Демпферная обмотка генератора назначение. Демпферная (пусковая) обмотка

Расчет магнитной цепи при холостом ходе.

Общие положение . Для построения характеристик намагничивания и х. х. синхронной машины производят расчет магнитной цепи при х. х., который сводится к определению МДС обмотки возбуждения при нескольких значениях магнитного потока Ф и соответствующей ему ЭДС обмотки статора . МДС равна сумме МДС отдельных последовательно соединенных участков магнитной цепи, включающей воздушный зазор между полюсным наконечником ротора и сердечником статора, зубцы статора, спинки статора и ротора, сердечник полюса, полюсные наконечники и зазор в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса.

Магнитное поле синхронной машины имеет сложную форму в связи с зубчатостью статора и полюсного наконечника (при наличии демпферной обмотки) и насыщением участков ярма и зубцов.

Влияние зубчатости зазора, вентиляционных каналов в сердечнике статора, насыщения зубцовой зоны и спинки статора при расчете синхронных машин, так же как и для асинхронных двигателей (см. § 9-7) и машин постоянного тока (см. § 10-8), учитывают системой коэффициентов и применением таблиц намагничивания для зубцов и спинки статора (см. приложения 8-16).

Поскольку магнитная цепь синхронной машины (рис.11-14) симметрична, то расчет МДС ведется на один полюс. При этом для каждого участка определяют площадь поперечного сечения, магнитную индукцию (полагая, что она распределена равномерно по всему сечению рассматриваемого участка), напряженность поля, среднюю длину пути магнитного потока, МДС участка и суммарную МДС цепи.

Рис. 11-14. Схема магнитной цепи синхронной машины.

При расчете магнитной цепи условно принимают среднюю длину пути магнитного потока на отдельных участках магнитопровода. В действительности длина этих путей в спинке статора и ротора различна по середине и по краям полюсного деления. Соответственно неравномерно распределяется магнитная индукция.

Для упрощения расчетов при определении магнитного напряжения спинки статора следует пользоваться кривыми намагничивания, построенными с учетом этого фактора и приведенными в приложениях 11-13. Магнитную цепь синхронных машин рассчитывают в такой последовательности.

МДС для воздушного зазора между сердечником статора и полюсным наконечником. МДС определяют по (9-116) - (9-121). При этом расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора (мм 2)

(11-60)

Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре (Тл)

(11-61)

МДС для зубцов статора синхронных машин. МДС определяют так же, как и для асинхронных двигателей (см. § 9-7).

МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора (см. рис. 9-7). МДС определяют по (9-124) - (9-125) и приложениям 8-10 (при Тл) или приложениям 14-16 (при Тл). При этом расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (мм 2)

Магнитная индукция в равновеликом поперечном сечении зубца (Тл)

(11-63)

МДС для зубцов при прямоугольных открытых и полуоткрытых пазах статора (см. рис. 9-9). МДС определяют по (9-122) - (9-126) и приложениям 8-10 (при Тл) или по (9-124) - (9-136) и приложениям 14-16 (при Тл).

Расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (мм 2)

Магнитная индукция в зубце статора (Тл) на расстоянии 1/3 его высоты от окружности, соответствующей диаметру ,

(11-65)

МДС для спинки статора . Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора (мм 2) и магнитная индукция (Тл)

(11-67)

Напряженность магнитного поля (А/см) определяют по кривым намагничивания для спинки статора (см. приложения 11-13), а среднюю длину пути магнитного потока (мм) - по (9-166).

МДС для спинки статора (А)

(11-68)

МДС для зубцов полюсного наконечника
Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника (Тл)			(11-69)
Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника (А /см)	Из приложений 5-7, 21
Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного наконечника (мм)
МДС для зубцов полюсного наконечника (А)

МДС для полюсов . Магнитный поток в полюсном сердечнике больше потока в воздушном зазоре на величину потока рассеяния , оцениваемую коэффициентом рассеяния =1,05 ÷ 1,2.

Если величина расчетной магнитной индукции в сердечнике полюса 1,6 Тл, то магнитный поток по высоте полюса изменяется незначительно, поэтому можно принять

Активная площадь поперечного сечения полюсного сердечника (мм 2) определяется шириной и длиной полюса (рис. 11-11).

Для найденного значения по приложениям 5, 6, 7, 20 или 21 определяют напряженность поля в сердечнике полюса (А/см). Если >1,6 Тл, то следует учитывать изменение магнитного потока по высоте полюса, обусловленное рассеянием. В этом случае величину магнитного потока определяют в трех сечениях по высоте полюса - у его основания ,у полюсного наконечника и в среднем сечении .

По полученным значениям магнитных потоков и известной площади поперечного сечения сердечника полюса определяют индукции в рассматриваемых сечениях полюса и по кривой намагничивания (см. приложение 21) находят соответствующие напряженности магнитного поля .

