Неявнополюсна машина. Поняття про статичну стійкість

Вважаємо, що машина працює паралельно із мережею нескінченно великої потужності і тому U=const, f=const і струм збудження генератора не змінюється. Для простоти припустимо також, що магнітна проникливість сталі μ_c =const і, відповідно, x_d =const.

У неявнополюсної машини x_q =x_d і на базі виразу () можемо записати:

P=

За вказаних припущень залежність P=f(θ) у відповідності із формулою (), являє собою синусоїду (рис. …,а). Напівхвилі, де активна потужність P>0 відповідають генераторному режиму роботи машини, а напівхвилі, де P<0 – режиму двигуна. Як видно із рис. …,а за постійної зміни кута θ синхронна машина перемінно переходить із генераторного режиму в режим двигуна і навпаки. Така заміна кута θ означає, що ротор машини обертається несинхронно – дещо швидше, або дещо повільніше магнітного поля реакції якоря. Залежність P=f(θ) на рисунку …,a при цьому є дійсною лише за нескінченно повільної зміни кута θ, коли в результаті несинхронного обертання ротора у колах індуктора не індукується жодних струмів.

Зміна кута θ на 2π означає, що ротор машини пересунувся відносно поля статора на два полюси. Режим роботи машини при цьому не змінюються. Тому достатньо розглянути кутову характеристику у межах -π≤θ≤π. Діапазон -π≤θ≤0 відповідає режиму двигуна, а діапазон 0≤θ≤π – режиму генератора. Оскільки на півперіоди синусоїдної кривої симетричні, то властивості синхронної машини у режимі двигуна та генератора аналогічні.

Розглянемо режим генератора. У відповідності із рисунком..., при збільшенні активної потужності Р від нуля кут θ буде збільшуватись від θ=0 і за критичного кута навантаження θ _кр=90˚ досягається максимальна потужність P= P _m, яку здатний розвивати генератор. На базі виразу () для неявнополюсної машини отримаємо:

P _m = ()

Як слідує із формули (), максимальна потужність P _m є тим більшою, чим більшою є ЕРС Е, або струм збудження машини і _з, чим більшою є напруга U та чим меншим є опір x_d. З цієї причини з метою зменшення опору x_d у синхронних машинах повітряний зазор виконується більший, ніж у асинхронних машинах.

В усталеному режимі роботи генератора механічна потужність Р_пд, яка розвивається приводним двигуном дорівнює електричній потужності Р, що віддається генератором у мережу, тобто Р_пд =P. При цьому під Р_пд слід розуміти потужність приводного двигуна мінус механічні та магнітні втрати у генераторі (при R_a=0 електричні втрати у якорі дорівнюють нулю). Потужність приводного двигуна Р_пд не залежить від кута θ і тому зображена на рисунку... горизонтальною прямою, яка перетинається із характеристикою електричної потужності P=f(0) у точках 1 та 2. У цих точках Р_пд =P і, відповідно, вони обидві могли б відповідати нормальному усталеному режиму роботи. Проте стійкою є лише робота у точці 1.

Дійсно, якщо при роботі у точці 1 рисунок... у результаті невеликого випадкового переважаючого збурення кут θ збільшиться на Δθ, то електрична потужність генератора перевищить потужність приводного двигуна на ΔP. Внаслідок цього на валу машини буде діяти надлишковий гальмівний електромагнітний момент:

ΔM=

і ротор генератора буде пригальмовуватись. Кут θ буде зменшуватись, і буде відновлюватися стійкий усталений режим роботи у точці 1. Якщо при роботі у точці 1 кут θ в результати випадкового збурення зменшиться, то після припинення дії цього збурення генератора також повернеться у режим роботи у точці 1.

Якщо ж при роботі у точці 2 рисунок... кут θ збільшиться на Δθ, то потужність генератора буде на ΔP меншою за потужність приводного двигуна. Як наслідок ротор машини почне прискорюватись, кут θ збільшиться ще більше і т.д. В результаті генератор випаде із синхронізму або за сприятливих умов перейде в усталений режим роботи на наступних додатних напівхвилях кривої рисунок...,а після «прослизання» ротора на парну кількість полюсних поділок. Якщо ж при роботі у точці 2 кут θ зменшиться, то внаслідок порушення балансу потужностей даний кут зменшуватись і у подальшому, поки даний баланс не відновиться у точці 1.

Таким чином, робота неявно-полюсного генератора є стійкою в діапазоні 0< θ <90˚ та не стійкою в діапазоні 90˚< θ <180˚.

Аналогічно можна встановити, що неявнополюсний синхронний двигун працює стійко в діапазоні 0>θ>-90˚.

Питання, що розглядалися вище відносяться до так званої статичної стійкості синхронної машини.

Режим роботи певної установки називається статично стійким, якщо при наявності вельми невеликих збурень режиму роботи (невелика зміна напруга, потужності приводного двигуна, струму збудження тощо) зміни режиму роботи (значення кута навантаження, потужності тощо) також будуть невеликими і після закінчення дії цих збурень відновиться вихідний режим роботи. Із сказаного випливає, що режим роботи синхронної роботи є статично стійким, якщо

_>0

та статично нестійким, якщо

_<0

Дата добавления: 2015-07-13