Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
Реферат/Курсовая Практический расчет начального сверхпереходного и ударного токов
Информация:
Тип работы: Реферат/Курсовая.
Добавлен: 24.04.13.
Год: 2012.
Страниц: 13.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Переходные
э. д. с. и реактивности синхронной машины 6
2 Сверхпереходные
э. д. с. и реактивности синхронной машины 11
3 Сравнение
реактивностей синхронной машины 16
4 Характеристики
двигателей и нагрузки 18
5 Практический
расчет начального сверхпереходного и
ударного токов 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ
СПИСОК 30
ВВЕДЕНИЕ
Прежде чем перейти к знакомству
с общими уравнениями электромагнитного
переходного процесса синхронной машины,
рассмотрим сначала начальный момент
такого процесса. Разумеется, все величины
в начальный момент внезапного нарушения
режима можно получить из упомянутых уравнений
как их частное решение для t = 0. Более того,
поскольку индуктивности цепей исключают
внезапное изменение тока, то значение
последнего в начальный момент переходного
процесса, вообще говоря, является известным:
оно сохраняется таким, что и в конце заданного
предшествующего режима. Однако при изменившихся
условиях этот ток состоит уже из новых
слагающих, которые возникают в данном
переходном процессе.
Поскольку поставленная задача ограничена
рассмотрением лишь начального момента,
вращение ротора и обусловленное этим
изменение индуктивностей машины, очевидно,
не играют никакой роли. Другими словами,
в данном случае машину можно рассматривать
как трансформатор.
Исследование начального момента
переходного процесса проще и нагляднее
вести на основе принципа сохранения первоначального
потокосцепления. В самом деле, коль скоро
магнитный поток, сцепленный с ротором,
в момент внезапного нарушения режима
сохраняется неизменным, то соответствующая
ему э.д.с., наведенная в статоре, в тот
же момент также остается неизменной.
Следовательно, для синхронной машины
условия в начальный момент переходного
процесса аналогичны тем же условиям для
трансформатора, питаемого источником
синусоидального напряжения.
Таким образом, можно предвидеть, что
при переходном процессе ток статора синхронной
машины состоит из двух слагающих, а именно: периодической, которая
вызывается э.д.с.,
наводимой потоком ротора, и апериодической, обусловленной изменением потока статора.
Часто рассматривают внезапное
изменение тока, имея в виду изменение
лишь одной из его слагающих. При
этом другие слагающие обеспечивают в
момент нарушения режима сохранение предшествующего
мгновенного значения тока.
Во всех дальнейших выкладках (как
в данной главе, так и в последующих
главах) условимся считать:
продольную составляющую тока статора положительной, когда создаваемая ею н.с. совпадает по направлению с н.с. тока возбуждения;
поперечную составляющую тока статора положительной, когда создаваемая ею н.с. отстает на 90° (электрических) от н.с. тока возбуждения; при наличии на роторе поперечного контура это же направление принимается положительным для его магнитной оси;
все величины ротора приведенными к статору, причем они, как и все величины статора, выражены в относительных единицах.
Установим теперь, какими э.д.с. и реактивностями
можно характеризовать синхронную машину
в начальный момент переходного процесса.
1 Переходные э. д.
с. и реактивности синхронной машины
Обратимся к балансу магнитных потоков
в продольной оси ротора синхронной машины
при установившемся симметричном режиме
ее работы с отстающим по фазе током (рисунок
1,а). При отсутствии насыщения каждый из
потоков и их отдельные составляющие можно
рассматривать независимо один от другого.
Так, полный поток обмотки возбуждения
Фf, который был бы при холостом ходе
машины, состоит из полезного потока Фfad
и потока рассеяния Фaf. В свою очередь
полезный поток Фfad является геометрической
разностью продольного потока в воздушном
зазоре Ф?d и потока продольной реакции
статора Фad. Результирующий магнитный поток
Фf?, сцепленный с обмоткой возбуждения,
складывается из потока Ф?d и потока
рассеяния Фaf.
Рассмотрим, как изменится этот баланс,
если предположить внезапное изменение,
например увеличение потока продольной
реакции статора на ДФД(/да. При этом
будем считать, что кроме обмотки возбуждения
никаких других контуров в продольной
оси ротора не имеется.
Рисунок 1 –
Баланс магнитных потоков в продольной
оси ротора (а – в предшествующем
режиме; б – в момент внезапного
изменения режима)
В соответствии с законом Ленца
приращение потока ?Фad/0/ вызовет
ответную реакцию обмотки возбуждения
?Фf/0/, причем приращения потокосцеплений
??ad/0/ и ??f/0/ должны компенсировать
друг друга, т. е. откуда видно, что приращения
токов статора и ротора связаны между собой простым соотношением
и различие в их величинах обусловлено
только рассеянием обмотки возбуждения.
