Динамо-машины  Нагревание и охлаждение 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 [ 62 ] 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92

Стержни дают-ительиой обмотка

Г Ч

Рис. 4-45. Продольная успокоительная обмотка.

Совре.менные турбогенераторы отечественных заводов не имеют на роторе особых успокоительных об.моток. Здесь роль успокоительной обмотки выполняют контуры вихревых, токов, наведенных обратным полем в массивном роторе. Они оказывают сильное заглушающее действие.

в) Параметры синхронной машины пои несимметричной нагрузке. Длч обычных случаев, когда статорная обмотка генератора симметрична, э д. с. холостого хода Ед, El , v наведенные в фазах, образуют симметричную звезду векторов. Они, как указывалось оанее. могут быть найдены при noMouiH векторных диаграмм по э. д. с. Ед, Над- Sr, котопые также образуют симметричную звезду векторов, так как эти э. д. с. наводятся потоком воздушного зазора, созданным результирующей н. с. обмотки возбуждения и прямо-синхоонной н. с. статора (от токов прямой последовательности). Действие прямо-синхронной н. с. статора и представляет собой реакцию якоря, которую Мы можем учесть, например для фазы а э. д. с. Ё = Боа - ьа Д- ненасыщенного неявнополюсного генератора Е, =

Токи прямой последовательности вызовут в фазах статорной обмотки падения напряжения:

ai я- Zfc, Z, /[

при = Гд-[-/х где Га и х, -активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния.

Полю, вызванному обратной н. с. от токов обратной последовательности, соответствует индуктивное сопротивление Хг для этих токов. Оно называется индуктивным сопротивлением обратной последовательности. Сопротивление Хг будет изменяться в соответствии с изменением магнитной проводимости для обратно вращающегося поля, причем здесь имеется

U виду проводимость индукционных грубок этого поля с учетом его оттеснения под действием токов, наведенных в контурах ротора.

Можно принять с некоторым приближением, что Хг пропорционально среднему значению лроводимостей обратно вращающегося поля, получающихся при совпадении его, оси с продольной и поперечной осями ротора. Очевидно, что хг gt;х, гак как токи обратной последовательности наряду с полем рассеяния, аналогичным полю рассеяния от токов прямой последовательности, создают также поле внутри статора.

Активное сопротивление обратной после-ловательноети гг также отличается от сопро-тивлечия = Го. Оно обусловлено не только электрическими потерями в обмотке статора н потерями, вызванными полями рассеяния 1ЧТ0 мы имеем для Гд), но и потерями вэлек-трических цепях ротора от токов, наведенных обратным полем.

Токи обратной последовательности вызо-зут в фазах статорной обмотки падения напряжения:

где I

При наличии в обмотке статора токов нулевой последовательности, которые могут иметь место только при соединении обмотки в звезду и при использовании нулевого провода, эти токи будут вызывать падения напряжения:

AiOO IЬП, ir:nZg,

где Z ----- Го -Ь ;х .

Сопротивления 2 л, и .г, - сопротивления нулевой последовательности.

Пренебрегая высшими гармониками н. с. отдельных фаз, созданных токами нулевой последовательности, получим, что их результирующая н. с. равна нулю. Следовательно, токи нулевой последовательности не будут со-

Рис. 4-46. Продольно-поперечная успокоительная обмот; lt;а

4567

сдавать поля внутри статора. Будет возникать только поле рассеяния. Но оно отличается от поля рассеяния токов прямой последовательности вследствие различия взаимной индукции фаз. Сопротивление го~гй сопротивление хо обычно меньше х. Оно в большой степени зависит от укорочения шага обмотки, а гакже от расположения ее лобовых частей.

г) Уравнения напряжений при несимметричной нагрузке. Для напряжений, например, фазы а мы может написать следующее уравнение:

Напряжения фаз равны:

К,- )

(4-34)

(4-35)

0,0 +0,2 +О.

Линейные напряжения при соединении фаз в звезду:

+ (Ual - 0 ,У,

6 (6- -(/ )-Ь

и,2У

Фы-0 ,) +

+ Фс2

(4-36)

Сопоставляя уравнение (4-34) и первое уравнение (4-.35), можем написать:

(4-37)

Из (4-35), (4-36) и (4-37) следует, что симметрия фaзны;f напряжений нарушается из-за наличия составляющих обратной н нулевой-последовательностей, а симметрия- линейных напряженийтолько из-за наличия составляющих обратной последовательности, причем указанные составляющие напряжений вызваны гока.ми соответствующих последовательностей.

д) Допустимые значения тока обратной последовательности. Токи нулевой последовательности в значи- тельно меньшей степени влияют на условия работы синхронной машины, чем токи обратном последовательности. Поэтому приходится считаться главным образом с влиянием последних.

Выясним допустимое значение тока обрат-rioii последовательности, во-первых, в отношении нарушения симметрии линейных иа-гтряженип и, во-вторых, в отношении нагре-?а:1ия ротора.

