Релейная защита. Для синхронных электродвигателей предусматриваются те же защиты, что и для асинхронных. При этом защиты, действующие на отключение выключателя, должны действовать и на устройство АГП, если оно имеется.
Синхронные электродвигатели должны иметь защиту от асинхронного режима. Она может быть выполнена одним из следующих способов [31]: с помощью реле, реагирующего на увеличение тока в обмотке статора; с помощью устройства, реагирующегонапоявление переменного тока в обмотке ротора; с помощью устройства, действующего на принципе отсчета числа электрических проворотов ротора при асинхронном режиме.
Распространение получила защита, реагирующая на увеличение тока в обмотке статора. При асинхронном режиме в обмотке статора проходит уравнительный ток, действующее значение которого
Iур = (2Uc / (X`c + X`Д)) sin (d / 2).
Это выражение получено в предположении, что ЭДС системы и электродвигателя равны напряжению сети Uc, а в расчетную схему входят переходное сопротивление электродвигателя X`Д и переходное сопротивление системы X`c.
Характер изменения тока /ур в зависимости от угла d показан на рис. 14.11,а, из которого следует, что если от асинхронного режима использовать максимальную токовую защиту с независимой выдержкой времени, то она не будет действовать, так как измерительное реле тока периодически размыкает контакты и в пределах каждого цикла биения держит их разомкнутыми в течение времени D t. Поэтому для обеспечения беспрерывной подачи напряжения на обмотку реле времени в схему защиты вводят промежуточное реле KLT с замедлением при возврате (рис. 14.11,6). Время возврата t в.р принимают большим, чем время D t. Применяется защита в однофазном исполнении. Ток срабатывания защиты принимается равным /с.з = (1,3 - 1,4) /д.ном. При выборе выдержки времени должно соблюдаться условие t в р ³ (1,2 – 1,5) D t.
Для электродвигателей с отношением короткого замыкания (ОКЗ), равным единице и более, можно использовать защиту с зависимой характеристикой выдержки времени. Для ее выполнения достаточно иметь одно реле типа РТ-80. При возникновении асинхронного режима оно приходит в действие и в течение времени D t не успевает возвратиться. Поэтому по истечении некоторого времени реле срабатывает. Функции защиты от асинхронного режима может также выполнять защита от перегрузки.
Если после действия защиты от асинхронного режима предусматривается ресинхронизация электродвигателя, то схема выполняет такую последовательность операций [31]: включение разрядного сопротивления в цепь обмотки ротора; включение форсировки возбуждения; подключение обмотки ротора к якорю возбудителя с выдержкой времени (до 3 с); снятие форсировки возбуждения после втягивания электродвигателя в синхронизм.
Рассмотренные защиты от асинхронного режима могут допускать ложные срабатывания при резкопеременных нагрузках на валу электродвигателя, вследствие того что характер изменения тока статора и тока ротора при этом мало отличается от характера изменения токов при асинхронном режиме. Предложены защиты, способные выявить асинхронный режим и при резкопеременных ударных нагрузках. Такой, например, является защита, реагирующая на изменение угла между векторами напряжения сети и ЭДС электродвигателя [89].
Устройства автоматики. Устройства противоаварийной автоматики (АПВ и АВР) синхронных электродвигателей работают в несколько иных условиях, чем аналогичные устройства асинхронных электродвигателей. При действии УАПВ и УАВР происходит несинхронное включение синхронных электродвигателей, сопровождающееся токами, которые могут значительно превышать пусковой ток. Поэтому перед включением электродвигателя производится частичное гашение его поля, с тем чтобы напряжение на его выводах не превышало U д £ (0,5 - 0,6) Uном [77]. Если расчеты показывают, что кратности тока и момента при несинхронном включении не превышают допустимых значений, то устройства АПВ и АВР могут включать электродвигатель при полном возбуждении.
На синхронных электродвигателях обязательно предусматриваются устройства автоматического регулирования возбуждения. Они выполняются на тех же принципах, что и АРВ генераторов. Задачами АРВ синхронных электродвигателей являются как поддержание заданного напряжения на шинах подстанции, так и поддержание других параметров: заданного коэффициента мощности, отдаваемой реактивной мощности. Для различных условий работы и разных систем возбуждения разработан ряд схем АРВ синхронных электродвигателей.
Для электродвигателей с непрерывно изменяющейся реактивной нагрузкой и электромашинным возбуждением рекомендуется осуществлять компаундирование с коррекцией напряжения и коэффициента мощности (tg j), а также автоматически ограничивать возбуждение, если напряжение статора или ток ротора достигают максимально допустимых значений. Компаундирование с коррекцией напряжения уже рассматривалось (см. § 12.7). Корректором коэффициента мощности может служить схема сравнения абсолютных значений двух величин (см. § В.З и 3.3), так как направление ее выходного тока зависит от угла j. Этот ток подается в обмотку управления магнитного усилителя AL, входящего в электромагнитный корректор напряжения (см. рис. 12.12, а). Схема настраивается на отсутствие выходного тока при соответствии tg j заданному значению, отклонение от которого приводит к изменениям выходного тока регулятора в необходимую сторону.
Принципиальная схема осуществляющая ограничение напряжения возбуждения (ротора) U в и тока статора /Д, приведена на рис. 14.12, а [90]. В зависимости от того, какое из напряжений, UВ или U1 = k l Д2, является большим, оно подается на вход элемента задержки по времени AT. Меньшее напряжение на вход AT, не поступает, так как соответствующий диод VD1 или VD2 в цепи меньшего напряжения закрыт.
Задержка по времени необходима для того, чтобы ограничитель не препятствовал кратковременной форсировке возбуждения. Выходное напряжение AT сравнивается с напряжением Uc сети на входе магнитного усилителя AL1, выход которого через выпрямитель VS4 соединен с выпрямителем VS1 тока нелинейного элемента электромагнитного корректора напряжения АРУ.
В нормальном режиме работы выходное напряжение ограничителя Uо невелико, поэтому диоды выпрямителя VS4 закрыты, а диоды VS1 открыты. Магнитный усилитель AL2 управляется разностью токов /л - /нл. При достижении предельно допустимых значений Uо или /Д напряжение Uo возрастает, открывая диоды выпрямителя VS4 и закрывая диоды VS1. После этого магнитный усилитель AL2 начинает управляться разностью токов /л - /нл. Возрастанию тока /о соответствует снижение тока регулятора /per, подводимого к обмотке возбуждения LM.
Для синхронных электродвигателей большой мощности с резко изменяющейся нагрузкой разработано устройство АРВ (рис. 14.12, б), имеющее разные характеристики относительно длительных и кратковременных изменений напряжения. Оно содержит регулятор APV напряжения (РН) и регулятор АРА реактивного тока (РРТ), причем основную роль в регулировании играет быстродействующий РН, а замедленный РРТ лишь изменяет задание (уставку) РН при длительных снижениях напряжения сети Uc. Измерительный орган регулятора напряжения имеет промежуточный трансформатор TL3, установочный (задающий) элемент в виде бесконтактного сельсина BG, включенного по схеме поворотного трансформатора, выпрямитель VS1, сглаживающий фильтр ZF и элемент сравнения выпрямленного напряжения kUc с напряжением на стабилитронах VD. Разность указанных напряжений, увеличенная в усилителе А, подается на возбудитель ME. Привод сельсина BG осуществляется через фрикционную муфту ФМ и редуктор Р с большим передаточным числом от двухфазного электродвигателя МИ, являющегося исполнительным элементом регулятора реактивного тока.
Электродвигатель МИ получает питание от цепей тока ТА и напряжения TV. Его вращающий момент пропорционален произведению напряжений, подводимых к его обмоткам, и синусу угла между их векторами. В рассматриваемой схеме
это напряжения U' и D U рег = Ua - UIp, где UЗ - напряжение задания (устанавливается автотрансформатором TL2), a UIp - напряжение, пропорциональное реактивному току электродвигателя М. Направление момента такое, что электродвигатель МИ вращается в сторону уменьшения разности D U рег до тех пор, пока D U рег не приблизится к нулю.
При вращении электродвигателя МИ и сельсина BG изменяется коэффициент k, определяющий напряжение kUc, и тем самым осуществляется новая уставка регулятора напряжения. Работа АРВ поясняется на рис. 14.12, в. Исходному режиму соответствует точка А на характеристике /. При снижении напряжения сети РН увеличивает ток /в и новый режим характеризуется точкой Б. Если нарушение режима кратковременное, то ротор сельсина BG поворачивается на незначительный угол, т. е. РРТ не успевает заметно изменить уставку регулятора напряжения и после восстановления нормального напряжения АРВ вновь переходит в режим А. При длительном снижении напряжения ротор сельсина поворачивается на угол, соответствующий новому заданию (уставке) регулятора напряжения, т. е. происходит переход на характеристику 2 в точку Г. После восстановления напряжения РН переводит систему в режим, которому соответствует точка В. В этом режиме ток /в и отдаваемый реактивный ток ниже, чем в исходном режиме А, и через некоторое время РРТ возвращает систему в режим А. При толчках нагрузки на валу синхронного электродвигателя процессы в системе АРВ происходят практически при неизменном задании РН и система стремится поддерживать напряжение сети.