(1)
(2)
В ненасыщенной машине поток Ф?f
составляет некоторую постоянную долю
потока Фf, которая характеризуется коэффициентом
рассеяния обмотки возбуждения
(3)
С увеличением потока Фf от Фf0
до Фf/0/ пропорционально ему увеличивается
поток Ф?f0 до Ф?f/0/ , что приводит
к уменьшению потока Ф?d0до Ф?d/0/. Однако результирующий
поток Фf?/0/, сцепленный с обмоткой
возбуждения, как видно из рисунке 1(б)
сохраняет свое предшествующее значение
Фf?0.
Таким образом, рассеяние у обмотки
возбуждения не позволяет характеризовать
машину в начальный момент переходного
процесса реактивностью рассеяния
статора x? и э. д. с. E?q/0/, наводимой
потоком Ф?d/0/, так как последний
претерпевает изменение от приращения
тока Id/0/, величина которого еще
подлежит определению. Для решения задачи,
очевидно, следует использовать неизменность
потока Фf?0, сцепленного с обмоткой
возбуждения, или, иными словами, результирующего
потокосцепления этой обмотки ?f?0.
Если последнее рассматривать как потокосцепление
на холостом ходу машины, то его часть,
связанная со статором, будет:
, (4)
причем именно этим потокосцеплением
обусловливается в статоре та э.д.с. E’q, которая
в начальный момент переходного процесса
сохраняет свое предшествующее значение.
Придадим выражению (4) более наглядный
вид:
Этому потокосцеплению соответствует
э. д. с.
, (5)
которую называют поперечной
переходной э. д..с.
(6)
Реактивность называют продольной переходной реактивностью; она является
характерным параметром синхронной машины
и ее величина указывается в паспортных
данных машины.
Начальное значение Eq/0/ легко определить
из (5), подставив в него те величины Uqo
и Ido, с которыми машина работала
до нарушения режима.
На рисунке 2 показана векторная
диаграмма явнополюсной машины при нагрузке
се с отстающим током. Вектор Е'q
совпадает с вектором Еq и по величине
меньше его на Id(xd – x,d).
Оставаясь неизменной в начальный момент
внезапного нарушения режима, переходная
э. д. с. Е’q позволяет связать предшествующий режим
с новым (от внезапного изменения) режимом
машины, в чем собственно и заключается
ее особая практическая ценность. С этой
точки зрения сам термин «переходная»
нужно относить к тому, что эта э. д. с. вместе
с x,d позволяют оценить внезапный переход от одного
режима к другому. Ошибочно думать, что Е'q возникает
в момент нарушения режима. Из предыдущего
ясно, что ее можно представить в любой
момент произвольного режима или процесса.
Повторим, что ее главной особенностью
является то, что она не претерпевает никаких
внезапных (скачком) изменений.
Рисунок 2 –
Векторная диаграмма явнополюсной
синхронной машины, работающей с отстающим
током
Поскольку E,q в общем случае
измерить нельзя, ее иногда называют расчетной
или условной э. д. с. Выражению (6) можно придать
иной вид:
(7)
Непосредственно из выражения (7) следует,
что x'd представляет собой результирующую реактивность
статорной обмотки при закороченной обмотке
возбуждения.
На рисунке 3(а) приведена принципиальная
схема машины с магнитной связью между
статором и обмоткой возбуждения; в цепь
последней введена э. д. с. Eqf, отвечающая результирующему потокосцеплению
?f?. Схема замещения машины (рисунок
3(б)) аналогична схеме замещения двухобмоточного
трансформатора. После замены ветвей с
x?f и xad одной эквивалентной,
получим схему рисунок 3 (в), где, как и следовало
ожидать, машина представлена своими Е'q
и х'd.
Рисунок 3 –
К определению переходной реактивности
машины в продольной оси (а – исходная
принципиальная схема; б и в –
схемы замещения)
При отсутствии
в поперечной оси ротора каких-либо
замкнутых контуров, очевидно E,d
= 0 и x,q=xq.
Таким образом,
если у явнополюсной синхронной машины
без демпферных обмоток (и других аналогичных
контуров) внезапно произошло изменение
сопротивления цепи статора, при этом внешнее
сопротивление является чисто индуктивным
xвн то начальное значение периодической
слагающей тока возникшего переходного
процесса или так называемый начальный переходный ток будет только
продольным и составляет:
(8)
2 Сверхпереходные
э. д. с. и реактивности синхронной машины
Наличие демпферных
обмоток на роторе в общем случае
еще не обеспечивает электромагнитной
симметрии ротора, что вынуждает определять
параметры машины отдельно в продольной
и поперечной осях.
