Меню

Постоянная составляющая тока статора



Ток статора

date image2015-10-16
views image2382

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Так как результирующее магнитное поле асинхронной машины не зависит от её режима работы, можно составить для одной фазы уравнение магнитодвижущих сил, приравняв магнитодвижущую силу в режиме холостого хода к сумме магнитодвижущих сил в режиме нагрузки.

Здесь I – ток в обмотке статора в режиме идеального холостого хода, I’2=−I2(w2k2)/(w1k1) – составляющая тока статора, которая компенсирует действие магнитодвижущей силы обмотки ротора. Полученное выражение для тока статора отражает свойство саморегулирования асинхронной машины. Чем больше ток ротора, тем больше ток статора. В режиме холостого хода ток статора минимальный. В режиме нагрузки ток статора возрастает. Ток реального холостого хода асинхронной машины I=(20÷60)%I и значительно больше по сравнению с номинальным током, чем у трансформатора. Это объясняется тем, что величина тока I зависит от магнитного сопротивления среды, в которой создаётся магнитное поле. У асинхронной машины, в отличие от трансформатора, есть воздушный зазор, который создаст большое сопротивление магнитному полю.

2.3. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора в функции от электромагнитного моментаn=f(M). Эту характеристику (рис. 2.12) можно получить, используя зависимость M=f(S) и пересчитав частоту вращения ротора при разных значениях скольжения.

Так как S=(nn)/n, отсюда n=n(1−S). Напомним, что n=(60f)/p – частота вращения магнитного поля.

Участок 1-3 соответствует устойчивой работе, участок 3-4 – неустойчивой работе. Точка 1 соответствует идеальному холостому ходу двигателя, когда n=n. Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя, ее координаты Mн и nн. Точка 3 соответствует критическому моменту Mкр и критической частоте вращения nкр. Точка 4 соответствует пусковому моменту двигателя Mпуск. Механическую характеристику можно рассчитать и построить по паспортным данным. Точка 1:

где: p – число пар полюсов машины;
f – частота сети.

Точка 2 с координатами nн и Mн. Номинальная частота вращения nн задается в паспорте. Номинальный момент рассчитывается по формуле:

здесь: Pн – номинальная мощность (мощность на валу).

Точка 3 с координатами Mкрnкр. Критический момент рассчитывается по формуле Mкр=Mнλ. Перегрузочная способность λ задается в паспорте двигателя nкр=n(1−Sкр), , Sн=(nnн)/n – номинальное скольжение.

Точка 4 имеет координаты n=0 и M=Mпуск. Пусковой момент вычисляют по формуле

где: λпуск – кратность пускового момента задается в паспорте.

Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику, т.к. частота вращения ротора (участок 1–3) мало зависит от нагрузки на валу. Это одно из достоинств этих двигателей.

2.4. Пуск в ход асинхронного двигателя

В момент пуска в ход n=0, т.е. скольжение S=1. Т.к. токи в обмотках ротора и статора зависят от скольжения и возрастают при его увеличении, пусковой ток двигателя в 5 — 8 раз больше его номинального тока

Как рассматривалось ранее, из-за большой частоты ЭДС ротора асинхронные двигатели имеют ограниченный пусковой момент

Для пуска в ход двигателя необходимо, чтобы развиваемый им пусковой момент превышая момент нагрузки на валу. В зависимости от мощности источников питания и условий пуска используют разные способы пуска, которые преследуют цели: уменьшение пускового тока и увеличение пускового момента.

Различают следующие способы пуска в ход асинхронных двигателей: прямое включение в цепь, пуск при пониженном напряжении, реостатный пуск, использование двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.

Источник

Где Iа – активная составляющая тока статора.

Воспользовавшись соотношением, связывающим и Ф, определим выражение для электромагнитного момента двигателя:

Выражение (17.19) показывает, что электромагнитный момент пропорционален магнитным потокам полюсов ротора и активным составляющим токов в обмотке статора. Но активная составляющая тока статора Iа синхронной машины является функцией угла рассогласования θ (см. рис. 17.10, б), причем

где U1 – действующее значение напряжения обмотки статора, Х1 – синхронное сопротивление.

Подставляя (17.20) в (17.19), получаем

Выражение (17.21) определяет зависимость электромагнитного момента М от угла рассогласования θ и называется угловой характеристикой.

