Министерство образования и науки Российской Федерации. Южно-Уральский государственный университет

Южно-Уральский государственный университет

Филиал ЮУрГУ в г. Сатке

Государственный экзамен по направлению

140400.62 «Электроэнергетика и электротехника»

Билет №21

1.Электромагнитный момент и угловые характеристики синхронной машины (ЭМ).

Ответ: Электромагнитный момент синхронной машины

В синхронных машинах большой и средней мощности потери мощности в обмотке якоря малы по сравнению с электрической мощностью Р, отдаваемой или потребляемой обмоткой якоря. Следовательно, если пренебречь величиной ΔР_аэл, то можно считать что электромагнитная мощность машины Р_эм = Р.

Электромагнитный момент пропорционален мощности Р_эм, поэтому для неявнополюсной и явнополюсной машин соответственно:

,

где θ – угол между векторами МДС статора и ротора.

Зависимость момента на валу синхронной машины от угла θ называют угловой характеристикой.

При неявнополюсной машине зависимость представляет собой синусоиду, симметричную относительно осей координат.

В явнополюсной машине угловая характеристика несколько отличается от синусоиды из-за наличия реактивного момента, возникающего вследствие неодинаковой магнитной проводимости по продольной и поперечной осям.

Зависимость момента синхронной машины от угла нагрузки при U _c = const называется угловой характеристикой машины. Угловая характеристика (рис. 4.15) в соответствии с (4.5) имеет вид синусоиды. В двигательном режиме угол положительный, поэтому на графике двигательному режиму соответствует положительная полуволна синусоиды. В генераторном режиме угол отрицательный, ему соответствует отрицательная полуволна синусоиды. В диапазоне угла нагрузки -90°< <+90° (ветвь синусоиды показана сплошной линией) работа машины, как в двигательном, так и в генераторном режиме устойчива, а на участках кривой, изображённых штриховой линией, – неустойчива.

На устойчивом участке характеристики машина обладает свойством саморегулирования, т.е. при изменении момента нагрузки автоматически изменяется в том же направлении момент машины, причём так, что в новом установившемся режиме между ними достигается равновесное устойчивое состояние. Так, в двигательном режиме при увеличении механической нагрузки М _с ротор притормаживается, угол нагрузки увеличивается и в соответствии с угловой характеристикой увеличивается вращающий момент двигателя М. При равенстве М= М _с наступит новый установившийся режим, причём частота вращения ротора останется неизменной и равной частоте вращения магнитного поля статора; только при этом равенстве существует электромагнитное взаимодействие полюсов ротора и статора, обусловливающее момент М машины.

2.Тормозные режимы синхронного двигателя.

Ответ: В синхронных ЭП могут быть использованы все 3 известных электрических способа торможения:

- торможение противовключением,

- рекуперативное,

- динамическое.

1. Торможение противовключением может быть реализовано так же как у АД при помощи изменения последовательности чередования фаз напряжения, подводимого к статору, но, учитывая, что синхронные двигатели используются в ЭП большой и сверхбольшой мощности, этот способ торможения практически не применяется, так как приводит к перегреву двигателя и к преждевременному разрушению механизма. Область применения режима противовключения в СД ограничивается реверсом, при этом реверс реализуется, начиная с момента асинхронного запуска.

2. Рекуперативное торможение в синхронном ЭП может быть реализован только в том случае, если к ротору приложить со стороны некого вспомогательного источника (активного) механической энергии дополнительный момент, направленный в сторону вращения. Под действием этого момента скорость ротора станет больше синхронной скорости. Изменяется знак , рабочая точка перейдет из 1-ого квадрата в 3-ий (на угловой характеристике). Знак момента изменится на противоположный, и по отношению к направлению угловой скорости момент станет тормозным. Под действием тормозного момента , скорость вновь снизиться до . Очевидно, что для практической реализации снижения угловой скорости меньше этот способ торможения неприменим.

Учитывая выше сказанное, единственный практически применимый способ торможения - динамическое торможение.

Рис.68 Механическая характеристика СД при рекуперативном торможении

Рис.69 Характеристика СД при рекуперативном торможении ()

3. Динамическое торможение. Статорная обмотка отключается от источника 3-х фазного переменного напряжения и замыкается на тормозное сопротивление. Обмотка возбуждения ротора остаётся подключенной к источнику постоянного напряжения.

При этом, взаимодействие статического магнитного поля с токами во вращающемся роторе создаёт, в соответствии с правилом Ленца, момент направленный противоположно направлению вращающегося вала, т.е. тормозной. Механические характеристики аналогичны механическим характеристикам АД.