МДС для полюсов рассчитывают в такой последовательности.

Полюсные наконечники гребенчатой конструкции (см. рис. 11-6)
Величина выступа полюсного наконечника (мм)		(11-72)
Высота широких полюсных наконечников (мм)		(11-73)
Расстояние между боковыми поверхностями широких пакетов смежных полюсных наконечников (мм)		(11-74)
Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния в зоне широких пакетов полюсных наконечников		(11-75)
Высота узких (в том числе крайних) полюсных наконечников (мм)		(11-76)
Расстояние между боковыми поверхностями узких (в том числе крайних) пакетов смежных полюсных наконечников, мм		(11-77)
Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния в зоне узких пакетов полюсных наконечников		(11-78)
Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния в зоне крайних пакетов полюсных наконечников		(11-79)
Суммарный коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсных наконечников гребенчатой конструкции		(11-80)
Длина пути магнитного потока в полюсе, при отсутствии демпферной обмотки (мм)		(11-81)
То же, при наличии демпферной обмотки		(11-82)

Демпферную (пусковую) обмотку размещают в пазах полюсных наконечников ротора (рис. 10.20, ). Эта обмотка в генераторах служит для ослабления обратного синхронного поля при несимметричной нагрузке, успокоения качаний ротора, предотвращения динамических перенапряжений при несимметричных коротких замыканиях и повышения электродинамической стойкости. В двигателях эта обмотка необходима для асинхронного пуска и успокоения качаний ротора.

Расчет демпферной обмотки заключается в определении количества и размеров стержней обмотки, а также размеров короткозамыкающих сегментов. Короткозамыкающие сегменты замыкают все стержни с торцов полюса и соединяются с сегментами соседних полюсов, образуя кольцо (рис. 10.20, ). В этом случае демпферная обмотка носит название продольно-поперечной. Если сегменты соседних полюсов не соединяются между собой (рис. 10.20, ), то обмотка называется продольной. Наиболее часто применяют продольно-поперечные демпферные обмотки.

Рис. 10.20. Демпферная (пусковая) обмотка:

а - расположение обмотки на полюсе;

б - продольно-поперечная обмотка; в - продольная обмотка

Для машин общего назначения число стержней на полюс выбирают обычно в пределах от 5 до 10. Стержни выполняют из меди или латуни круглого сечения. Чаще всего демпферную (пусковую) обмотку выполняют из медных стержней. Стержни из латуни применяют в тех случаях, когда необходимо получить большие значения начального пускового момента у синхронных двигателей. Иногда для повышения пускового момента обмотку изготовляют из разнородных материалов - крайние стержни клетки делают из латуни, а остальные - из меди. Поперечное сечение всех стержней, расположенных на полюсе, принимают равным 0,15…0,35 сечения меди обмотки статора, приходящейся на полюс. Исходя из этого, сечение стержня

. (10.55)

Коэффициент в скобках (10.55) для генераторов принимается равным 0,15…0,25, для двигателей 0,25…0,35.

Диаметр стержня

округляют до размера, кратного 0,5 мм.

Зубцовый шаг на роторе

, (10.57)

где - расстояние между крайним стержнем и краем полюсного наконечника: м.

Кроме выполнения основной своей задачи демпферная обмотка снижает амплитуды гармоник магнитного поля, обусловленных зубчатостью статора. Эти гармоники и вызывают пульсацию ЭДС в обмотке статора и образуют токи и добавочные потери в самой демпферной обмотке. Для того чтобы демпферная обмотка наилучшим образом выполняла свои задачи, при ее проектировании следует соблюдать следующие требования.

В генераторах для уменьшения, добавочных потерь и искажения ЭДС желательно иметь зубцовый шаг на роторе возможно более близким к зубцовому шагу статора . Если число пазов на полюс и фазу в статоре - целое число, или, , или , то .

Для исключения из кривой ЭДС высших гармонических, обусловленных зубчатостью статора, необходимо иметь:

; (10.58)

где - число стержней в полюсе; - целое число, близкое к ().

При достаточно высокой дробности зубцовые гармонические в кривой ЭДС не проявляются, поэтому при можно принимать .

Исходя из этого необходимо найденное в (10.59) значение зубцового шага проверить на соответствие указанным требованиям и в случае их невыполнения сделать пересчет, задавшись другими значениями и .

