для предельного по устойчивости режима, где соответствующее границе статической устойчивости скольжения Sу будет больше предельного скольжения при М

Динамическая устойчивость судовых синхронных генераторов

В отличие от статической устойчивости, которая рассматривается при медленном изменении нагрузки, динамическая устойчивость характеризует поведение синхронного генератора при внезапном изменении нагрузки.

Динамической устойчивостью называется способность генератора возвращаться к установившейся работе, не выпадая из синхронизма, после временного резкого отклонения режима. В этих условиях система регулирования первичного двигателя не успевает создавать соответствующее изменение первичного фактора при изменениях нагрузки генератора. Такое резкое внезапное изменение нагрузки происходит при включении или выключении мощных потребителей, отключении одного из параллельно работающих генераторов, а также при коротких замыканиях в сети.

Статическая устойчивость системы является обязательной, но еще недостаточной предпосылкой ее устойчивости в динамическом режиме. Статически устойчивая система может оказаться неустойчивой динамически.

Если синхронный генератор работает с неизменными значениями, то каждому значению развиваемой им мощности соответствует определенное положение ротора относительно магнитного потока статора, т. е. определенное значение угла нагрузки. Это имеет место в установившемся режиме.

При внезапном увеличении механической мощности на валу первичного двигателя ротор генератора, преодолев инерцию находящихся на валу агрегата масс, придет в движение в направлении увеличения угла нагрузки. Достигнув угла, соответствующего новой мощности, ротор генератора не остановится, а будет продолжать отклоняться на больший угол, пока не израсходует запас кинетической энергии движущихся масс. Затем, поскольку мощность генератора стала больше мощности первичного двигателя, начнется обратное движение ротора, и вновь из-за большой инерционности он пройдет положение, соответствующее равновесию мощностей. Так, ротор будет совершать колебания относительно некоторого определенного нагрузкой среднего положения.

В процессе качаний ротора магнитные силовые линии, связывающие его со статором, растягиваются и сжимаются, как пружина. При больших углах поворота эта связь может быть оборвана и генератор выйдет из синхронизма. Но генератор может не выйти из синхронизма даже и в том случае, если ротор повернется на угол, превышающий 1/2; только при этом он должен израсходовать запас кинетической энергии в пределах угла, при котором мощность генератора будет больше мощности первичного двигателя. Тогда ротор вернется в область статической устойчивости Если же ротор

повернется на угол, при котором мощность генератора будет меньше мощности первичного двигателя, то угол поворота увеличится до 0>я и генератор перейдет в двигательный режим. При этом он будет развивать дополнительный вращающий момент и мощность, вызывающие дальнейший разгон агрегата в асинхронном режиме работы генератора. Особенно опасные качания ротора возникают в результате провалов напряжения генератора.

Рассмотрим изменение режима работы генератора, вызванное провалом напряжения в сети. В нормальном режиме генератор работает с углом нагрузки, потребляя мощность первичного двигателя, что на рис. 1 соответствует положению точки а на угловой характеристике. При внезапном уменьшении напряжения угловая характеристика будет соответствовать кривой. Ротор генератора ввиду большой инерционности в первый момент времени не изменяет своего положения. Поэтому генератор, перейдя на характеристику, потребляет и отдает потребителям (потерями в генераторе пренебрегаем) мощность, соответствующую точке. Эта мощность меньше мощности первичного двигателя, определяемой характеристикой. Превышение мощности генератора механической мощностью, приложенной к валу агрегата, вызывает увеличение угла смещения ротора относительно поля статора от 01 до 02, при котором наступает равновесие мощностей, и далее до 03 — в результате инерционности ротора. При этом изменение мощности генератора определяется ординатами точек соответственно, причем на участке cd мощность генератора больше мощности первичного двигателя и движение осуществляется за счет запасенной ранее кинетической энергии ротора. В точке d кинетическая энергия оказывается израсходованной, и ротор начинает затормаживаться, вновь по инерции проходя точку с равновесия мощностей. Затухающие колебания ротора относительно точки с на рис. 34 изображены кривой.

На основании так называемого метода площадей рассмотренный процесс качания ротора объясняется следующим образом. При переходе генератора с характеристики 1 на характеристику 2 количество запасенной ротором кинетической энергии пропорционально площади фигуры abc. Отклонение ротора на максимальный угол 0з от равновесного положения соответствует расходу кинетической энергии, пропорциональной площади фигуры cde, которая равна площади abc.

