6.1. Принцип дії синхронної машини (см), складові і векторні діаграми см

Основна частина електроенергії виробляється на теплових і гідравлічних електростанціях. Відповідно гідротурбіни на ГЕС. Теплові турбіни на ТЭЦ, ГРЭС (гідравлічні районні електростанції).

Відповідно на ГЕС - гідрогенератори, на ТЭЦ - турбогенератори.

Більшість генераторів виконуються у вигляді синхронних машин. Синхронний генератор складається з нерухомої частини - статора і рухомої обертаючої частини - ротора.

На статорі розташовані три фазні обмотки. На роторі мається обмотка збудження, що живиться постійним струмом від незалежного джерела (збуджувача).

За рахунок постійного струму в обмотці збудження створюється потужне магнітне поле. Зазор між ротором і статором малий, тому поле збурення в основному замикається через статор.

Виконавчий механізм (турбіна) обертає ротор, при обертанні ротора поле порушення обертається між ними. При цьому воно послідовно наводить у фазних обмотках статора синусоїдальну ЕРС.

Величини ЕРС можна одержати, як проекції на вісь часу трифазних векторів, що обертаються зі швидкістю . ЕРС виходять синусоїдальними.

Якщо обмотки статора замкнути на зовнішню трифазну систему, то в ній буде протікати змінний струм. Блондель запропонував іншу систему - систему d,q- реакцій, де d - подовжня вісь ротора; q - поперечна. Причому (d,q) система, що обертається разом з ротором, таким чином опори х_d і х_q залишаються постійними. Вектор Е визначається як проекція на ці осі "d" і "q", і воно обертається з кутовою швидкістю .

Конструктивно турбогенератори і гідрогенератори розрізняються між собою. У турбогенератора ротор виконаний із суцільного, сталевого пакування, у якій фрезеруються пази і у них укладається обмотка збудження.

Тобто турбогенератор має одну пару полюсів. Відповідно швидкість її обертання дорівнює 3000об/хв, 50 об/сек. Гідрогенератор має більше число пар полюсів і кількість фазних обмоток теж більше,

швидкість обертання ротора значно менше (це викликано тим, що гідротурбіна розкручується значно повільніше, ніж парова). Гідрогенератори - явнополюсні машини, опір x_d x_q , а турбогенератори – не явно полюсні машини із x_d = x_q, але і у перших і у других зв'язок між ЕРС і струмом генератора визначається складною векторною діаграмою. У реальних синхронних машин між обмотками статора і ротора існує магнітний зв'язок. Однак, додатково приймають ряд допущень (сталь ненасичена => лінійна система, обмотки синхронного генератора еквівалентуються одною статорною й одною обмоткою збудження), при цьому магнітний зв'язок заміняється на електричну, тобто:

При цьому з певною похибкою їх заміщають одним опором х хоча фактично по осях машини вони різні. У сталому режимі турбогенератор характеризується параметрами:

Гідрогенератори характеризуються:

Їх заміщують опором x_d.

6.2 Синхронний генератор у первісний момент кз. Перехідна і надперехідна ерс

У перший момент КЗ миттєво міняються всі струми і магнітні потоки, але результуючі потокозчеплення обмоток залишається постійним. У тому числі повне потокозчеплення залишається незмінним через велику сталу часу (хоча воно і міняється, але настільки повільно, що можна вважати його постійним на розрахунковому проміжку часу).

Тому реальний синхронний генератор зручно заміщати фіктивною енергетичною системою, у якій діє перехідна ЕРС, пропорційна повному потокозчепленню ротора. Реально цієї ЕРС у машині немає, але вона зручна, як розрахункове поняття. Опір по поздовжній осі, за яким ця ЕРС діє, називається перехідним.

Воно є у паспортних даних генератора.

Перехідну ЕРС можна обчислити по доаварійному режимі машини:

Зокрема, якщо доаварійний режим був холостим ходом, то I₀=0, E_q'=U_q=1.

Перехідний струм (діюче значення) періодичної складової струму КЗ часу дорівнює:

Якщо аварійна схема чисто реактивна:

де ' - повний сумарний реактивний опір до точки КЗ.

Зокрема, якщо доаварійний режим був холостим ходом:

Контрольні питання:

1. Дайте визначення турбогенераторові і гідрогенераторові. 2. Розповісти про конструкцію, принцип дії турбо- і гідрогенератора. 3. Що відбувається в початковий момент КЗ у синхронному генераторі? 4. Перехідні, надперехідні ЕРС і опори синхронного генератора? 5. Схеми заміщення синхронного генератора? 6. Перехідний, надперехідний струми трифазного КЗ?