Представим,
что помимо обмотки возбуждения на
роторе имеется по одной демпферной обмотке
в продольной и поперечной осях. При этом
для простоты примем, что обмотка статора
и обе обмотки ротора в его продольной
оси связаны между собой общим потоком
взаимоиндукции Фad, который определяет
реактивность продольной реакции xad.
В такой машине
внезапное приращение потока ?Фad/0/
вызовет ответную реакцию ротора, которая
образуется из приращений потока обмотки
возбуждения ?Фf/0/ и потока продольной
демпферной обмотки ?Фld/0/. Баланс
результирующих потокосцеплений должен
сохраниться неизменным, т. е. должны быть
соблюдены следующие равенства:
для обмотки
возбуждения
(9)
для продольной
демпферной обмотки
, (10)
где и — начальный ток, наведенный
в продольной демпферной обмотке, и ее
реактивность рассеяния.
Приравняв левые
части выражений (9) и (10), получим простую
связь между наведенными токами и , т. е.
, (11)
откуда
следует, что чем меньше рассеяние
обмотки, тем больше наведенный в
ней ток и тем соответственно
больше ее участие в создании ответной
реакции ротора.
Совместную
ответную реакцию двух обмоток в начальный
момент переходного процесса можно заменить
аналогичной
реакцией от суммарного тока (?If/0/+?Ild/0/)=?Ird/0/
в одной эквивалентной обмотке по продольной
оси ротора с реактивностью рассеяния
x?rd. При этом
(12)
Используя выражения (11) и (9), нетрудно
преобразовать последнее равенство и
получить из него выражение для искомой
реактивности рассеяния
, (13)
которое показывает,
что эта реактивность определяется как
эквивалентная реактивность двух параллельных
ветвей с и .
Произведенная замена в сущности позволила
рассматриваемую задачу свести к той,
которая уже решена в предыдущем параграфе.
Следовательно, для получения реактивности,
которой характеризуется такая
машина в продольной оси при внезапном
нарушении режима, достаточно в выражение
(6)
вместо ввести . Сделав такую подстановку и произведя
преобразования, найдем так называемую продольную
сверхпереходную реактивность
(14)
В поперечной оси ротора, где имеется
только демпферная обмотка, по аналогии
с выкладками раздела № 1 легко найти так называемую поперечную сверхпереходную реактивность
(15)
Электродвижущие силы за этими реактивностями
или так называемые сверхпереходные э. д. с. E"d и Е''q соответственно в продольной и поперечной осях сохраняют свои значения неизменными
о начальный момент внезапного нарушения
режима.
Рисунок
5 – Векторная диаграмма явнополюсной
синхронной машины с демпферными обмотками
в обеих осях ротора при работе ее с отстающим
током
Их величины находят из следующих
очевидных равенств:
(16)
, (17)
где , , , составляющие напряжения и тока предшествующего
режима машины.
Таким образом, в начальный момент внезапного
нарушения режима машину с демпферными
обмотками (или демпферными контурами) полностью
характеризуют реактивности x"d и х"q и э. д. с.
E"qо и Е"dо.
Приставка
«сверх» в термине «сверхпереходные»
подчеркивает, что данные параметры и
величины учитывают влияние демпферных
обмоток (или эквивалентных им контуров).
Реактивности x"d и х”q являются
характерными параметрами машины и наряду
с другими реактивностями приводятся
в ее паспортных данных.
Для явнополюсной машины, работающей
с отстающим током, на рисунке 5 приведена
векторная диаграмма, где указаны продольная
и поперечная сверхпереходные э.д.с, и
полная величина этой э.д.с. Подобно переходной
э.д.с., сверхпереходные э.д.с. являются
расчетными условными величинами.
Три магнитносвязанные обмотки в продольной
оси ротора (рисунок 6(а)) могут быть представлены эквивалентной
схемой замещения (рисунок 6(б)), как для
трехобмоточного трансформатора. Здесь
Eqf и Eqld — э.д.с., которые отвечают результирующим
потокосцеплениям соответственно обмотки
возбуждения и продольной демпферной
обмотки. Упрощение этой схемы (рисунок
6(в)) приводит к E"q и x"d.
В поперечной оси ротора схема замещения
машины имеет тот же вид, что и
для двухобмоточного трансформатора (рисунок
7(а и б)). После упрощения (рисунок 7(в)) она
дает E"d и х"q.