В рассмотренных случаях напряжение синхронного генератора изменяется внешними условиями (например, коротким замыканием в сети) и поэтому генератор не влияет на величину напряжения и частоты сети, что соответствует параллельной работе его с мощной сетью.

Рис. 1. График динамической устойчивости синхронного генератора при провале напряжения в сети.

На судовых электростанциях обычно устанавливаются генераторы одинаковой или соизмеримой мощности. Поэтому нарушение режима работы электростанции вызывает качания всех генераторов. Генераторы одинаковые по мощности и с одинаковыми приводными двигателями, как правило, совершают одинаковые по амплитуде и частоте колебания и угол рассогласования между ними в этом случае невелик. Поэтому в отношении динамической устойчивости такие генераторные агрегаты являются достаточно надежными. Менее надежными в этом отношении являются агрегаты с различными по типу и мощности приводными двигателями. Турбогенераторы имеют значительно большую механическую постоянную времени, чем дизель-генераторы, и поэтому их колебания отличаются большей длительностью периодов колебаний. В результате качания роторы таких агрегатов даже при незначительных амплитудах могут со временем образовать угол рассогласования, при котором генераторы выйдут из синхронизма. Угол рассогласования увеличивается также в случае различной загрузки генераторов к моменту падения напряжения. Во избежание выпадения генераторов из синхронизма короткие замыкания должны отключаться при угле 8, не превышающем предельного значения.

При коротких замыканиях на небольшом удалении от шин ГРЩ напряжение генераторов становится близким к нулю и генераторы оказываются работающими раздельно. Чем быстрее будет отключено такое короткое замыкание, тем меньше генераторы будут работать изолированно друг от друга и тем легче они вновь войдут в синхронизм после отключения короткого замыкания. Расчеты показывают, что это время не должно превышать 0,2 с.

Читать еще:  Двигатели 12 вольт с редуктором 8000 оборотов

Динамическая устойчивость генераторов при коротких замыканиях повышается с увеличением быстродействия автоматических регуляторов напряжения, скорости нарастания и величины предельного напряжения возбуждения.

Регуляторы скорости первичных двигателей не оказывают существенного влияния на динамическую устойчивость генераторов при коротких замыканиях, так как их собственное время срабатывания обычно больше времени с момента нарушения нормального режима до отключения короткого замыкания.

Для повышения динамической устойчивости современные судовые генераторы снабжаются успокоительной (демпферной) обмоткой, которая представляет собой стержни, закороченные по концам и уложенные в продольные пазы полюсных наконечников ротора. Во время колебаний ротора относительно синхронно вращающегося поля статора в успокоительной обмотке индуктируется ток, который, взаимодействуя с полем статора, создает тормозной момент, способствующий быстрому затуханию колебаний ротора.

Рис. 2. График динамической устойчивости синхронного генератора при коротком замыкании.

Из изложенного следует, что при внезапных изменениях режима работы синхронных генераторов повышение их динамической устойчивости обеспечивается:
— применением быстродействующих систем автоматического регулирования напряжения генераторов и частоты вращения первичных двигателей;
— применением форсирования возбуждения;
— увеличением механической инерции агрегатов;
— установкой и включением на параллельную работу генераторных агрегатов одного типа и мощности;
— снижением индуктивных сопротивлений генераторов и других элементов системы;
— устройством успокоительных (Демпферных) обмоток на роторах генераторов.

Кроме того, повышение динамической устойчивости синхронных генераторов достигается также сокращением времени отключения коротких замыканий.

39.(20) Динамическая устойчивость синхронного двигателя.

При кратковр. набросе мех. мощности на вал ротора синхр. двигателя (рис.1) правило площадей определяется равенством

Случай, когда (рис. 1, б) является условием определения пред. угла восстановления исходного момента.

Рис.1. Иллюстрация процессов в СД при набросе механического момента

По известному методом численного интегрирования нетрудно найти (см. рис. 1, а), то есть определить предельную длительность импульса Рмех.

При кратковр снижении напр-ия условия сохранения динам. устойчивости синхр. двигателя принципиально не отличаются от случая наброса мех. момента. Так, при снижении питающего напряжения от значения до значения (рис. 2, б) электромагн. мощность синхр. двигателя скачком изменяется от точки A до точки B (рис.2, б) и двигатель начинает затормаживаться. При восстановлении напряжения электромагн. мощность переходит из точки C в точку C” и далее ротор двигателя ускоряется. В предельном случае, показанном на рис. 2, площадь возможного ускорения равна площади торможения, ограниченной точкой F, которой соответствует критический угол .