Выражая ФП как функцию Э.Д.С. Ест2 по (17.17) и подставляя это значение в (17.21), получим

Учтем, что отношение N1|2 к равно числу фаз (к = 3). Поэтому выражение для угловой характеристики принимает вид:

определяет амплитудное значение угловой характеристики. Амплитудное значение Мm пропорционально приложенному к обмотке статора напряжению U1 и Ест2. Величина U1 постоянна. Э.Д.С. Ест2 создается магнитным полем ротора. Ее значение является функцией тока ротора Iв (тока возбуждения). Зависимость Ест2(Iв) называют характеристикой холостого хода (рис. 17.11).

На начальном участке характеристики холостого хода Ест2 увеличивается пропорционально Iа. Следовательно, увеличивается и амплитудное значение угловой характеристики (17.22). По мере насыщения магнитопровода машины рост Ест2 сначала замедляется, а затем прекращается. Поэтому синхронный двигатель целесообразно эксплуатировать при Iв = Iвн, а (17.22) не может быть сколь угодно большим.

2.2. Пуск синхронного двигателя.

Пуск синхронного двигателя существенно отличается от пуска двигателей других типов. Отличие обусловлено принципом создания вращающего момента и достаточно большой массой ротора. Магнитное поле статора вращается со скоростью Ω с момента подачи напряжения U1. Ротор, как всякое массивное тело, может увеличить скорость вращения от нуля до Ω за некоторый интервал времени.

При включении обмотки статора в трехфазную сеть магнитное поле статора вращается со скоростью Ω относительно неподвижного ротора. Магнитная индукция поля статора в каждой точке поверхности ротора изменяется по синусоидальному закону. При этом средние значения сил Fср воздействия поля статора на постоянные токи обмотки ротора равны нулю. Ротор остается неподвижным.

Для пуска синхронного двигателя необходимо предварительно привести ротор во вращение со скоростью Ω1, близкой к скорости Ω. Когда разность скоростей ∆Ω = Ω – Ω1 станет достаточно малой, между полюсами ротора и вращающегося поля статора устанавливается магнитная связь. Эта связь обеспечивает возникновение синхронного электромагнитного момента. Под действием момента ротор втягивается в синхронизм.

Существует несколько способов пуска синхронного двигателя. Большее распространение получил асинхронный способ (рис 17.12). Для реализации способа в пазах полюсных наконечников ротора размещают стержни пусковой короткозамкнутой обмотки «беличье колесо».

Для пуска двигателя обмотку возбуждения ротора замыкают на резистор RП, а обмотку статора подключают к трехфазной сети. В короткозамкнутой обмотке ротора возникает асинхронный вращающий момент. Под действием асинхронного момента скорость ротора Ω1 удается довести до 0,95∙Ω. Затем обмотку возбуждения ротора подключают к источнику постоянного тока. Возникает синхронный электромагнитный момент. Когда ∆Ω > 0, угол θ непрерывно изменяется. Согласно (17.21) изменяется и синхронный момент по синусоидальному закону. Только когда скорость ротора возрастет до Ω, значения θ и М станут неизменными. Двигатель вошел в синхронизм. Ротор и магнитное поле статора вращаются синхронно.

Отметим, что синхронные двигатели могут иметь конструктивные отличия. В основном, отличия проявляются в конструкции ротора. Существуют двигатели явнополюсные с электромагнитным возбуждением, явнополюсные с возбуждением постоянными магнитами, явнополюсные реактивные, неявнополюсные гистерезисные, реактивно — гистерезисные и др. В лекции изложен принцип устройства и работы только синхронного явнополюсного с электромагнитным возбуждением двигателя. Знание этого материала позволит при необходимости самостоятельно освоить особенности работы других синхронных машин.

3. СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Ротор генератора приводится во вращение первичным двигателем – паровой, газовой или гидравлической турбиной, двигателем внутреннего сгорания при установке на подвижных объектах. Обозначим вращающий момент первичного двигателя – Мдв, а скорость его вращения – Ω2. К обмотке ротора приложено напряжение постоянного тока от стороннего источника. Ток, протекающий под действием этого напряжения, создает магнитное поле возбуждения, вращающееся со скоростью Ω2. Выбором формы полюсов и размеров катушек возбуждения добиваются, чтобы распределение магнитной индукции в воздушном зазоре генератора было синусоидальным.