В двигателях для уменьшения добавочных потерь и исключения «прилипания» ротора число стержней и их шаг выбирают так чтобы

демпферная обмотка - успокоительная обмотка — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита Синонимы успокоительная обмотка EN amortizeur winding …

демпферная обмотка - slopinimo apvija statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. amortisseur winding; damper winding; damping winding vok. Dämpferwicklung, f; Dämpfungswicklung, f rus. демпферная обмотка, f; успокоительная обмотка, f pranc. enroulement d… … Automatikos terminų žodynas

Электрических машин обмотка для успокоения электромеханич. колебаний машины при переходных процессах; закладывается в полузакрытые пазы на наконечниках полюсов роторов синхронных явнополюсных машин. В синхронных двигателях Д. о. при асинхронном… … Большой энциклопедический политехнический словарь

демпферная обмотка электротехнического изделия - Обмотка электротехнического изделия, предназначенная для создания магнитодвижущей силы, противодействующей изменению магнитного потока, создаваемого другой обмоткой или постоянным магнитом. [ГОСТ 18311 80] Недопустимые, нерекомендуемые… … Справочник технического переводчика

67. Демпферная обмотка электротехнического изделия (устройства) Damping winding Ндп. Демпфирующая обмотка Успокоительная обмотка Обмотка электротехнического изделия (устройства), предназначенная для создания магнитодвижущей силы,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Демпферная обмотка электротехнического изделия (устройства) - 1. Обмотка электротехнического изделия (устройства), предназначенная для создания магнитодвижущей силы, противодействующей изменению магнитного потока, создаваемого другой обмоткой или постоянным магнитом Употребляется в документе: ГОСТ 18311 80… … Телекоммуникационный словарь

В синхронной машине с демпферными обмотками значения ЭДС и индуктивного сопротивления в начальный момент переходного процесса зависят от параметров этих процессов.

На рис. 6.5 изображена принципиальная схема синхронной машины, имеющей на роторе кроме обмотки возбуждения по одной демпферной обмотке в его продольной и поперечной осях.

Обмотка статора и обе обмотки ротора в его продольной оси связаны между собой общим потоком взаимоиндукции , которому соответствует реактивное сопротивление продольной реакции х ad .

Внезапное приращение потока в такой машине вызывает реакцию ротора – приращения потока обмотки возбуждения и потока продольной демпферной обмотки При этом баланс результирующих потокосцеплений должен сохраниться неизменным и соответствовать равенствам:

для обмотки возбуждения

для продольной демпферной обмотки

где – начальный ток, наведенный в продольной демпферной обмотке её реактивности рассеяния.

Из уравнений (6.13) и (6.14) следует, что

, (6.15)

т. е. чем меньше рассеяние обмотки, тем больше наведённый в ней ток и тем, соответственно, больше роль этой обмотки в создании ответной реакции ротора.

Рис. 6.5. Принципиальная схема синхронной машины с демпферными
обмотками в продольной и поперечной осях ротора

Если совместную реакцию обмотки возбуждения и демпферной обмотки в начальный момент переходного процесса заменить такой же реакцией от суммарного тока в одной эквивалентной обмотке продольной оси ротора реактивным сопротивлением рассеяния , то

С учётом (6.13), (6.15) и (6.16) можно найти эквивалентное реактивное сопротивление рассеяния

, (6.17)

которое определяется как сопротивление двух параллельных ветвей с и .

Следовательно, для получения сопротивления, которым характеризуется такая машина в продольной оси при внезапном нарушении режима достаточно в (6.11) вместо х s f ввести х s rd . Сделав такую подстановку и произведя преобразование, найдём продольное сверхпереходное сопротивление

В поперечной оси ротора, где расположена только одна демпферная обмотка, можно найти поперечное сверхпереходное сопротивление .

. (6.19)

ЭДС за сопротивлениями и в начальный момент переходного процесса сохраняют свои значения неизменными, и называются сверхпереходными ЭДС и . Значения этих ЭДС

(6.20)

где , , , – составляющие напряжения и тока до нарушения нормального режима работы машины.

Таким образом, синхронную машину с демпферными обмотками в начальный момент переходного процесса характеризуют сверхпереходные сопротивления и и сверхпереходные ЭДС , . Приставкой «сверх» в названиях «сверхпереходные» подчёркивают влияние на переходный процесс демпферных обмоток машины.

Принципиальную схему трёх магнитосвязанных обмоток в продольной оси ротора (рис. 6.6 а ) можно представить эквивалентной схемой замещения, аналогичной схеме замещения трансформатора (рис. 6.6 б ), в которой ЭДС соответствуют результирующим потокосцеплениям обмотки возбуждения и продольной демпферной обмотки. Упрощённая схема замещения машины с параметрами и изображена на (рис. 6.6 в ).

Рис. 6.6. Схема замещения синхронной машины по продольной оси ротора
в сверхпереходном режиме

В поперечной оси ротора с параметрами и схема замещения машины имеет такой же вид, как и для двухобмоточного трансформатора (рис. 6.4).

При чисто индуктивной цепи статора продольная и поперечная составляющие сверхпереходного процесса определяются выражениями:

(6.21)

Полный сверхпереходный ток

Угол между полным и сверхпереходными значениями тока и ЭДС в общем случае не равен 90°, т. к. даже в чисто индуктивной цепи .