Рис. 2. Иллюстрация процессов в СД при кратковременном снижении напр-ия.

В этом случае на основе равенства можно определить пред. угол восстановления напряжения ( рис.2, б) и, путѐм численного интегрирования – пред. время восстановления напр-ия (рис. 2, а).

40.(28) Процессы при самозапуске электродвигателей.

Самозапуском асинхронного двигателя называют процесс восстановления нормальной работы после еѐ кратковременного нарушения, вызванного исчезновением питания или кратковременным снижением напряжения питания.

(на рис)В этих условиях тормозящий момент приводного механизма превосходит электромагнитный вращающий момент; двигатель затормаживается; его скорость уменьшается, а скольжение возрастает.

Рис. 1. Работа AД при кратковременном снижении питающего напряжения

Если восстановление напряжения произойдет при sвос1 sb на двигатель по прежнему будет действовать избыточный тормозящий момент – скольжение возрастает и двигатель останавливается. В этом случае самозапуск невозможен. Условия самозапуска выполняются, если в момент восстановления напряжения электромагнитный момент будет больше механического.

Из этих рассуждений следует, что условием успешного самозапуска

АД может служить неравенство sвос1 17 / 17 17

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Устойчивость работы синхронного двигателя

В соответствии с принципом обратимости синхронная машина может работать не только в режиме генератора, но и в режиме двигателя.

Если вал синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, отсоединить от первичного двигателя, не отключая цепей статора и ротора, то синхронная машина будет работать в режиме двигателя. В этом случае трехфазный ток в обмотке статора синхронной машины создает вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с магнитным полем ротора, заставляет вращаться ротор с синхронной частотой вращения.

Для уяснения принципа работы синхронного двигателя рассмотрим его модель (рис. 19.1), состоящую из внешней и внутренней магнитных систем с явно выраженными полюсами, разделенных зазором. Обе системы могут вращаться относительно общей оси, при этом внутренняя система (ротор) расположена на валу.

Если к внешней магнитной системе приложить вращающий момент М,м, то она начнет вращаться и создаст вращающееся поле, аналогичное вращающемуся магнитному полю обмотки статора при подключении ее к сети трехфазного тока. Благодаря магнитной связи между разноименными полюсами магнитных систем вращение внешней системы полюсов передается внутренней системе. В результате ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и поле внешней системы.

Если пренебречь трением, то можно считать, что в режимах холостого хода момент, противодействующий вращению, равен нулю. Тогда полюса магнитных систем, вращаясь в одну сторону с одинаковой частотой, располагаются соосно друг относительно друга (рис. 19.1, а). Если же к валу приложить тормозящее усилие в виде противодействующего момента М2, то внутренняя система полюсов сместится относительно внешней системы на угол 0 (рис. 19.1, б), значение которого определяется величиной противодействующего момента.

В синхронном двигателе в отличие от рассматриваемой модели вращающееся поле создается не вращением магнитной системы, а трехфазным током в обмотке статора. При этом мощность, развиваемая на валу двигателя, компенсируется мощностью, поступающей из сети.

Таким образом, в синхронном двигателе так же, как и в генераторе, взаимодействием тока статора с магнитным полем ротора создается электромагнитный момент (см. рис. 12.2), но в отличие от генератора этот момент в двигателе является вращающим.

При изменениях нагрузки на валу синхронного двигателя происходят изменения угла © между вектором МДС ротора и вектором МДС обмотки статора, что сопровождается сштветствующим электромагнитного вращающего момента, синхронном генераторе увеличение сопровождается увеличением угла © в вращения ротора, т. е. вектор МДС ротора (ось полюсов ротора) генератора опережает вектор МДС статора, то в двигателе увеличение нагрузки на вал сопровождается увеличением угла © в направлении, противоположном вращению ротора (сравните рис. 12.2 и 19.1, б).

Это поясняется также и векторной диаграммой синхронного двигателя (рис. 19.2). Прежде чем рассмотреть эту диаграмму, вернемся к векторной диаграмме синхронного генератора, работающего параллельно с сетью (см. рис. 12.1, б). Если уменьшать вращающий момент Mi первичного двигателя, то угол © синхронного генератора будет уменьшаться. Если же этот момент уменьшиться до значения, равного моменту холостого хода генератора ( Mi = М0), то угол © = 0,и векторная диаграмма примет вид, представленный на рис. 12.1, а.

