Угловые характеристики синхронных машин

Машин

Синхронные режимы параллельной работы синхронных

Режим работы синхронной машины параллельно с сетью при синхронной скорости вращения называется синхронным.

Рассмотрим особенности этого режима подробнее, причем предположим для простоты, что сеть, к которой приключена рассматриваемая машина, является бесконечно мощной, т. е. в ней и . Практически это означает, что суммарная мощность всех приключенных к этой сети синхронных генераторов настолько велика по сравнению с мощностью приключаемой машины, что изменение режима работы машины не влияет на напряжение и частоту сети.

Напряжение параллельно работающего генератора равно напряжению сети на зажимах генератора. Для простоты предположим также, что включаемая на параллельную работу машина является неявнополюсной и сопротивление якоря =0. Тогда ток якоря машины определяется так

(7.1)

Изменение реактивной мощности. Режим синхронного компенсатора. Предположим, что при включении на параллельную работу условия синхронизации возбужденного генератора были соблюдены в точности, т.е. . Тогда , т.е. машина не примет на себя никакой нагрузки.

Предположим теперь, что ток возбуждения после синхронизации

ции был увеличен и поэтому . Тогда в соответствии с (7.1) (рис. 7.5, а) возникает ток , отстающий от , а также от и на 90°. Машина, таким образом, будет отдавать в сеть чисто индуктивный ток и реактивную мощность. Если ток возбуждения уменьшить, так что (рис. 7.5, б), то ток также будет отставать от на 90°, но будет опережать и на 90°, т. е. машина будет отдавать в сеть емкостный ток и потреблять из сети реактивную мощность.

Таким образом, изменение тока возбуждения синхронной машины вызовет в ней только реактивные токи или изменение реактивного тока и реактивной мощности. При синхронная машина называется перевозбужденной, а при – недовозбужденной. При равенстве активной мощности нулю перевозбужденная синхронная машина по отношению к сети эквивалентна емкости, а недовозбужденная –индуктивности.

Синхронная машина, не несущая активной нагрузки и загружен- ная реактивным током, называется синхронным компенсатором. Такие компенсаторы применяются для повышения коэффициента мощности и поддержания нормального уровня напряжения в сетях.

Если, например, такой компенсатор установить в районе большой промышленной нагрузки и перевозбудить его, то он будет снабжать асинхронные двигатели промышленных предприятий реактивной мощностью, питающая сеть и генераторы электрических станций будут полностью или частично разгружены от этой мощности, коэффициент мощности генераторов и сети повысится, потери мощности и падения напряжения в них уменьшатся и напряжение сети у потребителей сохранится на нормальном уровне.

Изменение активной мощности. Режимы генератора и двигателя. Из сказанного выше следует, что изменение тока возбуждения не вызывает появления активной нагрузки или ее изменения. Чтобы включенная на параллельную работу машина приняла на себя активную нагрузку и работала в режиме генератора, необходимо увеличить движущий механический вращающий момент на ее валу, увеличив, например, поступление воды или пара в турбину.

Тогда равенство моментов на валу нарушится, ротор генератора, а следовательно, и вектор ЭДС, генератора забегут вперед на некоторый угол (рис. 7.5, в). При этом возникнет ток , отстающий, как и ранее, от на 90°. Но, как следует из рис. 7.5, в, в данном случае

.

Если, наоборот, притормозить ротор машины, создав на его валу механическую нагрузку, то эдс отстанет от на некоторый угол , ток будет отставать от на угол 90° < < 270°. При этом мощность машины и машина будет работать в режиме двигателя, потребляя активную мощность из сети (рис. 7.5, г).

Как следует из рис. 7.5, в и г, у генератора вектор отстает от вектора , а у двигателя – наоборот. Угол нагрузки в первом случае будем считать положительным, а во втором – отрицательным.

Характер магнитного поля в зазоре между статором и ротором в режимах генератора и двигателя изображен на рис. 7.6. У генератора ось полюсов сдвинута относительно оси потока на поверхности статора на угол вперед по направлению вращения ( >0), а у двигателя – против направления вращения ( < 0). Угол можно назвать внутренним углом нагрузки. Образование электромагнитного вращающего момента и направление его действия согласно рис. 7.6 можно объяснить также тяжением магнитных линий.