Читайте также:  Для чего нужен преобразователь постоянного тока в постоянный

Вращающееся магнитное поле создает в обмотках статора Э.Д.С. одинаковой частоты и амплитуды, но сдвинутые друг относительно друга по фазе на 120º (рис. 7.1, 7.2). При подключении к обмоткам статора нагрузки в них возникают токи. Токи создают свое вращающееся магнитное поле. Скорость и направление вращения этого поля такие же, как и у поля ротора, но силовые магнитные линии направлены в противоположную сторону. Магнитное поле токов статора действует на постоянные токи ротора и создает электромагнитные силы, тормозящие движение ротора – тормозящий электромагнитный момент М.

При постоянной скорости вращения ротора механическая мощность первичного двигателя Мдв∙Ω2 равна активной электрической мощности 3∙Е∙I генератора:

где Е – действующее значение Э.Д.С. обмоток статора, I – действующее значение активной составляющей тока обмоток статора.

В нагруженном генераторе Э.Д.С. обмоток статора уравновешивается напряжением нагрузки U и падением напряжения на внутреннем сопротивлении генератора I1∙Zоб

В последнем выражении Э.Д.С. обмоток Е определяется выражением (17.18). Активная составляющая комплексного сопротивления обмоток определяется сопротивлением проводов и пренебрежимо мала в сравнении с реактивным сопротивлением Хоб = р∙Ω∙Lоб. Учитывая это, можем записать:

Так как р∙n/60 = f, а равенство (17.23) можно привести к виду:

Выражение (17.24) показывает, что напряжение, вырабатываемое генератором, зависит от частоты вращения ротора, характера и силы тока нагрузки. Зависимость напряжения синхронного генератора от тока нагрузки называется внешней характеристикой. На рис. 17.13 построены внешние характеристики при различном коэффициенте мощности нагрузки и постоянном значении f.

Так как реактивное сопротивление синхронного генератора много больше активного, коэффициент мощности меньше единицы, а изменение напряжения ∆U может достигать нескольких десятков процентов. Для стабилизации напряжения генератора необходимо регулировать ток возбуждения Iв. Поэтому в большинстве случаев генераторы снабжаются автоматическими регуляторами напряжения.

3.1 Особенности использования синхронных генераторов

Зависимость напряжения синхронного генератора от частоты вращения характерна при их использовании на подвижных объектах, в частности, на подъемно – транспортных машинах и механизмах с двигателями внутреннего сгорания, имеющими широкий диапазон изменения частоты вращения. Особенность использования синхронных генераторов на таких объектах заключается в том, что их непосредственной нагрузкой является преобразователь напряжения, а регулировка осуществляется по постоянному току.

Процесс регулирования напряжения генератора сводится к воздействию на значение магнитного потока. Магнитный поток наиболее просто изменять регулированием силы тока возбуждения одним из трех способов:

– закорачиванием обмотки возбуждения,

– прерыванием цепи возбуждения,

– включением последовательно с обмоткой возбуждения добавочного резистора.

Последний из перечисленных способов реализуется регуляторами напряжения электромагнитного, электронного и смешанного типов. Электронные регуляторы не содержат подвижных частей, подгорающих контактов, не требуют регулировок и потому более надежны. Однако благодаря невысокой стоимости электромагнитные регуляторы еще имеют достаточно широкое применение. Рассмотрим принцип их работы по схеме рис. 17.14.

В приведенной схеме добавочный резистор Rдоб включен последовательно с обмоткой возбуждения. Величина Rдоб рассчитывается так, чтобы регулировка напряжения обеспечивалась во всем диапазоне частоты вращения ДВС.

Параллельно Rдоб включены выходные нормально замкнутые контакты электромагнитного реле. Когда двигатель не работает, Rдоб выключен из цепи возбуждения. Сопротивление цепи возбуждения в этом состоянии обозначим Rв.

Обмотка электромагнитного реле подключена к выходу преобразователя напряжения, т. е. питается напряжением постоянного тока U. На основании (9.11) и (8.9) сила притяжения якоря реле может быть определена выражением

Очевидна зависимость силы притяжения якоря от силы тока обмотки Iоб. Если сопротивление обмотки реле Rоб, то Iоб = U/Rоб.