6.6. Переходный процесс в синхронной машине
без демпферных обмоток

Переходный процесс будем рассматривать в предположении, что синхронная машина работает отдельно от других источников питания. Внешняя цепь статора при возникшем КЗ характеризуется некоторым постоянным сопротивлением, преимущественно индуктивным.

В нормальном режиме в роторе протекает постоянная составляющая тока обмотки возбуждения I f . Эта составляющая наводит в обмотке статора периодически изменяющийся ток. При внезапном КЗ на увеличение магнитного потока в продольной реакции статора а соответственно, и тока в статоре, ротор отвечает увеличением тока возбуждения на величину , который из-за потерь в роторе будет затухать с постоянной времени . Этот ток будет наводить в обмотке статора периодически затухающий ток (рис. 6.7).

.

(6.22)

,

где – постоянная времени затухания свободного тока в обмотке возбуждения ;

Т – постоянная времени обмотки возбуждения.

Для определения начального значения апериодической составляющей рассмотрим момент времени t = 0

Рис. 6.7. Переходный процесс в синхронной машине без демпферных обмоток

где T a – постоянная времени затухания апериодической составляющей ;

х 2 – сопротивление обратной последовательности генератора;

R ст – активное сопротивление обмотки статора.

Из выражения (6.24) следует, что при внезапном КЗ в синхронной машине без демпферных обмоток имеется две апериодические составляющие, одна из них изменяется по периодическому закону, вторая – по экспоненциальному закону.

Таким образом, переходный процесс состоит из двух режимов (рис. 6.7): переходного и установившегося. Переходный режим заканчивается тогда, когда затухнут свободные токи в обмотке возбуждения. Ток в обмотке ротора состоит из трех составляющих (I p = I f + I n св + I св ).

6.7. Переходный процесс в синхронной машине
с демпферными обмотками

При внезапном КЗ на зажимах синхронной машины с демпферными обмотками на увеличение магнитного потока продольной реакции статора ротор отвечает изменением тока в двух обмотках: увеличением тока возбуждения на величину который затухает с постоянной времени , и увеличением тока в продольной демпферной обмотке на величину который затухает с постоянной времени . Эти токи будут наводить в обмотке статора периодически затухающие токи (рис. 6.8).

При внезапном КЗ в обмотке статора будет протекать ток, состоящий из двух составляющих: периодической и апериодической .

Определим периодическую составляющую тока КЗ

:

;

Определим апериодическую составляющую тока КЗ

Для определения i осв рассмотрим момент времени t = 0, получим i осв = , тогда

. (6.26)

Запишем закон изменения полного тока

(6.27)

Где T" – постоянная времени затухания свободного тока в продольной демпферной обмотке

N

Рис. 6.8. Переходный процесс в синхронной машине с демпферными обмотками

Таким образом, переходный процесс состоит из трёх режимов (рис. 6.8) – сверхпереходного, переходного и установившегося. Ток в роторе состоит из пяти составляющих ( ).

Контрольные вопросы

1. Какой вид имеет принципиальная схема машины с демпферными обмотками и без них?

2. Как протекает переходный процесс при КЗ на зажимах синхронной машины без демпферных обмоток?

3. Какие значения ЭДС индуктивного сопротивления синхронной машины называются переходными?

4. Какие особенности переходного процесса при КЗ на зажимах синхронной машины с демпферными обмотками?

5. Как определяются сверхпереходные ЭДС и сопротивления синхронной машины?

7. Переходный процесс в сети при трёхфазном КЗ

7.1. Переходный процесс при удалённом КЗ

Переходным называют режим, протекающий от начала КЗ и до момента, когда наступает установившееся КЗ. Переходный режим в общем случае характеризуется появлением свободной апериодической составляющей тока КЗ, которая накладывается на периодическую составляющую, изменяющуюся с частотой сети, и вместе с ней образует полный ток КЗ.

Правильно оценить электродинамическое и термическое действие тока КЗ невозможно, не учитывая переходный режим КЗ, так как мгновенное и действующее значения полного тока КЗ существенно больше их значений в установившемся режиме.

Рассмотрим протекание переходного процесса при удаленных коротких замыканиях. Для простоты предположим, что цепь работает на холостом ходу, т. е. нагрузка в цепи отсутствует, а в момент произошло КЗ (рис. 7.1).

При переходном режиме полный ток КЗ i состоит из двух составляющих: периодической i n и апериодической i a (рис. 7.1). Периодическая составляющая тока КЗ изменяется по синусоидальному закону и в силу индуктивного характера цепи отстает от напряжения U на угол φ к .