Рассмотри.\Е первое. При несимметричной .нагрузке линейные напряжения состоят из напряжений прямой и обратной последовательностей, причем напряжение обратной последовательности согласно предыдущему равно:

Можно приближенно принять zx; тогда, считая, что напряжение прямой последовательности и, равно номинальному напряжению генератора будем иметь:

и, 1гХ,

и, и

Выражая сопротивление х в относительных единицах I -jj- , получим:

/ и, ху

где - коэффициент несимметрии напряжений.

Если принять максимальное допустимое значение этого коэффициента равным 0,05*, то

Ij 0,05

i х

Для явнополюсных генераторов без успокоительной обмотки обычные значения :2=0,35ч-0,65; следовательно, для таких генераторов получим:

lt; 0,14-0,077.

Для генераторов с достаточно совершенной продольно-поперечной успокоительной обмоткой (к ним можно отнести и турбогенераторы) х*,у= = 0,15 -н 0,25; следовательно, буде.м иметь:

~ lt; 0,34 0,21. \

Обращаясь теперь к вопросу о допустимом токе обратной последовательности в отношении нагревания ротора, отметим прежде всего, что допустимое его значение будет зависеть от длительности режима работы при этом токе.

Особенно чувствительными к потерям, вызванным обратно вращающимся нолем, являются турбогенератор gt;1, не имеющие отдельных успокоительных обмоток. Роторы современных больших турбогенераторов из условий допустимой окружном скорости приходится выполнять с ограниченным диаметром, что заставляет брать относительно высокую плотность тока для проводников обмотки возбуждения, так как только в этом случае размеры проводников позволяют уложить их в пазы ротора. Следовательно, учитывая повышенные потери в обмотках возбуждения, а также плохие условия ее охлаждения, нужно считать, что ротор в отношении теплового режима является весьма напряженной частью турбогенератора и что излишние потери в нем для него опасны. Вопрос о допустимом значении тока обратной последовательности для турбо-

Ранее указывалось, что длительная работа трехфазных асинхронных двигателей даже при L2/f[ = 0,05 может представлять для них опасность (см. sect; 3-21,в),

генератора в отношении нагрева должен разрешаться опытным путем.

Если имеется в виду несимметричная нагрузка, то явнополюсную машину следует снабдить успокоительной обмоткой для уменьшения обратно вращающегося поля. Успокоительная обмотка должна быть так рассчитана, чтобы возникающие в ней потери не могли повысить нагревание ее и ротора сверх допустимых пределов. При отсутствии успокои- тельной обмотки возникает периодически изменяющийся момент из-за взаимодействия непостоянного обратного поля и токов статора, что может Привести к заметным вибрациям машины.

4-5. Однофазный синхронный генератор

Однофазные синхронные машины по сравнению с трехфазными имеют ряд недостатков. К основным из них нужно отнести большие размеры и большую стоимость при одной и той же мощности. Поэтому на практике однофазные синхронные машины применяются крайне редко. В настоящее время во многих случаях, когда необходим однофазный ток, его берут от трехфазных линий.

По устройству однофазные машины отличаются от трехфазных лишь выполнением обмотки статора. В однофазных машинах обмотка занимает обычно не свыше 80 /о окружности статора, так как полное использование окружности статора при большей затрате меди и изоляционных материалов дает только небольшое увеличение напряжения на зажимах машины.

/Действительно, если рассмотреть, например, образование однофазной обмотки из трехфазной, то при использовании /з окружности (рис. 4-47,а) получим э. д. с, равную К3 ; при использовании же всей окружности (,рис. 4-47,0 и в) получим э. д. с, равную 2Е, т. е. при затрате меди и изоляционных материалов на 507о боль-

ше, чем в первом случае, увеличение э. д. с. составит лишь около 15,6%.

Выясним вначале, какую мощность может давать трехфазная машина, используемая в качестве однофазной (ПО рис. 4-47,а), если она будет работать с тем же магнитным потоком в воздушном зазоре и с тем же током в обмотке статора, что и при работе Б качестве трехфазной. Последнее условие в отношении тока можно принять для высоковольтных машин, где из-за сравнительно толстого слоя изоляции затруднена передача тепла, от меди к стенкам пазов или в воздух.

В ЭГО.М случае мощность однофазной машины будет равна V3E1, а мощность трехфазной машины 3 /. Следовательно, мощность однофазной машины будет составлять только

-g--100 = 5870 от мощности трехфазной машины. I

Если допустить при работе однофазной машины те же потери в обмотке статора, что и при работе трехфазной машины, полагая, что тепло от меди хорошо передается через изоляцию стальным листа.м статора, то ток однофазной машины h может быть взят, очевидно, большим, чем ток трехфазной машины /з. Но и при этих условиях мощность однофазной машины получается меньше мощности трехфазной машины. Действительно, так как было принято, что

2/;г.= 3/1гд, то /. = з;

следовательно, мощность однофазной машины составляет;

100;70Vo

Рис. 4-4? . Образование однофазной обмотки из тре.хфазной.

от мощности трехфазной машины.

Учитывая также потери в роторе, вызванные обратно вращающимся полем, мощность однофазного генератора при тех же размерах, что и для трехфазного, приходится брать не вы-uie примерно 6Э% от мощности последнего.

Работа однофазного генератора, имеющего обмотку на статоре, расположенную на 2/з его окружности, может быть исследована при помощи ме-