Допустим, что с увеличением частоты вращения напряжение на выходе генератора превысило регулируемое значение Uр. При этом сила притяжения якоря (17.25) превысит силу удерживающей пружины реле, и клапан реле разомкнет контакты. В цепь возбуждения включается сопротивление добавочного резистора, что приводит к уменьшению тока возбуждения Iв = Uр / (Rв + Rоб) и, как следствие, к уменьшению напряжения U. Снижение напряжения U уменьшает Iоб и F. Контакты реле замыкаются и выключают Rдоб из цепи возбуждения. Далее процесс повторяется.

Большая частота включения и выключения Rдоб приводит к тому, что эквивалентное сопротивление цепи Rэ определяется выражением

а ток возбуждения

где τв = tв/(tо +tв) – относительная продолжительность включения резистора, tо , tв – время отключения и включения Rдоб.

В диапазоне малых частот вращения двигателя, от нуля до некоторого значения n1, напряжение на выходе генератора практически пропорционально n, но меньше Uр (рис.17.15). Регулятор не работает, τв = , а ток возбуждения возрастает от до Iв макс.

При дальнейшем увеличении частоты вращения двигателя регулятор включается в работу. Напряжение на выходе генератора стабилизируется, а относительное время включения добавочного резистора – τв увеличивается от до 1. Ток возбуждения уменьшается от Iв макс до Iв мин = U / (Rв +Rдоб).

Основным недостатком рассмотренного регулятора является искрение, разрушающее контакты реле. Разрывная мощность на контактах

Уменьшение мощности за счет Rдоб приведет к уменьшению максимальной частоты вращения ДВС, что не приемлемо. Уменьшение Iв приведет к увеличению габаритов и массы генератора при прочих равных параметрах. Поэтому рассмотренный регулятор напряжения применим для маломощных генераторов.

С увеличением мощности генератора применяют двухступенчатый регулятор или разделяют обмотки возбуждения на две параллельные ветви. В качестве примера рассмотрим двухступенчатый реле – регулятор РР380, который устанавливается совместно с генератором Г221. Схема реле – регулятора приведена на рис. 17 16.

Контактная группа реле содержит нормально замкнутые 1-2 и нормально разомкнутые 3-4 контакты. При неработающем двигателе якорь реле контактная группа находятся в исходном состоянии (как показано на рис.). Первая пара контактов 1-2 шунтирует Rдоб и дроссель L. Дроссель предназначен для сглаживания бросков тока через контакты второй группы. Обмотка реле подключена к выходу преобразователя напряжения через резистор температурной компенсации RТ.

В диапазоне малой частоты вращения двигателя, от до n1, прерыватель не работает, напряжение на выходе генератора и ток возбуждения Iв практически пропорциональны n (рис.17.17).

С увеличением оборотов двигателя до n1 напряжение на выходе генератора достигает порога регулирования Uр. Сила притяжения якоря (17.25) увеличивается и перебрасывает его в положение 1. Контакты 1-2 размыкаются, контакты 2-3 остаются разомкнутыми. Добавочный резистор Rдоб и дроссель L включаются в цепь возбуждения. Первая ступень регулирования начинает работать как в одноступенчатом реле.

Отличительной особенностью схемы двухступенчатых реле является то, что величина добавочного резистора Rдоб значительно меньше, чем у одноступенчатых регуляторов. Это позволяет существенно уменьшить разрывную мощность на контактах (17.26) и продлить срок службы контактов. Однако диапазон регулирования при этом уменьшается. Значение Rдоб и L рассчитывают так, чтобы при частоте вращения 0,5∙nмакс контакты первой ступени перестали замыкаться. Это означает, что регулирование первой ступенью реле прекратилось. Дальнейшее увеличение n приведет к росту напряжения на выходе генератора, причем U > Uр (рис. 17.17).

С увеличением напряжения U растет сила притяжения якоря к ярму (17.25). Когда выполнится равенство U = Uр1, нажимной клапан реле переходит в положение 2 (рис. 17.17) и замыкает контакты 3-4, шунтируя обмотку возбуждения. Ток возбуждения и напряжение генератора резко падают, при этом контакты 3-4 размыкаются. Начинает работать вторая ступень регулирования.

17.1. Почему сердечник статора и ротор асинхронного двигателя набирают из штампованных листов электротехнической стали?

17.2. В чем заключаются особенности конструкции обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя?

17.3. Чем отличается фазный ротор асинхронного двигателя от короткозамкнутого ротора? Можно ли считать эти роторы взаимозаменяемыми?