Висновки:

Засвоївши вищевикладений матеріал студент знає що відбувається в початковий момент КЗ у синхронному генераторі та відмінності перехідних, надперехідних ЕРС і опорів синхронного генератора.

Лекція 7: Порівняння реактивностей синхронної машини

Вступ

Величини опорів , ЕРС у синхронних машинах мають особливе значення, тому їх треба знати для проведення подальших розрахунків. У цій лекції також розглянуто усталений режим к.з. із урахуванням автоматичного регулювання збудження генератора при розрахунках струмів к.з. 7.1. Порівняння реактивностей синхронної машини Явнополюсні машини (ГГ) забезпечуються демпферними обмотками. Демпферна обмотка - це потужна металева решітка встановлена в полюсному башмаку ротора.

Живлення до демпферної обмотки не підведено й у нормальному режимі в ній не протікає ніяких струмів. Але якщо міняється магнітний потік, проходячи через полюс, то в ній наводиться великий струм і створюється свій магнітний потік, що перешкоджає зміні потокозчеплення обмотки. Магнітні потоки в поздовжній осі ротора визначають реактивні опори: а) x_d - синхронний опір; б) x_d` - перехідний опір; в) x_d`` - понад перехідний опір.

У нормальному режимі створюваний струмом статора магнітний потік частково замикається по шляхах розсіювання статорної обмотки, але основна частина магнітного потоку замикається через полюси і масив ротора. І це відповідає синхронному опорові x (паспортне значення).

При раптовій зміні потоку статора в обмотці збудження наводиться струм, що створює магнітний потік, який спрямований зустрічно потокові статора, тобто потік статора витісняє на своєму шляху потік розсіювання обмотки збудження. Тобто та ж намагнічуюча сила створює менший магнітний потік, що й обумовлює меншу величину перехідного опору x_d`< x_d.

При наявності демпферної обмотки в поздовжній осі ротора раптове витіснення магнітного потоку статора, що змінився, виходить більш інтенсивним (тому що беруть участь спільно й обмотка збудження, і демпферна обмотка). Опір потоку статора в цьому випадку зростає ще більше, тому величина надперехідного опору x_d`` буде ще менше.

7.2. Надперехідна ЕРС При наявності демпферної обмотки в синхронній машині для розрахунку первісного моменту КЗ приймають наступну фіктивну енергетичну систему.

E_q`` - це понад перехідна ЕРС; x<sub>d</sub>`` - це понад перехідний опір.

У початковий момент КЗ міняються струми у всіх обмотках, але при цьому повне потокозчеплення обмоток залишається незмінним. Тому E_q`` можна визначити по доаварійному режиму

де U_o, I_o, _o - параметри доаварійного режиму, на затискачах генератора.

Якщо доаварійним режимом був холостий хід I_o = 0, то E_q`` = U_o =1 у відносних одиницях.

Надперехідний струм (діюче значення періодичної складової струму в початковий момент КЗ):

Якщо ланцюг чисто реактивний, то:

Якщо доаварійний режим холостий хід:

Поряд з періодичною складовою струму КЗ присутня аперіодична складова. Її початкове значення при найбільш несприятливих умовах дорівнює амплітуді надперехідного (перехідного) струму КЗ:

Ударний струм КЗ - це максимальне миттєве значення струму КЗ при найбільш несприятливих умовах.

де k_y - ударний коефіцієнт.

де Та - постійна часу, що загасає аперіодична складового струму КЗ. У складній схемі аперіодичну складову вважають швидкозгасаючою, виходячи із значення еквівалентної постійної часу Та = (0,01...0,03).

7.3. Сталий режим КЗ Під сталим режимом КЗ розуміють такий режим, коли повністю згасли аперіодичні складові. Розрахунок сталого режиму КЗ при відсутності автоматичного регулювання збудження (АРЗ) генераторів відрізняється від розрахунків надперехідного режиму тільки параметрами схем заміщення генератора. Генератор заміщується наступною розрахунковою схемою:

Якщо величина ЕРС невідома, то її можна визначити по наступному виразові:

Якщо доаварійним режимом був холостий хід, то ЕРС E_q=U_o=1 у відносних одиницях. Сталий струм КЗ:

Якщо ланцюг чисто реактивний, то:

При холостому ході: