Способ включения в сеть невозбужденной трехфазной синхронной машины Советский патент 1986 года по МПК H02J3/42 

. i

Изобретение относится к способам включения в сеть трехфазной невозбужденной синхронной машины, двигателя, компенсатора или генератора, осуществляемым методами асинхронного пуска или самосинхронизации

Цель изобретения - уменьшение ве- Ьичины ударного значения тока статора и перенапряжения на обмотке ротора синхронной машины,

На фиг. 1 приведена блок-схема для реализации предполагаемого способа включения в сеть синхронной машины; на фиг,2 - векторные диаграммы токов и напряжений.

Трехфазная синхроннная мамина 1, обмотка ротора которой соединена с возбудителем 2 через автомат 3 гашения поля и с пусковым сопротивлением 4 через пусковой контактор 5, подключена к сети через токоограничивающее сопротивление 6 и быстродействуюпщй выключатель 7 каждая фаза А, Б и С которого имеет приводное устройство соответственно Sj 95 10, Сигнал на включение выключателя формируется на выходе дифференциатора 11j соединенного с входом нуль-органа 12, два вьосода которого через пусковое устройство 13 соединены с приводными устройствами выключателя (с устройствами 8 и 9 фаз А и В) непосредственноS а с устройством 10 фазы С через реле 14 времени

В исходном положении перед включением невозбужденной сийхронной машины 1 в сеть отключены выключатель 7 и автомат 3 обмотка ротора синхронной машины через пусковой контактор 5 замкнута на пусковое сопротивление 4 После получения команды на включение в сеть синхронной машины замыкаются контакты пускового устройства 13, в ,момент снижения до нуля производной напряжения между фазами А и В сети на выходе дифференциатора 11 формируется сигнал, вызывающий срабатывание нуль-органа 12, выходной сигнал нуль- органа подается на приводные устройства 8 и 9, и фазы А и В вьшлючате- ля 7 включаются. Включение фазы С происходит с запаздыванием;, создаваемым реле 14 времени и равныь одной четверти периода напряжения сети.) что при частоте 50 Гц составляет . с. После полнофазного включения выключателя через его блок-контакты

2

i

0

5

S

5

0

5

подается сигнал на включение автомата 3 гашения поля, и отключение пускового контактора 5, синхронная машина возбуждается о т возбудителя 2 и происходит ее втягивание в синхронизм, чем и заканчиваются пусковые операции.

Предлагаемый способ включения синхронной машины в сеть обеспечивает полное исключение апериодической составлягощей из пусковых токов всех трех фаз машины.

На фиг. 2а показана векторная диаграмма фазнь х и линейных .( , Ug s ) напряжений сети для момента времени t 0. В момент включения невозбужденной синхронной машины в сеть в расчетньос схемах она южeт быть представлена чисто реактивам сопротивлением, равным сверхпереходному реактансу. Для упрощения анализа допустим, что ротор синхронной машины симметричный и сверхпереходные реактансы по продольной и поперечной осям равны между собой:

f(ft.

Xn X , Предположим также

AJ - - что сеть - это источник неизменного напряжения, т.е. величина напряжения на зажимах, к которым подключен генераторный выключатель,) не зависит от токовой нагрузки, создаваемой .включением в сеть синхронной машины, обмотка статора синхронной машины соединена по схеме звезда и (ограничиваясь рассмотрением только начального в пределах одного периода напряжения сети, промежутка времени от момента включения двух первых фаз выключателя) затухание токов отсутствует, т.е. что в течение всего рассматриваемого процесса синхронная машина представляется неизменнным реактансом X . При принятых допущениях система фазных . токов синхронной машины как при двухфазном, так и при трехфазном режимах может быть представлена векторными :дааграммами с неизменяющимися модуля- t-m векторных величин,положению кото- ;рых,в момент времени t О,принимая во внимание диаграмму фиг. 2а соответствует при трехфазном режиме диаграмма на фиг. 26, а при двухфазном - на фиг„ 2в.

Учитывая соотношение между эффективными значениями линейного и фазного напряжений сети U. ) и пользуясь векторными диаграммами фиг.2, находят вначале аналитические выра.1

для определения мгновенных ий фазных.токов при одновременмыкании всех трех фаз выключа

1 sin (и t - 30°); 1 sin (о t - 150°);

(ut -ь 90°),

I sin

u

X

125

Принимая, что включение всех фаз выключателя происходит в момент времени t О, находят значения начальных величин апериодической составля- ющей фазных токов:

- 0,5 1 ;

А(о1

- 0,5 I,

: Т -1- ,

1в(о)

C(o т

Векторное сложение этих величин

в пространстве дает значение составляющей НДС, создаваемой в машине суммой апериодических составляющих фазных токов.

-гСапер)

I

-В (о)

sin 120

с(о)

- I

1,5 I

ft(o)

sin 240

m

При одновременном замыкании все трех фаз выключателя в любой друго момент времени величины апериодичеких составляницик токов в отдельных фазах изменяются, однако остается неизменной величина неподвижной в пространстве суммарной МДС, создав емой зтими составлякнцими фазных токов.

При неодновременном замыкании фаз выключателя происходит следующ

Рассмотрим случай, когда апериодические составляющие фазных токов отсутствуют. Допустим, что первыми замыкаются фазы А и В, а за ними с некоторым запаздыванием - фаза С.

Пусть первая из этих коммутаций произойдет в момент времени t О при положении векторов напряжения сети, показанном на фиг. 2а, соотв ствующая ей диаграмма токов приведна на фиг. 2в.

Аналитические выражения для токов и напряжений при замыкании фаз А и В:

и,

ле

и sin

-1.