Читайте также:  Как узнать какая сила тока в амперметре

17.4. Раскройте понятия: частота скольжения, скорость скольжения, скольжение.

17.5. В чем заключается физическая сущность свойства саморегулирования асинхронного двигателя?

17.6. Запишите аналитическое выражение и постройте график зависимости М(s).

17.7. Изобразите механическую характеристику и укажите на ней точки для режима холостого хода, номинальной нагрузки и пуска двигателя.

17.8. Приведите рабочие характеристики асинхронного двигателя. Поясните зависимость эксплуатационных параметров от мощности на валу двигателя.

17.9. В чем заключаются отличия конструкции синхронного двигателя от асинхронного?

17.10. Как создается вращающий электромагнитный момент синхронного двигателя?

17.11. Назовите обязательное условие возникновения вращающего момента в синхронногм двигателе.

17.12. Приведите аналитическое выражение для угловой характеристики. Какие физические величины опеделяют электромагнитный момент синхронного двигателя?

17.13. Как реагирует синхронный двигатель на изменение нагрузки на валу?

17.14. Опишите порядок пуска синхронного двигателя.

17.15. Назовите основные способы регулирования напряжения на выходе синхронного генератора.

17.16. В чем заключаются основные недостатки электромагнитного регулятора напряжения?

Источник

Способ для измерения постоянной составляющей переменного тока и устройство для его осуществления

Определение постоянного тока

В идеальном случае постоянный ток не меняет своего значения и направления со временем. В действительности постоянный ток не является постоянной величиной в выпрямительных устройствах, так как он содержит переменную составляющую (пульсации).

Форма составляющих постоянного тока

В гальванических элементах постоянный ток тоже не постоянен, его значение уменьшается на нагрузке с течением времени, таким образом, постоянный ток является условным определением и при его использовании, изменениями постоянной величины пренебрегают.

мощность трехфазного тока мощность тока мощность постоянного тока

Литература и документация

Литература

  • Справочник по радиоэлектронным устройствам
    : В 2-х т.; Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978
  • Шульц Ю. Электроизмерительная техника: 1000 понятий для практиков: Справочник: Пер. с нем. М.:Энергоатомиздат, 1989

Нормативно-техническая документация

  • ГОСТ 16465-70 Сигналы радиотехнические измерительные. Термины и определения (недоступная ссылка)
  • ГОСТ 23875-88 Качество электрической энергии. Термины и определения
  • ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения

Постоянная составляющая тока (DС)

DC — это Direct Current в переводе как постоянный ток. Графически в форме тока можно увидеть его изменения во времени или пульсации. Такие пульсации возникают в форме постоянного тока в выпрямителях с фильтрами, где используются небольшие емкости. В выпрямительных устройствах без использования емкостей пульсация может быть большой.

Пульсирующий ток на выходе выпрямителя без емкостей иногда называют импульсным током. На графике пульсирующего тока отображены постоянная составляющая DC (прямая линия) и переменная AC (пульсации). Постоянная составляющая тока определяется как среднее значение тока в течение периода.

AVG — это среднее значение постоянного тока. Переменную составляющую AC можно рассматривать как изменение постоянного тока относительно средней величины . Пульсацию формы постоянного тока определяют по формуле.

Где Iac – среднее значение переменной составляющей AC, Idc — постоянная составляющая тока.

Всё вышесказанное также относится и к постоянному напряжению.

Электрификация железных дорог на переменном токе


Российский пассажирский электровоз переменного тока ЭП1П, выпускается на Новочеркасском электровозостроительном заводе.
В России и в республиках бывшего СССР около половины всех железных дорог электрифицировано на однофазном переменном токе частотой 50 Гц. Напряжение

25 кВ (обычно до 27,5 кВ, с учётом потерь)

подаётся на контактный провод, вторым (обратным) проводом служат рельсы. Также проводится электрификация по системе
2 × 25 кВ(два по двадцать пять киловольт)
, когда на отдельный питающий провод подаётся напряжение

50 кВ
(обычно до 55 кВ, с учётом потерь)
, а на контактный провод от автотрансформаторов подаётся половинное напряжение от 50 кВ
(то есть 25 кВ)
. Электровозы и электропоезда переменного тока при работе на участках 2 × 25 кВ в переделке не нуждаются.

