Гашение магнитного поля генератора

Синхронные генераторы имеют устройство гашения магнитного поля (ручное или автоматическое) для быстрого уменьшения ЭДС, следовательно, и тока статора при внутренних повреждениях в них. При внутренних коротких замыканиях отключение генератора от шин недостаточно, так как при вращающемся возбужденном генераторе поддерживается ток короткого замыкания, опасный для обмоток и стали статора, т.е. возможно возникновение явления «пожара» в железе генератора. Лишь снизив магнитный поток генератора до величины, близкой к нулю, можно прекратить прохождение тока короткого замыкания.

Гашение магнитного поля, осуществляемое с достаточной быстротой, является единственным способом, позволяющим ограничить размеры повреждения электрических машин при внутренних коротких замыканиях. Гашение поля также необходимо в условиях нормальной эксплуатации при остановке генератора.

Автоматические устройства, выполняющие указанную операцию, называются автоматами гашения поля (АГП).

Простейшим способом гашения поля является отключение обмотки возбуждения. Однако при этом, вследствие большой индуктивности цепи, на выводах обмотки возбуждения возникает перенапряжение, способное привести к пробою изоляции.

Применяют следующие способы гашения магнитного поля:

- замыканием обмотки возбуждения на постоянное активное сопротивление;

- замыканием обмотки возбуждения накоротко;

- включением в цепь обмотки возбуждения добавочного сопротивления;

- включением в цепь обмотки возбуждения дугогасительной решетки.

Гашение поля генераторов с машинными возбудителями с помощью постоянного активного сопротивления

Гашение поля достигается путем замыкания обмотки возбуждения генератора на гасительное сопротивление с последующим отключением ее от возбудителя.

Схема ручного гашения поля приведена на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9 – Схема ручного гашения поля генератора

Рисунок 1.10 – Схема автоматического гашения поля генератора

В схеме автоматического гашения поля (рис.1.9) в цепи обмотки возбуждения LG1 имеется автомат гашения поля АГП и гасительное сопротивление RГ. В режиме нормальной работы обмотка возбуждения генератора через замкнутые контакты 1 подключена к возбудителю G2, а контакты 2 разомкнуты и гасительное сопротивление отключено.

При срабатывании АГП сначала замыкаются контакты 2 и с некоторой выдержкой времени размыкаются контакты 1.

Замыкание обмотки возбуждения генератора на сопротивление вызывает быстрое снижение ЭДС до остаточного напряжения и быстрое гашение магнитного поля генератора.

Ток возбуждения не спадает мгновенно до нуля, а продолжает некоторое время протекать в контуре за счет электромагнитной энергии, запасенной в индуктивностях цепи. Чем больше активное сопротивление в контуре, тем быстрее затухает ток возбуждения.

Для контура возбуждения генератора можно записать уравнение

,

где Lв –индуктивность обмотки возбуждения LG1;

iв – мгновенное значение тока возбуждения;

rв – сопротивление обмотки возбуждения LG1;

rг – сопротивление гасительного сопротивления Rг.

Решение дифференциального уравнения имеет вид

где Uв0 – начальное значение напряжения возбуждения;

– начальное значение тока возбуждения;

– постоянная времени гашения поля.

Т.о. ток возбуждения затухает по экспоненциальному закону и для увеличения скорости гашения поля необходимо увеличить гасительное сопротивление rг.Однако напряжение на обмотке возбуждения не должно превосходить допустимую величину Umax по условию прочности изоляции. В момент размыкания контактов 1 АГП ток Iв0 пройдет через сопротивление rг и напряжение на обмотке возбуждения будет равно .

Необходимо, чтобы выполнялось условие

, или .

Максимальное допустимое напряжение на обмотке возбуждения определяется по испытательному напряжению:

.

Напряжение на обмотке возбуждения генератора

меняет свой знак на противоположный и во время процесса гашения поля затухает согласно соотношению

.

Рисунок 1.11 – Характеристики гашения поля с помощью гасительного сопротивления

Наибольшее напряжение имеет место в начальный момент гашения поля. Это обусловлено тем, что при изменении магнитного потока обмотки в ней индуктируется ЭДС самоиндукции, вызывая перенапряжение на кольцах ротора, причем тем больше, чем больше величина гасительного сопротивления. На процесс гашения магнитного поля влияет успокоительная обмотка ротора, так как энергия магнитного поля рассеивается не только в обмотке возбуждения и гасительном сопротивлении, но и в успокоительной обмотке и даже в самом теле ротора.

Для высоковольтных генераторов процесс гашения заканчивается, когда ЭДС статора снизится до величины менее 500 В, при которой происходит естественное погасание дуги в месте повреждения статора генератора. В низковольтных генераторах этот процесс определяется остаточным намагничиванием.

Гасительное сопротивление выбирается в 4 –5 раз больше сопротивления обмотки возбуждения в горячем состоянии и рассчитывается на длительный ток, равный 5% от номинального тока ротора генератора. При таких значениях сопротивления в цепи ротора скорость гашения поля оказывается достаточной при допустимых значениях перенапряжения на кольцах ротора. Полное время гашения поля обычно составляет 0,3 –0,6 с при Еост ≈ 5÷10 В.