Апериодическая составляющая i a затухает по экспоненциальному закону. Начальное значение апериодической составляющей i ao равно мгновенному значению периодической составляющей i no в момент КЗ. Переходный режим КЗ закончится в тот момент, когда затухнет апериодическая составляющая.

Рис. 7.1. Кривые изменения периодической i n и апериодической i a
составляющих, а также полного i тока КЗ при удаленном КЗ

При КЗ в элементах СЭС токи в обмотках генератора будут меньше, чем в случае КЗ на зажимах генератора, так как результирующее сопротивление короткозамкнутой цепи увеличивается. Вследствие этого уменьшается влияние КЗ в СЭС на работу генератора, а также предел изменения тока КЗ в течение переходного процесса, который зависит от удалённости точки КЗ относительно источника и будет тем меньше, чем дальше находится точка КЗ. При КЗ в удалённых точках СЭС периодическая составляющая тока во время переходного процесса в генераторе практически не изменяется.

Удалённой точкой называют такую точку СЭС, при КЗ в которой ток генераторов электростанции изменяется настолько незначительно, что изменением ЭДС генераторов можно пренебречь и считать напряжение на их зажимах неизменным и равным номинальному. При этом ток КЗ может значительно превышать номинальный ток короткозамкнутой ветви и является опасным для участка СЭС, где расположена удалённая точка.

Поэтому при КЗ в удалённой точке периодическая составляющая тока не изменяется и с первого же момента времени ток КЗ принимает своё установившееся значение . Очевидно, что в данном случае характер изменения тока в цепи будет таким же, как и при питании от шин бесконечной мощности.

Апериодическая составляющая тока возникает при любой удалённости точки КЗ от источника, поскольку всякая цепь обладает индуктивным сопротивлением, и затухает тем быстрее, чем больше активное сопротивление короткозамкнутой цепи. В протяжённых КЛ и сетях с напряжением до 1 кВ, где преобладает активное сопротивление, апериодическая составляющая тока затухает в течении 0,15-0,2 с.

Внешнее сопротивление цепи генератора х вн , при КЗ за которым сверхпереходный и установившийся токи одинаковы (), можно найти, выразив их через соответствующие ЭДС и сопротивление, из равенства

(7.1)

Из (7.1) следует, что

(7.2)

Если построить зависимость отношения от внешнего сопротивления х вн (рис. 7.2), то можно установить, что для генератора без АРВ это отношение всегда больше единицы и только в пределе стремится к ней. При наличии АРВ отношение сначала уменьшается до минимального значения (0,6-0,8), а затем начинает возрастать, стремясь в пределе также к единице.

Рис. 7.2. Зависимость отношения от удалённости точки КЗ
в СЭС без АРВ (кривая 1) и с АРВ (кривая 2)

Предельное значение внешнего сопротивления короткозамкнутой цепи генератора, при котором отношение сверхпереходного тока к установившемуся току КЗ в СЭС с АРВ начинает возрастать, называют критическим и обозначают х кр . Значение х кр зависит от параметров синхронной машины и предшествующего режима её работы.

7.2. Переходный процесс в СЭС, питающийся
от генератора без АРВ

При КЗ на зажимах генератора, не имеющего АРВ, ток возбуждения i f остаётся постоянным и обеспечивает неизменный магнитный поток Ф f .

На рис. 7.3 приведены изменения полного тока и его составляющих в одной фазе цепи, питаемой от генератора без АРВ.

До начала КЗ (точка О) генератор работал в нормальном режиме, при котором в цепи протекал ток i n . В момент времени, когда ток нагрузки имел значение i n = 0, произошло КЗ, под влиянием которого наступил переходный процесс, сопровождающийся увеличением тока.

При КЗ на зажимах генератора преобладающее значение имеет индуктивное сопротивление цепи, поэтому её активным сопротивлением можно пренебречь.

Рис. 7.3. Изменения полного тока и его составляющих одной из фаз
генератора без АРВ при внезапном КЗ

При максимум апериодической составляющей тока КЗ наблюдается при нулевой фазе включения () и отсутствии предшествующего тока в цепи. В этом случае значение i ao оказывается равным амплитуде периодической составляющей

. (7.3)

Полный ток КЗ во время переходного процесса состоит из периодической и апериодической составляющих. Мгновенное значение полного тока в любой момент времени t

Поскольку генератор является источником конечной мощности и в соответствии с принятым условием работает без АРВ, напряжение на его зажимах, а следовательно, и периодическая составляющая тока КЗ с течением времени уменьшаются. Объясняется это тем, что по мере затухания свободных токов, наведенных в начальный момент КЗ в обмотке возбуждения, демпферных обмотках в массиве ротора, поток реакции статора при неизменном токе возбуждения ослабляет результирующий магнитный поток в воздушном зазоре генератора (см. гл. 6).