При дальнейшем уменьшении вращающего момента Мэм, а тем более при отсоединении вала синхронной машины от первичного двигателя и создании на этом валу некоторого нагрузочного момента М2,синхронная машина перейдет в двигательный режим, т.е. угол ® вновь приобретет некоторое значение ® 2 уменьшается до значения &3. При этом ток двигателя 113 опережает по фазе напряжение сети Uc,

Читать еще:  Что такое реверсивный шаговый двигатель

Реакция якоря в синхронном двигателе такая же, как и в генераторе: ток, отстающий по фазе от ЭДС двигателя, размагничивает, а ток, опережающий по фазе ЭДС, намагничивает машину. Однако в синхронном двигателе принято фазу тока Д отсчитывать не от ЭДС Ёх, а от напряжения сети Uc В результате отстающий по фазе (от UJ ток Д намагничивает двигатель; этот ток является индуктивным для сети и питающего ее генератора Если же ток Д опережает по фазе Uc, то он оказывает на двигатель размагничивающее действие, этот ток является емкостным для сети.

Зависимость электромагнитного момента синхронного двигателя Мэм от утла @ (угловая характеристика) аналогична угловой характеристике синхронного генератора, включенного на параллельную работу, но располагается в третьем квадранте системы координат (рис. 19.4, кривая 5), т. е. эта зависимость выражается отрицательными значениями момента Мэм и угла ®. Таким образом, угловая характеристика синхронной машины представляет собой две полуволны момента: положительную, соответствующую генераторному режиму работы (см. рис. 12.3), и отрицательную, соответствующую двигательному режиму (рис. 19.4). Область устойчивой работы синхронного двигателя ограничивается значениями угла ®, величина которого должна быть меньше критического &кр.

Понятия о перегрузочной способности, удельной синхронизирующей мощности и удельном синхронизирующем моменте, выведенные для генераторного режима, справедливы и для двигательного режима синхронной машины.

Следует отметить, что ротор синхронного двигателя может вращаться только с частотой, равной частоте вращения поля статора, т. е. с синхронной частотой вращения «> з /j. Чтобы убедиться в этом, обратимся

опять к модели синхронного двигателя (см. рис. 19.1). Предположим, что ротор двигателя при вращении отстает от внешней системы полюсов. Тогда в какой-то момент времени полюса ротора расположатся против одноименных полюсов внешней системы. В этом случае нарушится магнитная связь между магнитными системами, так как их полюса будут взаимно отталкиваться; ротор перестанет испытывать устойчивое действие вращающего электромагнитного момента и остановится. Вращение ротора только с синхронной частотой вращения составляет характерную особенность синхронных двигателей.

При изменениях нагрузки синхронного двигателя меняется угол ©. При этом ротор вследствие инерции вращающихся масс агрегата не сразу занимает положение, соответствующее новой нагрузке, а некоторое время совершает колебательные движения. Таким образом, в синхронном двигателе так же, как и в генераторе, имеют место колебания; физическая сущность этого явления изложена в п. 16.

По своей конструтщии синхронные двигатели в принципе не отличаются от синхронных генераторов, но все же имеют некоторые особенности. Их изготовляют преимущественно явнополюсными с 2р — 6-$-24 полюсов; вшдушный зазор делают меньшим, чем в генераторах такой же мощности, что способствует улучшению ряда параметров двигателя, в частности,уменьшению пускового тока; демпферную (успокоительная) обмотку выполняют стержнями большего сечения, так как при пуске двигателя она является пусковой обмоткой; ширина полюсного наконечника достигает 0,9 т вместо 0,7 т в генераторах. Поэтому, несмотря на свойство обратимости, синхронные машины, выпускаемые промышленностью, имеют обычно целевое назначение—либо это синхронные генераторы, либо синхронные двигатели.

