Параллельная работа синхронных генераторов с сетью

В настоящее время энергетические системы состоят из параллельно работающих электрических станций, благодаря этому повышается надежность электроснабжения потребителей, передача и распределение энергии уменьшается мощность аварийного и ремонтного резерва и т.д.

Так как на каждой электрической станции, как правило, устанавливается несколько синхронных генераторов, то в энергосистеме работают сотни таких генераторов. Поэтому мощность отдельно взятого синхронного генератора по сравнению с мощностью энергосистемы незначительна. Поэтому при любых изменениях режима работы отдельного синхронного генератора, включенного в энергосистему напряжение сети и частота сети будут оставаться неизменными. При рассмотрении вопросов, связанных с параллельной работой синхронного генератора на сеть, будем считать, что напряжение сети и частота сети остаются неизменными.

Включение синхронного генератора параллельно с сетью

Существует два способа включения генератора параллельно с сетью:

1) Точная синхронизация;

2) Грубая синхронизация (самосинхронизация);

Точная синхронизация

При использовании данного способа стремятся к тому, чтобы не было больших толчков тока в обмотке якоря. Так как эти токи могут вызвать значительные моменты, действующие на якорь и индуктор. А также вызвать большие электродинамические силы, которые могут разрушить отдельные части машины, да и в целом синхронную машину.

Чтобы исключить большие токи (толчки токов), при подключении синхронного генератора параллельно сети должны быть выполнены следующие условия:

1) Напряжение сети и ЭСД генератора должны быть одинаковыми;

2) Частота сети и частота генератора должны быть одинаковыми;

3) Вектора напряжения сети и ЭДС генератора должны находится в противофазе;

4) Чередование фаз сети и генератора должны быть одинаковы;

 

 

LECTION #6

Первое условие

Первое условие выполняется следующим образом: изменяя ток возбуждения синхронного генератора устанавливает величину ЭДС Е0 в обмотке генератора равному напряжению сети.

Напряжение сети и ЭДС генератора Е0 осуществляют с помощью вольтметров, включённых в сеть и в обмотку якоря генератора, что видно на (рис. 3.38 методичка).

Все остальные условия включения генератора на параллельную работу выполняются с помощью синхроноскопа (рис. 3.38 методичка).

Простейшим таким синхроноскопом является ламповый синхроноскоп, состоящий из трех ламп, включенных по специальной схеме (лампы 1,2,3).

При отключённом выключателе Q синхронный генератор работает в режиме холостого хода и между контактами этого выключателя действует разностное ЭДС ∆𝑈 = 𝑈_𝑐 + 𝐸₀ (64). Если бы частота вращения индуктора синхронного генератора была постоянной и равной номинальной, то частота индуцируемой ЭДС Е0 равнялась бы напряжению сети (частоте напряжения). И вектора напряжения сети и ЭДС Е0 вращались бы с одинаковой угловой частотой. А ∆U была бы постоянной. В действительности частот вращения генератора нельзя сделать постоянной и частоты напряжения сети Uc и ЭДС Е0 несколько отличается друг от друга. Поэтому вектора у сети и Е0 перемещаются относительно друг к другу с некоторой разностной угловой частотой ∆𝑊 = 𝑊_𝑐 − 𝑊_Г = 2𝜋(𝑓_𝑐 − 𝑓_г) (65). В следствии этого изменяется и ∆U от нуля до двукратной величины напряжения сети. В следствии этого изменяется напряжение на лампах лампового синхроноскопа.

Они будут одновременно загорятся или гаснуть.

Наиболее благоприятное включение синхронного генератора параллельно с сетью в момент, когда лампы лампового синхроноскопа одновременно погаснут. В этом случае ∆U равна нулю, а вектора напряжения и ЭДС генератора будут находится в противофазе. В этом случае при ∆U равном нулю ток в обмотке якоря также

∆𝑈 равен нулю 𝐼₁ = −𝑗 _𝑋 синх = 0 (66).