Проводится политика на дальнейшее расширение полигона тяги переменного тока как за счёт вновь электрифицируемых участков, так и за счёт перевода некоторых линий с постоянного тока на переменный ток. Переведены в 1990-е — 2000-е годы:

— на Восточно-Сибирской железной дороге: участок Слюдянка — Иркутск — Зима; — на Октябрьской железной дороге: участок Лоухи — Мурманск; — на Приволжской железной дороге: Саратовский и Волгоградский железнодорожные узлы; — на Северо-Кавказской железной дороге: участки Минеральные Воды — Кисловодск и Бештау — Железноводск.

Следует отметить, что также выпускаются двухсистемные электровозы, способные работать как на переменном, так и на постоянном токе (см. ВЛ61Д, ВЛ82 и ВЛ82М, ЭП10, ЭП20).

Параметры постоянного тока и напряжения

Интенсивность электрического тока выражается в количестве зарядов перемещенных за промежуток времени через поперечное сечение проводника. Одним из важных параметров постоянного тока является величина тока, которая измеряется в Амперах. Интенсивность тока в 1 Ампер заключается в перемещении заряда один Кулон в течение 1 секунды.

Напряжение постоянного тока измеряется в Вольтах. Напряжение постоянного тока представляет собой разность потенциалов между двумя точками одной электрической цепи. Также важным параметром для постоянного напряжения является размах пульсации и коэффициент пульсации. Размах пульсации представляет собой разность между максимальной величиной пульсации и минимальной.

А коэффициент пульсации выражается в отношении действующей величины переменной составляющей (AC) тока к постоянному значению составляющей (DC). Также важным параметром постоянного тока является мощность P. Мощность постоянного тока можно характеризовать его работой за определенный промежуток времени. Мощность измеряется в Ваттах и определяется по формуле:

Согласно этой формуле одинаковую мощность можно получить при разных токах и напряжениях.

Среднеквадратическое значение прямоугольного сигнала, имеющего только положительную полярность Синусоидальные колебания переменного тока Нулевой сдвиг фаз Постоянная составляющая сигнала, прямоугольной формы Сдвиг фаз равен 45 градусов Сдвиг фаз 90 градусов Среднеквадратичное значение синусоидального сигнала Сравнение среднеквадратических значений прямоугольного и синусоидального сигналов

Физические свойства апериодической составляющей

Подобное состояние тока возникает в момент короткого замыкания. Его продолжительность и характеристики могут быть разными, в зависимости от многих факторов. Например, при наличии у двигателя демпферной обмотки, апериодическая составляющая тока короткого замыкания будет ниже, чем при ее отсутствии. Вначале возникает сверхпереходный ток, который вначале становится просто переходным, и лишь потом он начинает затухать.

Во время двухфазного замыкания, в статоре не появляются скачкообразные изменения тока. В подобных ситуациях, на холостом ходе возникает апериодическая составляющая, параметры которой совпадают с начальной величиной переменной компоненты. Поскольку ток КЗ внутри статора является однофазным, в отдельных случаях появление апериодической компоненты полностью исключается. В двигателях асинхронного типа этот показатель не учитывается, поскольку данные процессы очень быстро затухают. Он не принимается во внимание даже при расчетных вычислениях ударных токов КЗ.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания

В общем и целом, величина данных компонентов будет отличаться для каждой фазы. Ее начальные параметры будут зависеть от момента появления КЗ. На графиках она представляет собой сплошную кривую линию, поскольку все начальные амплитуды других составляющих будут ей равны, но направлены в обратную сторону.

Наличие апериодической составляющей устанавливается при расхождении контактов. Для ее оценки существует специальный параметр, представляющий собой соотношение между ней и периодической амплитудой в момент размыкания контактов. Время затухания составляет примерно 0,1-0,2 с и сопровождается значительным выделением тепла. Под действием высокой температуры заметно нагреваются токоведущие части и вся аппаратура в целом, несмотря на столь короткий промежуток времени.

Как вычислить апериодическую компоненту

Первоначальная величина апериодической части в модульном выражении определяется как разница между мгновенным показателем периодической части в начале КЗ и величиной тока непосредственно перед замыканием. То есть, апериодическая составляющая с максимальным первоначальным значением, сравняется с амплитудными параметрами периодической части тока при появлении КЗ. Это утверждение определяет формула: ia0 = √2Iп0, действующая при условии сниженной активной доли сопротивления в точке КЗ относительно индуктивной составляющей.