Последнее обстоятельство приводит к уменьшению ЭДС, наводимой в статоре, увеличению падения напряжения на зажимах генератора и изменению периодической составляющей тока КЗ.

На рис. 7.4 периодическая составляющая тока КЗ i n в течение переходного процесса изображена в виде синусоиды с убывающей амплитудой. Заметим при этом, что длительность переходного процесса превышает время затухания апериодической составляющей тока КЗ. Кроме того, начальный ток КЗ больше установившегося значения тока ().

Рис. 7.4. Кривые тока и его составляющих при КЗ на выходах
генератора с АРВ

Апериодическая составляющая тока КЗ затухает, как было показано выше, по экспоненте с постоянной времени Т а . В рассматриваемом случае сопротивление цепи КЗ и генератора соизмеримы, поэтому при вычислении Т а необходимо учитывать соответствующие сопротивления обмотки статора

Виду быстрого затухания апериодической составляющей полный ток КЗ для времени 0,15 с после начала переходного процесса можно считать практически равным периодической составляющей, которая представляет собой установившийся ток КЗ. Мгновенное и действующее значения установившегося тока КЗ обозначаются, соответственно, и .

Длительность переходного процесса КЗ для современных генераторов обычно составляет не более 3-5 с. Как и в случае питания цепи КЗ от шин бесконечной мощности, максимальное значение полного тока – ударный ток – имеет место обычно через 0,01 с после начала процесса. При определении ударного тока условно считают, что к этому времени периодическая составляющая тока не претерпевает существенных изменений и равна, как и в начальный момент КЗ, I n , m . Учитывается лишь затухание апериодической составляющей, максимальное значение которой принимается равным также I n , m .

7.3. Переходный процесс в СЭС, питающийся
от генератора с АРВ

Назначение АРВ состоит в поддержании на зажимах генератора номинального напряжения при всех возможных режимах работы генератора. В случае понижения напряжения, обусловленного КЗ, АРВ увеличивает ток возбуждения генератора, а следовательно, и напряжение в различных точках сети.

В начальный момент КЗ ввиду инерции магнитных потоков, сцепленных с обмотками генератора, АРВ на переходный процесс практически не влияет. В дальнейшем действие АРВ сказывается на увеличении тока возбуждения и связанных с ним составляющих тока статора и демпферных обмоток. Однако этот процесс протекает сравнительно медленно, так что изменяются только ЭДС генератора и обусловленная ею периодическая составляющая тока статора.

Повышение напряжения генератора благодаря АРВ начинается не в момент возникновения КЗ, а через некоторое время, необходимое для срабатывания АРВ. Поэтому ток КЗ до вступления в действие АРВ уменьшается так же, как и при отсутствии АРВ, а затем начинает увеличиваться и достигает установившегося значения, соответствующего возросшему напряжению генератора за счёт действия АРВ (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Изменение периодической составляющей тока КЗ генератора
с АРВ при постоянной времени обмотки возбуждения Т f = 0
и предельном токе возбуждения

В связи с тем, что действие АРВ проявляется через несколько периодов после появления КЗ, начальное значение полного тока КЗ и его составляющих, а также ударный ток КЗ остаются такими же, как и при отсутствии АРВ.

Таким образом, при АРВ затухание свободных токов статора и обмотки возбуждения, возникших при внешнем КЗ, в некоторой степени компенсируется увеличением тока КЗ за счёт действия АРВ.

В зависимости от соотношения между значениями этих токов и от характера их изменения кривая полного тока КЗ приобретает разный вид. При этом апериодическая составляющая i a t остаётся практически такой же, как при отсутствии АРВ, а периодическая составляющая i n t в зависимости от соотношения между начальным и установившимся токами КЗ при предельном токе возбуждения может затухать, возрастать или оставаться неизменной, как показано на рис. 7.5.

Синхронные двигатели выполняют с демпферной обмоткой, которая служит в качестве пусковой при асинхронном пуске, а так же для успокоения качаний в процессе работы. Демпферную обмотку обычно изготовляют из стержней круглого сечения, закладываемых в круглые пазы, равномерно расположенные по дуге полюсных наконечников. Концы стержней замыкают пластинами (сегментами), расположенными вдоль полюсной дуги с обеих сторон полюса. Эти сегменты соединяют между собой по междуполюсному пространству пластинами, образуя коротко замыкающие кольца. Параметры демпферной обмотки устанавливают с учетом следующих условий. Для улучшения демпфирующего эффекта обмотка должна иметь малое активное сопротивление. Поэтому стержни, короткозамыкающие сегменты и соединительные пластины обычно выполняют из меди.

