книги / Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышленного электроснабжения

Пренебрегая падением напряжения на вентилях схемы вы­ прямления, уравнение (5.32) можно представить в виде

мотке статора в установившемся режиме СД, при которых осуществлялась настройка ВУ, связанные следующей зависи­ мостью:

При форсировке возбуждения система управления стати­ ческого ВУ работает так, что угол управления тиристорами а становится равным нулю, поэтому предельное напряжение на обмотке возбуждения

но считать, что напряжение на обмотке возбуждения возрас­ тает до предельного значения UJn мгновенно.

Система управления статическим ВУ подключается к той же электрической сети, что и само устройство. При сниже­ нии напряжения сети до значения, равного примерно поло­ вине номинального, система управления перестает функцио­ нировать. При этом тиристоры схемы выпрямления могут оказаться включенными, а обмотка возбуждения замкнутой на вторичную обмотку трансформатора, т. е. практически ко­ роткозамкнутой.

Гашение поля в СД, оснащенном статическим ВУ, можно осуществлять либо замыканием обмотки возбуждения на пусковое сопротивление, либо переводом управляемого вы­ прямителя в инверторный режим. При гашении поля с помо­ щью пускового сопротивления напряжение на обмотке воз­ буждения двигателя определяется так же, как и для электромашинного ВУ, по (5.11).

Перевод статического ВУ в инверторный режим осущест­ вляется изменением угла управления тиристорами а. При анализе инверторного режима удобнее оперировать углом

Обычно угол опережения составляет 10—30° Уравнение внешней характеристики инвертора, ведомого сетью, в отно­ сительных единицах

В инверторном режиме источником энергии является об­ мотка возбуждения СД, и поскольку ток возбуждения // сохраняет свое направление, напряжение на обмотке возбуж­ дения меняет свой знак.

Из уравнения (5.38) следует, что напряжение на обмотке возбуждения, а следовательно, и эффективность гашения по­ ля СД, увеличиваются при уменьшении угла опережения р. Однако значение угла р ограничено снизу условием устойчи­

ществимо. Такая ситуация может возникнуть [24] при малых значениях угла Р; больших значениях угла коммутации ч; замедлении процесса восстановления Управляющих свойств вентилей (больших значениях угла В9); отказе системы уп­ равления при запирании или отпирании вентилей.

При использовании несимметричной мостовой схемы вы­

вентили выпрямительного моста [5], что значительно снижа­ ет эффективность гашения поля.

При расчетах устойчивости СД, оснащенных статически­ ми ВУ, в режимах, когда обмотка возбуждения замкнута на ВУ, уравнение напряжения в соответствии с внешней харак­ теристикой (5.29) (падением напряжения в вентилях прене­ брегаем) можно записать в виде

на статорной обмотке СД. Коэффициент В2 определяется схе­ мой выпрямления ВУ, параметрами схемы замещения СД и анодным реактивным сопротивлением:

Для расчета коэффициента В\ необходимо знать парамет­ ры синхронного установившегося режима СД. В качестве такого режима при расчетах устойчивости СД после кратко­ временных перерывов электроснабжения удобно использо­ вать синхронный установившийся режим, предшествующий перерыву в электроснабжении. Исходными данными, опреде­ ляющими этот режим, являются коэффициент загрузки дви­

ным можно определить синхронную ЭДС двигателя в уста­ новившемся режиме ЕчУ, а следовательно, и напряжение на обмотке возбуждения

Подставляя соотношения (5.42) и (5.43) в уравнение (5.40), получаем

Напряжения на обмотке возбуждения в режимах форси­ ровки возбуждения и инверторного гашения поля

Соотношения (5.40), (5.45), (5.46) характеризуют напря­ жение на обмотке возбуждения во всех возможных режимах СД, оснащенных статическим ВУ

нулем, т = 3 (рис. 5.6). Согласующий трансформатор ТЗ: тип ТСЗВ-100/0,5; //'2* = 350 В; 5* = 100кВ-А; //к=5%. Трансформатор 77: тип ТМН-1000/10, 5*=1000 кВ-А; //к=5,5%. Определить уравнение внешней характеристи­ ки статического ВУ и уравнение напряжения на обмотке возбуждения СД. Исходный режим двигателя — номинальный.

Решение. Находим базисное сопротивление роторных цепей СД по

Уравнение внешней характеристики статического ВУ в соответствии с вы­

=2,23// cos a—0,^87//—0,0077.

Всинхронном установившемся режиме уравнение внешней характеристики, согласно (5.32), упрощается:

1+0,478 2,82-IQ'4

1,151-10”3

Предельное напряжение на обмотке возбуждения в режиме форсировки возбуждения по (5.36)

//,„=2,23 U - 0,087 /,-0,0077.

Коэффициент в уравнении напряжения на обмотке возбуждения по (5.41) #2=0,087.

мически активных средах; отсутствие проблемы износа кон­ тактных колец; меньшая требовательность двигателя к ухо­ ду и большая степень приспособленности для телеуправле­

ния и автоматизации [21].

Преимущественное распространение получили бесщеточ­ ные ВУ с синхронными и асинхронными возбудителями. Тех­ нико-экономические расчеты показали, что для СД с часто­ той вращения 500 об/мин и выше более целесообразно ис­ пользование ВУ с синхронными возбудителями, а при час­ тоте менее 500 об/мин — ВУ с асинхронными возбудителя­ ми [21].