Нетрудно
убедиться, что при отсутствии демпферных обмоток,
т. е. при х?] d= x?lq = ?, полученные выражения для х''d и х’’q,
и схемы замещения переходят в те, которые
были установлены в пункте 1.
Рисунок
6 – К определению сверх-
Рисунок 7 – К определению сверх-
переходной
реактивности в про-
переходной раективности в по-
дольной
оси (а – исходная прин-
перечной оси (а – исходная прин-
ципиальная;
б и в –схемы заме-
ципиальная; б и в – схемы
заме-
щения)
щения)
При чисто индуктивной цепи статора
продольная и поперечная составляющие
начального значения периодической
слагающей тока возникшего переходного
процесса или так называемого начального
сверхпереходного тока будут:
(18)
, (19)
и его полная величина
(20)
Следует отметить, что даже в чисто
индуктивной цепи благодаря
x"q ? x"d угол
между полным током I"(0) и полной
э. д. с. E"0 в общем случае не равен
90°.
3 Сравнение реактивностей
синхронной машины
Из полученных в пунктах 1 и 2 выражений
и схем замещения для синхронной машины
видно, что сверхпереходная реактивность
всегда меньше переходной, а последняя
меньше синхронной реактивности. Дополнительно
поясним это чисто физическими соображениями.
В стационарном режиме создаваемый
током статора магнитный поток
частично замыкается по путям рассеяния
статорной обмотки, а основная его часть,
пройдя воздушный зазор, свободно замыкается
через полюсы и массив ротора (рисунок
9(а)). Поскольку сопротивление для магнитного
потока в данных условиях относительно мало, то
индуктивность, представляющая в сущности
величину магнитного потока на единицу
намагничивающей силы, получается большой.
В продольной оси ротора определяет известную
синхронную реактивность xd.
Рисунок
9 – Магнитные потоки в продольной
оси ротора, определяющие синхронную
реактивность (а), переходную реактивность
(б) и сверхпереходную реактивность
(в)
При внезапном изменении магнитного
потока статора с обмотке возбуждения
наводится ток, который создает
магнитный поток, направленный навстречу
потоку статора, т. е. последний встречает
большее сопротивление неизвестная часть
его вытесняется на пути рассеяния обмотки
возбуждения, Та же намагничивающая сила
статора в этих условиях создает меньший
магнитный поток, что и обусловливает
соответственно меньшую величину переходной
продольной реактивности х'd по сравнению
с реактивностью хd (рисунок 9 (б)).
При наличии демпферной обмотки
в продольной оси ротора вытеснение
внезапно изменившегося магнитного
потока статора получается более интенсивным,
поскольку в этом участвуют совместно
обмотка возбуждения и продольная демпферная
обмотка. Сопротивление потоку статора
в этом случае еще больше возрастает и,
следовательно, величина этого потока
при той же намагничивающей силе становится
меньше, чем и объясняется меньшее значение
продольной сверхпереходной реактивности
х’’d по сравнению с реактивностью х'd (рисунок
9 (в)).
Чем больше замкнутых контуров па
роторе, тем меньшая часть магнитного
потока статора в переходном процессе
может проникнуть в ротор. Очевидно, в
пределе, когда магнитный поток статора
совсем не проникает и ротор, реактивность
статора определяется только ее потоком
рассеяния и величина этой реактивности
х? является наименьшей возможной.
Аналогично можно объяснить различие
в реактивностях машины по поперечной
оси ротора.
Следует отметить, что в машинах
без специальных демпферных обмоток
псе же проявляется естественное
демпфирование роторов (массив полюсов,
клинья пазов и т. п.). Последнее
приближенно учитывают некоторым
снижением реактивности х'd, т. е. для
таких машин принимают х”d=(0,75?0,9)*x’d.
4 Характеристики
двигателей и нагрузки
Изложенное выше в равной мере относится
как к синхронным генераторам, так и к
синхронным двигателям и компенсаторам.
Различие в них поведении в начальный
момент переходного процесса определяется
в сущности величинами их сверхпереходных
э.д.с. У перевозбужденного синхронного
двигателя (или компенсатора) сверхпереходная
э.д.с. выше подведенного напряжения. Поэтому
при любом резком снижении напряжения
посылаемый двигателем реактивный ток
непременно возрастает. Этого нельзя сказать
в отношении синхронного двигателя, работавшего
с недовозбуждением, поскольку при таком
режиме его сверхпереходная э.д.с. ниже подведенного напряжения.
Здесь в зависимости от степени снижения
напряжения возможно как продолжение
потребления реактивного тока из сети
(при E"0 и т.д.................