Суммарную площадь поперечного сечения стержней демпферной обмотки на один полюс целесообразно принимать близкой к 15% суммарной площади поперечного сечения меди обмотки статора, приходящейся на одно полюсное деление (мм 2)

. (11-53)

Для уменьшения добавочных потерь и пульсаций ЭДС обмотки статора желательно принимать зубцовое деление полюсного наконечника ротора близким к зубцовому делению статора . При , равном целому числу, а также при или
целесообразно выбирать
. При
целесообразно принимать в генераторах
, а в двигателях (чтобы исключить возможность проявления эффекта «прилипания») должно быть несколько меньше или больше . В приведенных выражениях
- несократимая дробь.

Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс (шт.)

(11-54)

Количество стержней демпферной обмотки на полюс
выбирают так, чтобы минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника
была не менее 3 мм и не превышала 0,5 .

Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки (мм)

; (11-55)

Принимают значение , равное ближайшему целому числу, и определяют соответствующее этому диаметру сечение стержня .

Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника (мм)

Диаметр круглой части паза полюсного наконечника (мм)

Размеры шлица паза демпферной обмотки генераторов выбирают так, чтобы ширина
и высота
(рис. 11-13) были примерно одинаковыми (около 3 мм); в двигателях (для увеличения вращающего момента) высоту шлица принимают 1,5-2 мм.

Рис. 11-13. Эскиз полюсного

Наконечника с пазами демпферной обмотки:

1 - полюс; 2 - стержень демпферной обмотки;

3 --- короткозамыкающий сегмент.
Для обеспечения механической прочности кромок полюсного наконечника должно соблюдаться условие
. При малых высотах кромок полюсных наконечников крайние пазы демпферной обмотки выполняются закрытыми; при этом

Предварительная длина стержня демпферной обмотки

(11-58)

Затем ее уточняют при проработке конструкции машины.

Размеры короткозамыкающих сегментов выбирают такими, чтобы их высота
, толщина
а площадь поперечного сечения составляла около половины суммарной площади поперечного сечения стержней одного полюса (мм 2), т. е.

(11-59)

Окончательно размеры сегмента в поперечном сечении
а также его площадь в этом сечении следует выбрать по приложению 2.

Площадь поперечного сечения перемычки между сегментами разных полюсов принимают не менее 0,5 , а площадь контакта между перемычкой и сегментом - не менее 5.

Примеры расчета машин.

4. Демпферная (пусковая) обмотка.

Последовательность расчета	Условные обозначения	Источник	Синхронный генератор	Синхронный двигатель
205	, мм 2	(11-53)	---	0,015∙247,3∙ ∙497/4,45=414
206	, мм	§11-5	---	27,5
	, шт.	(11-54)	---
208	, мм	(11-55)	---
209	мм; мм 2	§11-5	---	10; 78,5
210		§11-5	---	20,7/10=2,07>1,7
211	, мм	§11-5	---	8
212	, мм	(11-56)	---	(173-10-2,8)/(7-1)=
213	, мм	(11-57)	---	10+0,1=10,1
214	, мм	§11-5	---	32
215	, мм	(11-58)	---	445+0.2∙247,3=495
216	, мм 2	(11-59)	---	0,5∙414=207
217	, мм	§11-5	---	2∙10=20
218	, мм	§11-5	---	0,7∙10=7,0
219	, мм	Приложение 2	---	2010
220	, мм 2	То же	---	199,1

§ 11-6. Расчет магнитной цепи при холостом ходе.

Общие положение . Для построения характеристик намагничивания
и х. х.
синхронной машины производят расчет магнитной цепи при х. х., который сводится к определению МДС обмотки возбуждения при нескольких значениях магнитного потока Ф и соответствующей ему ЭДС обмотки статора . МДС равна сумме МДС отдельных последовательно соединенных участков магнитной цепи, включающей воздушный зазор между полюсным наконечником ротора и сердечником статора, зубцы статора, спинки статора и ротора, сердечник полюса, полюсные наконечники и зазор в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса.

Магнитное поле синхронной машины имеет сложную форму в связи с зубчатостью статора и полюсного наконечника (при наличии демпферной обмотки) и насыщением участков ярма и зубцов.

Влияние зубчатости зазора, вентиляционных каналов в сердечнике статора, насыщения зубцовой зоны и спинки статора при расчете синхронных машин, так же как и для асинхронных двигателей (см. § 9-7) и машин постоянного тока (см. § 10-8), учитывают системой коэффициентов и применением таблиц намагничивания
для зубцов и спинки статора (см. приложения 8-16).

Поскольку магнитная цепь синхронной машины (рис.11-14) симметрична, то расчет МДС ведется на один полюс. При этом для каждого участка определяют площадь поперечного сечения, магнитную индукцию (полагая, что она распределена равномерно по всему сечению рассматриваемого участка), напряженность поля, среднюю длину пути магнитного потока, МДС участка и суммарную МДС цепи.