Кроме того, перед началом замыкания в расчетной точке не должно быть нагрузки, а напряжение какой-либо фазы к этому времени проходит по нулевому проводнику. Если же перечисленные требования не будут выполнены, то апериодическая часть в первоначальной стадии снизит свои показатели по отношению к амплитуде периодической составляющей.

Читайте также:  Как называются вещества которые не пропускают электрический ток

Для того чтобы выполнить расчет апериодической составляющей тока короткого замыкания в любое произвольное время, заранее прорабатывается вариант замещения. Согласно первоначальной расчетной схеме, все составные элементы учитываются в качестве активных и индуктивных сопротивлений. Учет синхронных генераторов и компенсаторов, асинхронных и синхронных электродвигателей проводится путем перевода их в категорию индуктивных сопротивлений с обратной последовательностью. Обязательно учитываются сопротивления обмоток статора постоянному току с рабочей температурой установленной нормы.

Когда в изначальной схеме расчетов присутствуют лишь компоненты, соединенные последовательно, в этом случае величина апериодической доли в любой момент времени определяется формулой 1, в которой Та является постоянной величиной, определяющей время затухания данной части. В свою очередь, Та можно вычислить по формуле 2, в которой Xэк и Rэк будут индуктивной и активной составляющими, а ωсинх является синхронной угловой частотой сетевого напряжения. Если же при расчетах необходимо учесть величину генераторного тока непосредственно перед коротким замыканием, тогда уже используется формула 3.

Полный ток при наступлении КЗ

Сама по себе апериодическая компонента не может быть рассмотрена, поскольку она является одной из составных частей тока короткого замыкания. В электрической сети присутствуют сопротивления индуктивного характера, не дающие току мгновенно изменяться в момент появления КЗ. Рост нагрузочного тока проистекает не скачкообразно, а согласно определенных законов, предполагающих переходный период от нормального к аварийному значению. Расчетно-аналитическая работа значительно упрощается, когда ток КЗ во время перехода рассматривается как две составные части – апериодическая и периодическая.

Апериодическая часть представляет собой составную часть тока ia с неизменной величиной. Она появляется непосредственно в момент КЗ и в кратчайший срок падает до нулевой отметки.

Периодическая часть тока КЗ Iпm получила название начальной, поскольку по времени она появляется в самом начале процесса. Данный показатель используется для того чтобы выбрать наиболее подходящую уставку или проверить чувствительность релейной защиты. Этот ток известен еще и как сверхпереходный, поскольку его определение осуществляется с помощью сверхпереходных сопротивлений, вводимых в схему замещения. Периодический ток считается установившимся, когда затухает апериодическая часть и заканчивается сам переходный процесс.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания

Следовательно, полный ток короткого замыкания будет составлять сумму обоих частей – апериодической и периодической во весь период перехода состояний. В определенный момент полный ток за кратчайшее время принимает максимальное значение. Подобное состояние известно под названием ударного тока КЗ, определяемого при проверках электродинамической устойчивости установок и оборудования.

Выбор начального или сверхпереходного тока для проведения расчетов определяет скорое угасание апериодической части, которое происходит раньше, чем срабатывает защита. При этом периодическая составляющая остается неизменной.

Электрические сети, подключенные к генераторным установкам или энергетической системе с ограниченной мощностью, отличаются значительным изменением напряжения при появлении КЗ. В связи с этим, токи, начальный и установившийся, не будут равны между собой. Для того чтобы сделать расчет релейной защиты, можно воспользоваться показателями изначального тока. В этом случае погрешность будет незначительной в сравнении с установившимся током, подверженным воздействию различных факторов. Прежде всего, это увеличенное сопротивление в поврежденной точке, нагрузочные токи и прочие параметры, которые чаще всего не учитываются при выполнении расчетов.

