Регулювання активної потужності. Режими генератора і двигуна

Із викладеного вище випливає, що зміна струму збудження не викликає появи активного навантаження або його зміни. Для того, щоб включена на паралельну роботу синхронна машина взяла на себе активне навантаження та працювала у режимі генератора, необхідно збільшити обертальний механічний момент на валу, збільшивши, наприклад, надходження води або пари у турбіну.

Тоді рівновага моментів на валу порушиться, ротор генератора, а відповідно і вектор ЕРС генератора Е змістяться вперед відносно вектора напруги U на деякий кут θ, який називається кутом навантаження (рис. …,в). При цьому виникає струм I, який як і раніше відстає від ΔU=E-U на 90˚. Але, як видно з рис. …,в, у даному випадку кут φ перебуває у межах -90˚<φ<90˚ і

P=m U I cos φ>0

тобто машина віддаватиме активну потужність у мережу.

Якщо ж, навпаки, пригальмувати ротор машини, створивши на його валу механічне навантаження, то ЕРС Е буде відставати від напруги U на деякий кут θ, струм I відставатиме від U на кут 90˚<φ<270˚. При цьому потужність машини P=m U I cos φ<0 і машина працюватиме у режимі двигуна, споживаючи активну потужність з мережі (рис. …,г).

Як слідує з рисунка …,в та г у генератора вектор напруги U відстає від вектора ЕРС Е, а у двигуна – навпаки. Кут навантаження θ у першому випадку у першому випадку вважається позитивним, а у другом – негативним.

Характер магнітного поля у повітряному зазорі між статором і ротором у режимах генератора та двигуна зображений на рисунку…. У генератора вісь полюсів зсунута відносно осі магнітного потоку на поверхні статора на кут θ_δ уперед за напрямом обертання (θ_δ >0), а у двигуна – проти напряму обертання (θ_δ <0). Кут θ_δ між векторами E та E_δ (рис. …) називається внутрішнім кутом навантаження. Створення електромагнітного обертального моменту М та напрям його дії можна пояснити також тяжінням магнітних ліній, користуючись рисунком….

Перетворення енергії у синхронних машинах нормальної конструкції, з обертовим індуктором та збудником на загальному валу, ілюструється енергетичними діаграмами рис..., де Δp_мех – механічні втрати, Δp_з – втрати на збудження синхронної машини, виключаючи втрати у збуднику, Δp_д – додаткові втрати вищих гармонік у сталі статорі і ротора, Δp_маг – основні магнітні втрати, Δp_ел – електричні втрати у обмотці якоря. Для генератора P₁ – споживана з вала механічна потужність, а P₂ – електрична потужність, що віддається у мережу; для двигуна P₁ - споживана з мережі електрична потужність, а P₂ - механічна потужність на валу. Електромагнітна потужність P_ем передається за допомогою магнітного поля з ротора на статор у режимі генератора та у зворотному напрямі – у режимі двигуна. Додаткові втрати покриваються за рахунок механічної потужності на роторі. Механічні втрати збудника включаться до втрат Δp_мех.

Вельми важливо відмітити, що при зміні обертального або гальмівного механічного моменту на валу синхронна машина має властивість саморегулювання та здатність до відомих меж оберігати синхронізм, тобто синхронне обертання з іншими синхронними машинами, підключеними до цієї мережі. Наприклад, коли до вала прикладено позитивний обертальний момент M_ст, ротор буде прискорюватись і кут навантаження буде збільшуватись від нуля (рис. …,в). Разом із тим машина почне завантажуватись активною потужністю Р та розвиватися гальмівний електромагнітний момент М. При цьому величини θ, P та M будуть зростати до тих пір, поки не настане рівновага моментів M_ст =M на валу. Одночасно із цим відновиться також баланс між споживаною з вала механічною потужністю, електричною потужністю, що віддається у мережу та втратами у машині. У випадку прикладення до вала гальмівного моменту M_ст (рис. …,г) кут θ буде збільшуватись по абсолютній величині до тих пір, поки не відновиться рівновага моментів на валу, та баланс потужностей.

Все викладене вище є дійсним також і для явнополюсної машини лише із тією різницею, що діаграми рис. …, в та г будуть дещо складнішими.

Дата добавления: 2015-07-13