Рис. 11-14. Схема магнитной цепи синхронной машины.
При расчете магнитной цепи условно принимают среднюю длину пути магнитного потока на отдельных участках магнитопровода. В действительности длина этих путей в спинке статора и ротора различна по середине и по краям полюсного деления. Соответственно неравномерно распределяется магнитная индукция.

Для упрощения расчетов при определении магнитного напряжения спинки статора следует пользоваться кривыми намагничивания, построенными с учетом этого фактора и приведенными в приложениях 11-13. Магнитную цепь синхронных машин рассчитывают в такой последовательности.

МДС для воздушного зазора между сердечником статора и полюсным наконечником. МДС определяют по (9-116) - (9-121). При этом расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора (мм 2)

(11-60)

Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре (Тл)

(11-61)

МДС для зубцов статора синхронных машин. МДС определяют так же, как и для асинхронных двигателей (см. § 9-7).

МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора (см. рис. 9-7). МДС определяют по (9-124) - (9-125) и приложениям 8-10 (при
Тл) или приложениям 14-16 (при
Тл). При этом расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (мм 2)

Магнитная индукция в равновеликом поперечном сечении зубца (Тл)

(11-63)

МДС для зубцов при прямоугольных открытых и полуоткрытых пазах статора (см. рис. 9-9). МДС определяют по (9-122) - (9-126) и приложениям 8-10 (при Тл) или по (9-124) - (9-136) и приложениям 14-16 (при Тл).

Расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (мм 2)

Магнитная индукция в зубце статора (Тл) на расстоянии 1/3 его высоты от окружности, соответствующей диаметру ,

(11-65)

МДС для спинки статора . Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора (мм 2) и магнитная индукция (Тл)

(11-66)

(11-67)
Напряженность магнитного поля (А/см) определяют по кривым намагничивания для спинки статора (см. приложения 11-13), а среднюю длину пути магнитного потока (мм) - по (9-166).

МДС для спинки статора (А)

(11-68)

МДС для зубцов полюсного наконечника
Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника (Тл)			(11-69)
Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника (А /см)	из приложений 5-7, 21
Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного наконечника (мм)		(11-70)
МДС для зубцов полюсного наконечника (А)		(11-71)

МДС для полюсов . Магнитный поток в полюсном сердечнике больше потока в воздушном зазоре на величину потока рассеяния
, оцениваемую коэффициентом рассеяния =1,05 ч 1,2.

Если величина расчетной магнитной индукции в сердечнике полюса
1,6 Тл, то магнитный поток по высоте полюса изменяется незначительно, поэтому можно принять

Активная площадь поперечного сечения полюсного сердечника (мм 2) определяется шириной и длиной полюса (рис. 11-11).

Для найденного значения по приложениям 5, 6, 7, 20 или 21 определяют напряженность поля в сердечнике полюса
(А/см). Если >1,6 Тл, то следует учитывать изменение магнитного потока по высоте полюса, обусловленное рассеянием. В этом случае величину магнитного потока определяют в трех сечениях по высоте полюса - у его основания
,у полюсного наконечника
и в среднем сечении
.

По полученным значениям магнитных потоков и известной площади поперечного сечения сердечника полюса определяют индукции в рассматриваемых сечениях полюса


и по кривой намагничивания (см. приложение 21) находят соответствующие напряженности магнитного поля


.

МДС для полюсов рассчитывают в такой последовательности.

Полюсные наконечники гребенчатой конструкции (см. рис. 11-6)
Величина выступа полюсного наконечника (мм)		(11-72)
Высота широких полюсных наконечников (мм)		(11-73)
широких пакетов смежных полюсных наконечников (мм)
потока рассеяния в зоне широких пакетов полюсных наконечников		(11-75)
Высота узких (в том числе крайних) полюсных наконечников (мм)		(11-76)
Расстояние между боковыми поверхностями узких (в том числе крайних) пакетов Смежных полюсных наконечников, мм		(11-77)
Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния в зоне узких пакетов полюсных наконечников		(11-78)
Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния в зоне крайних пакетов полюсных наконечников
Суммарный коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсных наконечников гребенчатой конструкции
Длина пути магнитного потока в полюсе, при отсутствии демпферной обмотки (мм)		(11-81)
То же, при наличии демпферной обмотки		(11-82)

Полюсные наконечники традиционной конструкции (см. рис. 11-8 )
Высота полюсного наконечника (мм)		(11-83)
Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконечников (мм)		(11-84)
Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по внутренним поверхностям полюсных наконечников		(11-85)
Длина пути магнитного потока в полюсе при отсутствии демпферной обмотки (мм) (11-99)	(11-109)
МДС для зазора в стыке между сердечниками полю полюса и ротора (А)		(11-110)
Параметры магнитной цепи
Суммарная МДС магнитной цепи (на один полюс) (А)		(11-111)
Коэффициент насыщения магнитной цепи		(11-112)