Источник

Постоянная составляющая тока статора

При постоянной величине механической нагрузки на валу двигателя активная мощность, потребляемая двигателем из сети, остается также постоянной (если не учитывать разницы в величине потерь мощности в самом двигателе). Отсюда следует, что при любом cos φ активная составляющая тока I1, потребляемого двигателем из сети, будет постоянной (рис. 286):

Рис. 286. Векторная диаграмма синхронного двигателя при М = const и Iр = var
Рис. 286. Векторная диаграмма синхронного двигателя при М = const и Iр = var

В создании результирующего магнитного потока синхронного двигателя принимают участие как обмотка статора, так и обмотка ротора. Доля участия той или иной обмотки в создании результирующего магнитного потока зависит от величины тока этих обмоток. Так же как у трансформаторов и асинхронных двигателей, результирующий поток синхронного двигателя при постоянном напряжении (Uc = const) остается практически постоянным. Поэтому при изменении тока возбуждения синхронного двигателя ток статорной обмотки, т. е. ток, потребляемый двигателем из сети, будет также изменяться.

На рис. 287 дана векторная диаграмма магнитных потоков синхронного двигателя. Результирующий магнитный поток Φрез индуктирует в обмотке статора двигателя э.д.с. Eрез, отстающую от потока на 90°.

Рис. 287. Векторная диаграмма магнитных потоков синхронного двигателя
Рис. 287. Векторная диаграмма магнитных потоков синхронного двигателя

Если сопротивления обмотки статора принять равными нулю, то э.д.с. Ерез будет уравновешена напряжением сети U. Если пренебречь влиянием гистерезиса и вихревых токов, то магнитный поток статора (якоря) Φя будет совпадать по фазе с током якоря I.

Геометрическая сумма магнитных потоков статора Φя и ротора Φв даёт результирующий поток Φрез.

На диаграмме магнитные потоки представлены для трех случаев: ток якоря I1 совпадает по фазе с напряжением U; ток якоря I2 отстает от напряжения U, и ток якоря I3 опережает по фазе напряжение U.

Из рис. 287 видно, что при недовозбуждении двигатель работает как индукционная катушка, потребляя из сети ток I2, отстающий на фазе от напряжения сети Uc на угол φ2. Активная составляющая тока равна I2 cos φ2. С увеличением тока возбуждения статорный ток будет уменьшаться и при φ = 0 величина тока I1 будет наименьшей. Если продолжать увеличивать ток возбуждения, то двигатель начнет работать с опережающим током I3, т. е. будет подобен емкости (конденсатору). Активная составляющая тока I3 cos φ3 будет по-прежнему постоянна, но за счет увеличения реактивной составляющей тока I3 sin φ3 статорный ток будет увеличиваться.

Способность перевозбужденного синхронного двигателя работать с опережающим током часто используют для увеличения коэффициента мощности электрической установки.

Зависимость тока I в обмотке статора синхронного двигателя от тока возбуждения Iв при постоянном вращающем моменте М и постоянном напряжении U на зажимах двигателя, т. е.

выражается при помощи так называемых U-образных кривых, которые даны на рис. 288.

Рис. 288. U-образные характеристики синхронного двигателя
Рис. 288. U-образные характеристики синхронного двигателя

Представленные кривые показывают, что при определенной мощности на валу двигателя минимальная величина статорного тока будет иметь место при определенном токе возбуждения, соответствующем работе с cos φ = 1. Любые изменения тока возбуждения (увеличение или уменьшение) будут сопровождаться увеличением статорного тока.

В некоторых физических приборах, звуковом кино, телемеханических установках и других устройствах, там, где требуется постоянная скорость вращения, нашли себе применение маломощные, (порядка нескольких десятков или сотен ватт) реактивные синхронные двигатели. На статоре этих двигателей располагается обмотка переменного тока, создающая вращающееся магнитное поле. Ротор синхронных реактивных двигателей явнополюсный, имеет короткозамкнутую пусковую обмотку, но не имеет обмотки возбуждения. Различные конструкции роторов синхронных реактивных двигателей показаны на рис. 289.

Рис. 289. Различные конструкции роторов синхронных реактивных двигателей: 1 - сталь, 2 - алюминий
Рис. 289. Различные конструкции роторов синхронных реактивных двигателей: 1 — сталь, 2 — алюминий

За счет асинхронного момента ротор двигателя разгоняется до 95-97% синхронной скорости.

Магнитные линии вращающегося магнитного поля статора стремятся пройти по пути с меньшим магнитным сопротивлением. Поэтому ротор будет поворачиваться так, чтобы оси полюсов совпадали с направлением магнитных линий поля статора. Следовательно, ротор будет вращаться синхронно с полем статора. Вхождение ротора в синхронизм происходит толчком под влиянием реактивного момента за счет которого в дальнейшем работает двигатель.

Источник