Бесщеточное возбудительное устройство с синхронным возбудителем является одним из основных устройств, приме­ няемых для возбуждения двигателей серии СТД. Схема та­ кого БВУ приведена на рис. 5.7 [26]. Возбудитель представля­ ет собой обращенный трехфазный синхронный генератор, вращающийся якорь которого расположен на валу СД и че­ рез центральное отверстие в валу электрически связан с обмоткой возбуждения двигателя. Управление током в ОВД осуществляется через расположенную на статоре возбудите­ ля его обмотку возбуждения ОВВ, ток в которую подается только при синхронизации двигателя и работе его в синхрон­ ном режиме; ЭДС, наводимая в обмотке якоря возбудителя, выпрямляется трехфазным диодным выпрямителем Д.

Напряжение на ОВД U} пропорционально току возбуж­ дения возбудителя /вв. Это объясняется отсутствием насы­ щения возбудителя при токах, не превышающих номинально­ го [26]. Поскольку возбудитель располагается на одном ва­ лу с СД, напряжение на обмотке возбуждения определяется следующим выражением:

где К — коэффициент пропорциональности.

Обмотка возбуждения возбудителя получает питание че­

где Ufy и Uу — напряжения на обмотке возбуждения и на статорной обмотке в синхронном установившемся режиме СД, при котором осуществлялась настройка БВУ

Постоянная времени Тс БВУ, определяющая скорость на­ растания напряжения U{ при форсировке возбуждения, рав­

также при любых возможных в эксплуатации коэффициентах форсировки возбуждения. Напряжение отпирания О0ти тири­ сторов VI, V2 определяется сопротивлением резистора R3

и составляет (5—6) UfN.

Резисторы R1 и R2 предназначены для отпирания обоих параллельно включенных тиристоров и распределения тока между ними. При пуске СД ОВВ разомкнута, а в ОВД на­ водится синусоидальный ток с частотой скольжения ротора s. Положительная полуволна этого тока замыкается через вы­ прямитель Д. При спадании тока 1} до нуля ОВД некоторое время оказывается разомкнутой, а именно, до тех пор, пока напряжение на ней не возрастет до и отп- Затем ток // замы­ кается через защитную цепь тиристоров VI и V2. Далее этот процесс повторяется с частотой скольжения (рис. 5.8). Оче­ видно, что та часть периода if, в течение которой обмотка возбуждения двигателя оказывается разомкнутой, увеличива­ ется по мере разгона СД, т. е. уменьшения его скольжения. Такой характер пуска приводит к тому, что пусковая моментная характеристика СД с БВУ отличается от пусковой ха­ рактеристики того же двигателя с другими ВУ Более под­ робно этот вопрос рассмотрен в гл. 6.

допустимом для нее режиме короткого замыкания. Для пред­ отвращения этого в БВУ предусмотрена задержка подачи возбуждения длительностью до 1,5 с после снижения тока

статора до значения, соответствующего уставке токового ре­ ле в цепи управления возбуждением. Однако отпирание ти­ ристоров VI и V2 возможно и в синхронном режиме СД вследствие значительного снижения порога отпирания при повышении температуры и ввиду постоянного поступления сигнала на их управляющие электроды. В связи с этим раз­ рабатываются более совершенные схемы защитных цепей, а также БВУ с вращающимися тиристорными выпрямителя­ ми [27]. Исследования показывают значительные преимуще­ ства таких устройств по сравнению с применяемыми в на­ стоящее время БВУ с диодными выпрямителями.

Здесь знаком (—0) отмечены значения параметров режима,

предшествующего КЗ.

Система уравнений переходных процессов в СД, получен­ ная на основе упрощенных уравнений Парка—Горева, для режима КЗ состоит из трех практически независимых урав­ нений (6.1) —(6.3). Электромеханические переходные процес­ сы в двигателе протекают только под воздействием тормоз­ ного момента механизма Ммех независимо от электромагнит­ ных переходных процессов. Электромагнитные переходные процессы по продольной (6.2) и поперечной (6.3) осям про­ текают независимо друг от друга, а относительно приведен­ ных значений сверхпереходных ЭДС при условии Uf= = const — независимо и от электромеханических переходных процессов.

Наибольший интерес при коротком замыкании в СД пред­ ставляют электромагнитные переходные процессы, анализ которых в дальнейшем проводится при условии постоянства напряжения на обмотке возбуждения (if7/ =*const) и частоты вращения ротора (со = соо=1).

Уравнение электромагнитных переходных процессов по поперечной оси (6.3) для режима КЗ представляет собой линейное дифференциальное уравнение первого порядка. Ре­ шение такого уравнения содержит только свободную состав­ ляющую

Уравнение электромагнитных переходных процессов по продольной оси (6.2) для режима КЗ представляет собой линейное дифференциальное уравнение второго порядка. Ре­ шение такого уравнения содержит вынужденную и свобод­ ную составляющие

Вынужденная составляющая при условии Us = const в соот­ ветствии с (6.2)

Свободная составляющая решения уравнения (6.2)