Методики оценки устойчивости синхонных двигателей при трехфазных коротких замыканиях в системе внешнего электроснабжения

Полный текст:

  • Аннотация
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Cited By

Аннотация

В статье показаны основные выводы, полученные при исследовании устойчивости синхронных двигателей при кратковременных нарушениях электроснабжения, обусловленных трехфазными короткими замыканиями в системах внешнего электроснабжения. Анализ работ, выполненных по данной тематике, выявил следующие их недостатки: не учитывается закон изменения напряжения на шинах двигателя, обусловленный возникшим замыканием; не учитывается зависимость напряжения на шинах двигателя от распределения токов в элементах системы электроснабжения; не учитывается воздействие нарушения на двигатель через его систему возбуждения. В рамках работы рассмотрены короткие замыкания в смежных линиях и выявлен закон изменения напряжения на шинах распределительного устройства подстанции во время замыкания. Для учета влияния указанных пренебрежений (недостатков) на устойчивость двигателя составлена модель синхронного двигателя и показаны условия ее применения. На основе проведенных исследований с использованием разработанной модели обоснованы методики оценки устойчивости синхронных двигателей при трехфазных коротких замыканиях в системах внешнего электроснабжения. Результаты исследования могут быть использованы для настройки устройств релейной защиты систем электроснабжения с синхронными двигателями.

Ключевые слова

Об авторах

Федотов Александр Иванович – доктор технических наук, профессор, Инжиниринговый центр «Компьютерное моделирование и инжиниринг в области энергетики и энергетического машиностроения» КГЭУ.

Абдуллазянов Рустем Эдвардович – кандидат технических наук, доцент кафедры релейной защиты и автоматики (РЗА) КГЭУ.

Мударисов Рамиль Миннесалихович – соискатель, КГЭУ.

Список литературы

1. Пупин В.М., Жуков В.А., Сафонов Д.О. Модернизации схемы включения элегазового выключателя для обеспечения неотключений погружных насосов // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2013. №1. С. 56–60.

2. Алексеев В.Ю. Защита от потери питания на перекачивающих насосных станциях: дис. . канд. техн. наук: 05.09.03. Уфа, 2012.

3. Голоднов Ю. М. Самозапуск электродвигателей. М.: Энергоатомиздат, 1985. 136 с.

4. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М: Высш. шк., 1985. 536 с.

5. Шабанов В.А., Юсупов Р.З., Алексеев В.Ю. Устройство адаптивного автоматического включения резерва на нефтеперекачивающих станциях // Электротехнические комплексы и системы. Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2016. Т. 12, №2. С. 16–22.

6. Marini P. Immunity to voltage dips for synchronous motors // Paper submitted to the International Conference on Power Systems Transients (IPST2013). Vancouver, Canada: 2013.

7. Hyla M. Impact of voltage dips on the operations of a high-power synchronous motor with a reactive power controller // Mining-Informatics, Automation and Electrical Engineering. 2016. N2. P. 5–13.

8. Абрамович Б.Н., Устинов Д.А., Сычев Ю.А., Плотников И.Г. Динамическая устойчивость электромеханических комплексов с синхронными и асинхронными двигателями на предприятиях нефтедобычи // Нефтегазовое дело. 2011. №3. С. 17–25.

9. Alipoor J., Doroudi A., Ghaseminezhad M. Detection of the Critical Duration of Different Types of Voltage Sags for Synchronous Machine Torque Oscillation // Energy and Power Engineering. 2012. N4. P. 117–124. DOI:10.4236/epe.2012.43016.

10. Carlsson F., Sadarangani C. Behavior of Synchronous Machines Subjected to Voltage Sags of Type A, B and E // European Power Electronics and Drives Journal (EPE). 2005. Vol. 15, no 4. P. 35–42.

11. Alipoor J., Doroudi A., Hosseinian S.H. Identification of the Critical Characteristics of Different Types of Voltage Sags for Synchronous Machine Torque Oscillations // Electric Power Components and Systems. 2014. Vol. 13, N 42.

12. Федотов А.И., Абдуллазянов Р.Э., Вагапов Г.В., Роженцова Н.В. Методика проверки эффективности токоограничивающего устройства для снижения глубины провала напряжения // Промышленная энергетика. 2016. №12. С. 28–33.

Для цитирования:

Федотов А.И., Абдуллазянов Р.Э., Мударисов Р.М. Методики оценки устойчивости синхонных двигателей при трехфазных коротких замыканиях в системе внешнего электроснабжения. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2019;21(3-4):90-99. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2019-21-3-4-90-99

For citation:

Fedotov A.I., Abdullazyanov R.E., Mudarisov R.M. Synchronous motors stability estimation methodologies under three-phase faults in power supply grids. Power engineering: research, equipment, technology. 2019;21(3-4):90-99. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2019-21-3-4-90-99


Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector