Синхронные машины. В 2 ч. Ч. 2

58 Pages·1.291 MB·Russian

by  Мещеряков В. Н.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.Н. МЕЩЕРЯКОВ, Д.И. ШИШЛИН

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Учебное пособие
Часть вторая

Липецк
Липецкий государственный технический университет
2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.Н. МЕЩЕРЯКОВ, Д.И. ШИШЛИН

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Учебное пособие
Часть вторая

Липецк
Липецкий государственный технический университет
2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.Н. МЕЩЕРЯКОВ, Д.И. ШИШЛИН

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Учебное пособие
Часть вторая

Утверждаю Проректор по учебной
работе
Объем 3.8 п.л Ю.П. Качановский
Тираж 100 экз. «___» ______ 2013 г.

Липецк
Липецкий государственный технический университет
2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.Н. МЕЩЕРЯКОВ, Д.И. ШИШЛИН

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Учебное пособие
Часть вторая

Составители В.Н. Мещеряков
Д.И. Шишлин

Зав. кафедрой электропривода В.Н. Мещеряков

Липецк
Липецкий государственный технический университет
2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 621.391.14
М 565

Рецензенты: кафедра Электроэнергетические системы и сети Липецкого
филиала Воронежского государственного технического университета;
Шиянов А.И., д-р техн. наук, проф.

Мещеряков, В.Н.

М 565 Синхронные машины [Текст]: В 2 ч. ч. 2 учеб. пособие /
В.Н. Мещеряков, Д.И. Шишлин. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. - 54 с.

ISBN

В учебном пособии рассматриваются существующие типы синхронных
электрических машин, способы их управления, математическое описание
синхронных двигателей в динамических режимах. Основное внимание уделено
синхронным электрическим машинам общепромышленного назначения.
Учебное пособие предназначено на студентов направления
«Электроэнергетика и электротехника», может быть полезно инженерам, чья
деятельность связана с наладочными операциями по электрооборудованию, а
также эксплуатацией синхронных машин.

УДК 621.391.14
М 565

Печатается по решению редакционно-издательского совета ЛГТУ

ISBN 978-5-88247-568-9
© Мещеряков В.Н., Шишлин Д.И.
© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный
технический университет», 2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................... 4
1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ МАШИН В
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ .................................................................... 5
1.1. Параллельная работа синхронных генераторов ............................... 5
1.2. Особенности параллельной работы синхронного генератора
с сетью бесконечной мощности ................................................................ 8
1.3. Синхронный компенсатор .................................................................. 11
1.4. Переходные процессы в синхронных машинах ................................ 14
1.5. Несимметричные режимы работы синхронных генераторов .......... 24
2. ЭКСПЛУАТАЦИЯ, ИСПЫТАНИЯ, ПРОВЕРКИ И РЕМОНТ
СИНХРОННЫХ МАШИН ............................................................................... 27
2.1. Эксплуатация синхронных машин .................................................... 27
2.2. Испытания, проверки и ремонт синхронных машин ........................ 36
3. СИНХРОНИЗИРОВАННЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ................ 38
3.1. Синхронизированный асинхронный двигатель, выполненный на
базе асинхронного двигателя с фазным ротором .................................... 38
3.2. Синхронизированный двигатель с питанием обмоток ротора
интервально постоянным током ............................................................... 41
3.4 Математические модели синхронизированного двигателя .............. 45
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .............................................................. 52

3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ

Синхронные машины работают в электрических системах в качестве
двигателей, генераторов и синхронных компенсаторов. Наиболее широко их
используют в качестве источников электрической энергии переменного тока.
Синхронные генераторы установлены на электрических станциях различных
типов, на передвижных электростанциях, транспортных установках. Они
вырабатывают более 90% всей электроэнергии.
Синхронные двигатели находят все более широкое применение в
системах электропривода вентиляторов, насосов, черновых клетей прокатных
станов и др. Единичная мощность синхронных двигателей воздуходувных
агрегатов в металлургии и насосных установок в системах транспортировки
нефти и газа достигает 50 МВт. Синхронные машины используют в качестве
двигателей в электроприводах промышленных установок, где необходимо
поддержание постоянной скорости независимо от нагрузки на валу.
Синхронные машины применяются также в качестве компенсаторов для
генерирования или потребления реактивной мощности в системах
электроснабжения для повышения коэффициента мощности промышленных
установок и поддержания нормального уровня напряжения в сети.
Возможность влияния на энергетические показатели агрегата, оснащенного
синхронным двигателем, путем регулирования тока возбуждения, делает
целесообразным применение крупных синхронных машин на промышленных
установках.
В данном учебном пособии рассмотрены особенности работы синхронных
машин в электрических системах.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ МАШИН В
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
1.1. Параллельная работа синхронных генераторов

Параллельная работа синхронных генераторов в единой энергосистеме в
сравнении с их автономной работой обеспечивает важные преимущества:
- увеличение общей мощности электростанции;
- повышение надежности энергоснабжения потребителей;
- снижение резерва мощности при аварии или ремонте;
- возможность переадресации энергии в другие районы при изменениях
нагрузки.
В единой энергосистеме работает много генераторов разных типов и
мощностей. При включении генераторов в сеть на параллельную работу с
другими генераторами необходимо избегать чрезмерно большого толчка тока в
замкнутом контуре, образованном сетью и обмоткой статора генератора, а
также возникновения ударных электромагнитных моментов, которые могут
вывести из строя сам генератор, работающее с ним электрооборудование,
приводной агрегат, нарушить работу сетей и энергосистемы. Мощность
каждого генератора, подключаемого к сети, незначительна по сравнению с
мощностью энергосистемы. Поэтому принято считать, что генератор работает
на сеть бесконечно большой мощности. Такая сеть характеризуется
постоянным по величине и синусоидальным по форме напряжением U и
c
постоянной по величине частотой f . Эти параметры не зависят от нагрузки
c
данного генератора. Подключение генераторов на параллельную работу с сетью
требует соблюдения следующих условий [9]:
- напряжения генератора U и сети U должны быть одинаковыми;
ген c
- частоты генератора f и сети f должны быть одинаковыми;
ген c
- напряжения генератора U и сети U должны совпадать по фазе;
ген c
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- чередование фаз генератора и сети должно быть одинаковым.
Равенство напряжений U и U достигается путем регулирования тока
ген c
возбуждения. Изменение частоты синхронного генератора f и фазы его
ген
напряжения достигается изменением частоты вращения ротора. Совпадение
напряжений U и U по фазе контролируется с помощью ламп, нулевых
ген c
вольтметров, синхроноскопов. Чередование фаз проверяется после монтажа
генератора или сборки схемы. Условия включения генераторов на
параллельную работу характеризуют метод точной синхронизации. Схема
включения синхронного генератора по данному методу представлена на
рис. 1.1 [8]. При неодинаковом чередовании фаз генератора и сети лампы
включены на линейное напряжение и будут гореть наиболее ярко. При
различных частотах генератора f и сети f лампы одновременно мигают.
ген c
Чем ближе совпадение частот f и f , тем частота мигания ламп  f  f 
ген c ген c
меньше. При одновременном невыполнении обоих этих условий в схеме
происходит движение света. Вольтметр V позволяет точно выбрать момент
подключения генератора к сети с помощью рубильника Р, когда разница
мгновенных значений напряжений u и u будет равна нулю. Подключение
ген c
генератора к сети по схеме рис. 1.1 происходит в следующем порядке [1]:
- невозбужденный ротор разгоняют до подсинхронной скорости
0,950,98n ;
1
- плавно увеличивают ток возбуждения, добиваясь одинаковых значений
напряжений генератора U и сети U ;
ген c
- чередование фаз верное, если лампы мигают одновременно;
- частоту вращения ротора генератора подгоняют до значения при
котором частота мигания ламп  f  f  минимальна. В середине «темного»
ген c
полупериода замыкают рубильник Р (более точно момент включения можно
определить по вольтметру V).
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Рис. 1.1. Включение синхронного генератора на параллельную работу с сетью

После включения генератора в сеть дальнейшая синхронизация частоты
его вращения происходит автоматически. На электростанциях широко
распространен метод самосинхронизации, в результате которого в сеть
включается невозбужденный генератор (U = 0) при частоте вращения,
ген
близкой к синхронной n . Обмотка возбуждения замыкается на активное
1
сопротивление во избежание повреждения изоляции от возможных
перенапряжений. В данном случае нет необходимости в точном выравнивании
частот, значения и фазы напряжений генератора и сети. После включения
невозбужденного генератора в сеть немедленно подается ток в обмотку
возбуждения, и генератор втягивается в синхронизм с сетью. Его частота
вращения становится равной синхронной n . При самосинхронизации имеют
1
место сложные электромеханические переходные процессы. Кратковременно в
обмотке статора возникает броски тока. Они согласно стандартам не должны
превышать 3,5I . Влияние переходных процессов на обмотки синхронной
aH
машины и используемый приводной агрегат учитывается на стадии
7