где

4 и

f

(at + 90°); I sintJt; if О,

-if и

P

W|

0,87

,Цля момента времени t 0 i д

ig О, следовательно, начальное

jc

577494эначение апериодического тока в фазах А и В 1л(о) 1(о) О т.е. эта составляющая не возникает.

Через одну четвертую часть перио- 5 да в том же режиме замыкания фаз А и В мгновенное значение токов ,-i i -ig 1 sinut 0,87 -y Замкнув в этот момент третью фазу (переход к трехфазному режиму) 10 находят мгновенное значение токов, пользуясь приведенными вьщ1е соотношениями для трехфазного режима, подставив в них «t -i-- 2

Получают

20

Токи во всех трех фазах при трехфазном режиме в рассматриваемый мо - мент времени равны их значениям в тот же момент времени при двухфазном режиме. Это означает, что, как первая, так и вторая коммутации (переход от двухфазного к трехфазному режиму) происходят без изменения токов, и, следовательно, не вызывают появления ни в одном из них апериодических составляющих.

Таким образом для исключения апериодических составляющих из фазных токов синхронной машины, включаемой в сеть со снятым возбуждением, необходимо обеспечить раздельное включение фаз выключателя. Вначале должны замыкаться две опережакнцие фазы, например А и В, момент включения их должен совпадать с моментом доотиже- ния максимума междуфазиого напряжения и.. , соответствукицего снижению до нуля его производной. Вторая коммутация, т.е. включение фазы С, должно производиться через четверть периода в момент, когда мгновеинные значения междуфазных напряжений U и иСИ отличны от максимума.

Величина ударного тока, возника- кодего в обмотке статора машины при включении ее в сеть без возбуждения,

и.

т

где X,

Х +

се

. - реактанс сети и

ее связи с синхронной машиной;

X - сверхлереходный

реактанс ной машины5

К- коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую,

Согласно предлагаемому способу К 1, т.е. уменьшается максимальая величина тока, протекающего по таторной обмотке синхронной машиньц , следовательно, уменьшаются созда- ваемые этим током электродинамичес- кие усилия на лобовые части обмотки

статора. Кроме того, полность/) исключается периодическая составляющая токов частотой 50 Гц, а при включении всех трех фаз в первый полупериод и токов с частотой 100 Гц, возникающих в роторных контурах. Это означает, что при включении в сеть разогнанной до подсинхронной скорости машины перенапряжение на ее обмотке ротора, замкнутой на пусковой резистор, определяется только апериодической составляющейJ величина которой зависит от угла вылета ротора машины в момент включения ее в сеть и достигает максимального значения при совпадении продольной оси ротора с начальным положением вектора МДС, создаваемых фазными токами. Для этого момента достигается двухкратное уменьшение величины перенапряжения на обмотке ротора. В результате достигается повышение надежности путем снижения вероятности пробоя изоляции обмотки ротора и связанных с ней

злементов схемы возбуждения. Обеспечение повышения величины сопротивления пускового резистора позволяет уменьшить его расчетную мощность,которая в частности, для синхронных генераторов и компенсаторов,оборудованных автоматами гашения поля (серии АГП) подсчитываются по формуле

и

Р

iM

и

i(«)

напряжение J

- номинальное возбуждения; - сопротивление резистора самосинхронизации (пускового резистора)

В результате увеличения сопротивления этого резистора улучшаются условия втягивания машины в синхронизм при пуске.

Формула изобретения

Способ включения в сеть невозбужденной трехфазной синхронной машины с токоограничивающим сопротивлением в ее цепи путем разгона указанной машины до подсинхронной скорости,, отличающийся тем, что, с целью уменьшения величины ударного значения тока статора и перенапря- женил на обмотке ротора синхронной машины, контролируют мгновенное зна-- чение напряжения между двумя опережа- фазами сети и в момент достижения указанным напряжением максимального значения подключают ука.з-анные фазы синхронной машины к сети, а отстающую фазу подключают через вре- ,MHj равное четвертой части периода напряжения сети.

tpaf.1

i Составитель К. Фотина Редактор Л. Пчелинская Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Пилипенко

Заказ 5034/53Тираж 612 Подписное

ВНйИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113030, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

-

фиг.г

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для включения в сеть трехфазной невозбужденнрй синхронной машины, двигателя, компенсатора или генератора, осуществляемого методами асинхронного пуска или самосинхронизации. Цепь изобретения - уменьшение величины ударного значения тока статора или перенапряжения на обмотке ротора синхронной машины. Это дости- гаетсА тем, что разгоняют указанную машину до подсинхронной скорости, контролируют мгоновенное значение напряжения между двумя опережающими фазами сети и в момент достижения указанным напряжением максимального значения подключают указанные фазы синхронной машины к сети,а отстакнцую фазу подключают через время,равное четвертой части периода напряжения сети. Способ позволяет уменьшить в 1,8 раза максимальную величину тока,протекающего по статорной обмотке синхронной машины и более чем в три раза уменьшает создаваемые этим током электродинамические усилия на лобовые части обмотки статора. Кроме того, исключается периодическая составляющая токов частотой 50 Гц, возникающих в роторных контурах. Это означает, что при включении в сеть разогнанной до подсинхронной скорости машины перенапряжение на обмотке ее ротора, замкнутой на пусковой резистор, будет определяться только апериодической составляющей, величина которой зависит от угла вьшета ротора машины в момент включения ее в сеть и достигает максимального значения при совпадении продольной оси ротора с начальным положением вектора ЬЗДС, . создаваемых фазными токами. Для этого момента достигается двукратное уменьшение величины перенапряжения на обмотке ротора, что позволяет сить надежность синхронной машины за счет снижения вероятности пробоя изоляции обмотки ротора. 2 ил. о W с ts9 ел vl 4 СО