Преобразование энергии в синхронных машинах нормальной конструкции, с вращающимся индуктором и возбудителем на общем валу, иллюстрируется энергетическими диаграммами рис. 7.7, где – механические потери, – потери на возбуждение синхронной машины, включая потери в возбудителе, – добавочные потери от вы- сших гармоник поля в стали статора и ротора, – основные манитные потери и – электрические потери в обмотке якоря. Для генератора – потребляемая с вала механическая мощность и – отдава- емая в сеть электрическая мощность, а для двигателя – потребляемая из сети электрическая мощность и – развиваемая на валу механичес- кая мощность. Электромагнитная мощность передается с помощью

магнитного поля с ротора на статор в режиме генератора и в обратном направлении – в режиме двигателя.

Добавочные потери покрываются за счет механической мощности на роторе. Механические потери возбудителя включаются в потери .

Весьма важно отметить, что при изменении движущего или тормозящего механического момента на валу синхронная машина обладает свойствами саморегулирования и способностью до известных пределов сохранять синхронизм с сетью, т. е. синхронное вращение с другими синхронными машинами, приключенными к этой сети. Например, при приложении к валу положительного вращающего момента ротор будет ускоряться и угол нагрузки будет расти от нуля (рис. 7.5, в). Вместе с тем машина начинает нагружаться активной мощностью и развивать тормозящий электромагнитный момент . При этом величины и будут расти до тех пор, пока не наступит равновесие моментов = на валу. Одновременно с этим восстановится также баланс между потребляемой с вала механической мощностью, отдаваемой в сеть электрической мощностью и потерями в машине. В случае приложения к валу тормозящего момента (рис. 7.5, г) угол будет расти по абсолютной величине также до тех пор, пока не восстановится равновесие моментов на валу и баланс мощностей.

Все изложенное выше действительно также для явнополюсной машины с той лишь разницей, что диаграммы рис. 7.5, в и г будут несколько сложнее.

На рис. 7.5, в и г . Как видно из этих рисунков, при этом ток будет иметь также некоторую реактивную составляющую. Если изменить ток возбуждения так, что будет , то при сохранении активной мощности это вызовет изменение реактивного тока и реактивной мощности.

Как было установлено выше, мощность синхронной машины зависит от угла нагрузки между векторами ЭДС и напряжения машины. Зависимость при и называется угловой характеристикой активной мощности синхронной машины. Изучение этой зависимости позволяет выяснить ряд важных свойств синхронной машины. Выведем математическое выражение для угловой характеристики мощности, приняв , так как это сопротивление весьма мало влияет на вид угловой характеристики.

Спроектируем на рис. 4.6 векторы ЭДС, напряжений и падений напряжения на направление вектора и на направление, перпендикулярное ему. Тогда получим

. (7.2)

Из формулы (7.2) выразим токи

(7.3)

Учитывая, что, для мощности генератора имеем

Заменим здесь и по формулам (7.3), получим

или

(7.4)

Равенство (7.4) и является искомым математическим выражением угловой характеристики мощности, согласно которому . Электромагнитный момент пропорционален мощности и поэтому зависимость имеет подобный же вид.

В выражение (7.4) необходимо подставлять насыщенные значения и , соответствующие величине результирующей ЭДС при данном режиме, и значение по спрямленной насыщенной х. х. х., соответствующей этому же значению . Учитывая, что значение относительно мало, можно принять . Равенством (7.4) можно пользоваться также тогда, когда под понимается напряжение не на зажимах машины, а в какой-нибудь более удаленной точке линии, сое- диненной с машиной (например, за повышающим трансформатором, на приемном конце линии и т. д.). В этом случае в величины и ну- жно включить также индуктивное сопротивление линии до рассматриваемой точки. Угол нагрузки во всех случаях измеряется между эдс от поля возбуждения генератора и рассматриваемым напряжением .

Дата добавления: 2014-11-29