Интенсивность торможения определяется величиной . Чем меньше , тем торможение интенсивнее.

Рис.70 Схема подключения

Рис.71 Механическая характеристика СД при динамическом торможении

3.Замкнутая автоматизированная система электропривода постоянного тока с обратной связью по скорости.

Ответ:

4.Коммутационная аппаратура выше 1000В. Разъединители, отделители, короткозамыкатели.

Ответ: Разъединители применяются в основном только для снятия напряжения с цепи, которая уже отключена выключателем и по которой не протекает ток. Ошибочное отключение разъединителя под током может привести к аварии на подстанции и к несчастным случаям с людьми. Поэтому между силовым выключателем и разъединителем данной цепи предусматривается механическая или электромагнитная блокировка, не допускающая отключения разъединителя при включенном выключателе, когда в цепи протекает ток нагрузки.

Отделителем можно автоматически отключать и вручную (приводом) включать силовые трансформаторы или участки сети напряжением выше 1 000 в при отсутствии в них нагрузочного тока, т. е. так же,как и при оперировании разъединителем.
Кроме снятия напряжения с обесточенного участка или элемента цепи правила допускают включение и отключение разъединителями и отделителями токов небольшой величины, к числу которых относятся:
зарядные токи сборных шин, оборудования и кабельных линий напряжением до 10 кВ включительно и длиной до 10 км, а также зарядные токи воздушных линий электропередачи, величина которых зависит от их длины и напряжения;

Короткозамыкатель предназначен для создания искусственного короткого замыкания однополюсного или двухполюсного при внутренних повреждениях силовых трансформаторов с целью их отключения выключателем, установленным на питающем конце линии, в результате действия ее зашиты.
В сетях 110—220 кВ с заземленной нейтралью достаточно установить короткозамыхатель только на одной фазе. В сетях 35 кВ с изолированной нейтралью необходима установка короткозамыкателей в двух фазах.
Не рекомендуется применять короткозамыкатели на приемных подстанциях, если на питающих эти подстанции линиях энергосистемы или на узловых подстанциях данного предприятия установлены воздушные выключатели. Дело в том, что воздушные выключатели боятся отключения «неудаленных» (порядка 0,5—5 км) коротких замыканий вследствие большой скорости восстанавливающегося напряжения на контактах выключатели (2—5 кВ/мкеек), что может привести к повторному зажиганию дуги и вызвать аварию

5.Схема максимальной токовой защиты на понижающих трансформаторах.

Ответ: Измерительная часть максимальной токовой за­щиты трансформаторов 10 кВ состоит из двух или из трех максимальных реле тока Т (три реле устанав­ливаются для защиты трансформаторов со схемой со­единения обмоток ∆/Y или Y/∆). Реле тока включе­ны на токи фаз А и С и на ток фазы В, проходящий в обратном проводе схемы соединения трансформато­ров тока ТТ в неполную звезду (рис. 19). Выходное действие реле тока осуществляется по схеме «ИЛИ»„ т. е. защита может действовать при срабатыва­нии одного, двух или трех реле. В логической части должен быть орган выдержки времени В, позволяющий установить время срабатывания защиты в пределах от 0,1 до 1,3 с. Предусматриваются так­же сигнальный орган СО и исполнительный орган НО, распространяющий действие защиты на отклю­чение трансформатора с двух сторон, т. е. действую­щий на отключение выключателя В на стороне 10 кВ и автомата АВ на стороне 0,4 кВ. На трансформато­рах 10/6 кВ действие защиты распространяется на отключение двух выключателей.

Максимальная токовая защита обязательно уста­навливается на всех трансформаторах, и в том числе на всех трансформаторах 10 кВ, независимо от уста­новки других защит (газовой, дифференциальной или отсечки). Это объясняется тем, что максимальная токовая защита защищает не только трансформатор, но и шины НН, а также может резервировать за­щиты и выключатели на отходящих элементах НН, т. е. осуществлять дальнее резервирование.

При проектировании и обслуживании устройств релейной защиты трансформаторов 10 кВ осуществ­ление полноценного дальнего резервирования встре­чает большие трудности. В сетях 0,4 кВ это связано дополнительно с тем, что не всегда учитывается боль­шая вероятность КЗ через переходное сопротивление до 15 мОм и существенное снижение при этом значе­ний токов КЗ. Использование трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Yтакже снижает зна­чения токов КЗ (при однофазных КЗ на землю по сравнению с трансформаторами со схемой ∆/Y).

Рис. 19. Функциональная схема максимальной токовой защиты трансформатора 10/0,4 кВ