Синхронизирующая мощность и синхронизирующий момент

Синхронизирующая мощность, синхронизирующий момент и статическая перегружаемость синхронных машин

Ранее было выяснено, что в определенных пределах значений угла нагрузки синхронная машина способна сохранять синхронный режим работы. Это обусловлено тем, что при отклонении угла от своего устойчивого установившегося значения на некоторую величину возникает разность между подводимой к машине мощностью и отдаваемой ею мощностью (рис. 7.9), под воздействием которой устойчивое состояние работы восстанавливается. Мощность поэтому называется синхронизирующей мощностью. Этой мощности, согласно выражению (7.7), соответствует, электромагнитный момент , под воздействием которого ротор несколько ускоряется или замедляется и тем самым возвращается в равновесное положение. Момент поэтому также называется синхронизирующим.

Если отклонение мало, то и пропорциональны (см. рис.7.9):

(7.10)

где и – соответственно коэффициенты синхронизирующей мощности и синхронизирующего момента.

Согласно (7.10),

или при переходе к пределу

(7.11)

На основании выражений (7.4) и (7.11)

(7.12)

(7.13)

Для неявнополюсной и реактивной () машин выражения (7.12) и (7.13) соответственно упрощаются.

Кривые по формуле (7.12) изображены на рис. 7.9 и 7.10 штриховыми линиями. Как следует из этих рисунков режим работы синхронной машины устойчив, когда > 0 и > 0. Положительный знак этих коэффициентов, поэтому является одним из критериев устойчивости статического режима работы. С другой стороны, очевидно, что синхронизирующие электромагнитные силы при прочих равных условиях тем больше, чем больше и . Поэтому из выражений (7.12) и (7.13) можно сделать вывод, что при различных возмущениях перевозбужденная синхронная машина (Е > U) в большей степени способна сохранять устойчивый режим работы, чем недовозбужденная (). На границе зоны устойчивой работы () имеем =0 и =0.

Статическая перегружаемость. Когда мощность синхронной машины = 0, также . При увеличении растет также , и при мощность достигает максимального значения . При дальнейшем увеличении механической мощности на валу машина выйдет из синхронизма и ее ротор будет вращаться асинхронно, с некоторым скольжением относительно поля статора (поля реакции якоря). У двигателя скорость ротopa будет меньше синхронной, (s>0) и у генератора – больше синхронной (s<0). Подобный асинхронный режим является ненормальным и недопустим, так как он опасен для машины и нарушает нормальную работу сети, машин и механизмов, соединенных с синхронной машиной. Поэтому при эксплуатации синхронных машин необходимо заботиться о том, чтобы их устойчивая синхронная работа была в достаточной степени обеспечена.

При работе синхронные машины могут подвергаться кратковременным перегрузкам. Кроме того, вследствие уменьшения напряжения, например, при коротких замыканиях в сети максимальная мощность , которую способна развивать машина, снижается [см. равенство (7.6) и др.]. Поэтому необходимо, чтобы машина имела достаточный запас мощности, т. е. чтобы значение было достаточно велико.

Статическая перегружаемость синхронной машины характеризуется отношением при и к номинальной мощности :

= (7.14)

Величина тем больше, чем меньше угол при номинальной нагрузке. Обычно = 20 35°. Номинальная мощность

(7.15)

Положим в выражении (7.6) и , где эдс от поля возбуждения при номинальной нагрузке. Тогда на основании выражений (7.6), (7.14) и (7.15) для неявнополюсной машины

(7.16)

В равенство (7.16) можно подставлять как насыщенные, так и ненасыщенные значения и , так как их отношения ввиду относительной малости практически одинаковы.

Так как , то

где ЭДС, индуктируемая током возбуждения при установившемся трехфазном коротком замыкании, когда . Поскольку ЭДС и , кроме того, пропорциональны и , то

Поэтому вместо (7.16) можно написать

(7.17)

а на основании выражений (3.13) и (7.17) также

(7.18)

где ток возбуждения при холостом ходе с .

Наконец, на основании равенств (7.5) и (7.6) имеем также для неявнополюсной машины

(7.19)

Выражения (7.17) и (7.18) приводятся в ГОСТ 533 – 68 на турбогенераторы.

Согласно этому стандарту, статическая перегружаемость турбогенераторов мощностью до 300000 кВт должна быть не менее =1,7, а для турбогенераторов мощностью 500000-800 000 кВт – не менее =1,6. Как следует из изложенного, статическая перегружаемость турбогенераторов, как, впрочем, и явнополюсных машин, тем больше, чем больше их , т. е. чем меньше или чем больше воздушный зазор.

Статическая перегружаемость явнополюсных машин также выражается равенствами (7.16) – (7.19), если в них вводится добавочный множитель , который учитывает влияние второго члена равенства (7.4). Величина при этом определяется графиком рис. 7.14, где

.

Статическая перегружаемость как явнополюсных, так и неявнополюсных синхронных двигателей с =0,9 (режим перевозбуждения), согласно ГОСТ 183 – 66, должна быть не менее =1,65. Статическая перегружаемость гидрогенераторов, согласно ГОСТ 5616 –72, должна быть не ниже =1,7.

Дата добавления: 2014-11-29