Равенство частот fсети и fгенер можно установить изменением частоты вращения приводного двигателя (рис.

3.38 методичка). А контроль осуществляет с помощью частотомера. Лампы лампового синхроноскопа гаснут при напряжении примерно равном 30-60% от номинального напряжения, поэтому для того чтобы более точнее подобрать время замыкания выключателя Q в него включают дополнительный вольтметр, который получил название нулевого вольтметра. Стрелки этого вольтметра медленно колеблются в соответствии с потуханием и загоранием ламп и покажет ноль, когда напряжение между клеммами, например, А’A” покажет ноль. Это момент замыкания рубильника выключателя Q и подключение генератора параллельно с сетью.

Такой способ подключения генератора на сеть получил название включение на потухание.

С помощью лампового синхроноскопа проверяют чередование фаз сети и генератора. Если лампы лампового синхроноскопа одновременно гаснут или загораются, то чередование фаз правильное.

Если чередование фаз неодинаковое лампы лампового синхроноскопа одновременно не загораются и не гаснут. Для того чтобы выполнить данное условие необходимо изменить чередование фаз, либо в сети, либо в генераторе.

Второе условие

Выполняя точную синхронизацию оказывается, что для ее выполнения затрачивается достаточно большое время (до 10 минут), для того что бы уменьшить это время используют грубую синхронизацию (самосинхронизацию).

Суть этого способа: при разомкнутой обмотке якоря и невозбужденном генераторе, с помощью приводного двигателя раскручивают индуктор до синхронной частоты вращения. Затем подают питание на обмотку якоря и одновременно подают питание на обмотку возбуждения. Изменяют ток в обмотке возбуждения и регулируют его таким образом, чтобы ток в обмотке якоря стал минимальным. После окончания переходного процесса синхронный генератор работает параллельно с сетью в синхронном режиме. Недостатком данного способа является существенный бросок тока в обмотке якоря. При первом включении генератора на сеть обязательно необходимо проверить чередование фаз в сети и в генераторе. Было отмечено что до включения синхронного генератора в сеть его частота вращения не постоянна, а после включения частота вращения генератора постоянна, то есть синхронный генератор держится в синхронизме. Рассмотрим, почему это так происходит.

1) Пусть по какой-то причине индуктор получил ускорение, тогда вектор ЭДС Е0 начинает вращаться в сторону положительного вращения векторов (рис. 3.40 левый, методичка). В результате этого появится разностная ЭДС ∆U, которая вызовет появление тока в обмотке якоря I1 (например, (61)). Так как активное сопротивление в обмотке якоря по сравнению с индуктивным сопротивлением маленькое, тогда ток в обмотке якоря индуктивный, он отстает от вектора ∆U на угол 90 градусов. А по отношению к вектору ЭДС Е0 отстает на угол Ψ. Угол Ψ меньше 90 градусов. В следствии этого появится электромагнитная мощность Р_эм = 𝑚𝐸₀𝐼₁ cos 𝜓 > 0 (67), которая создаст электромагнитный момент. Этот момент будет тормозным и синхронный генератора будет работать в режиме генератора.

 

В результате действия тормозного момента в генераторном режиме, этого момент будет притормаживать вращение индуктора и вернет его в состояние синхронизма.

 

2) По какой-то причине дадим замедление индуктора. В результате этого, как видно из векторной диаграммы

(рис. 3.40 правый, методичка). Вектор ЭДС Е0 будет вращаться по часовой стрелке, появится разностное ЭДС ∆U, которая вызовет протекание тока в обмотке якоря равного (66). И который по отношению к ∆U будет отставать из-за своего индуктивного характера по отношению к ∆U. А при этом по отношению к вектору ЭДС Е0 угол Ψ будет больше 90 градусов. При этом возникнет электромагнитная мощность (67), которая вызовет появление электромагнитного момента. Этот момент будет ускоряющим, то есть двигательным. И синхронная машина будет в режиме двигателя.

 

Этот момент будет ускорять вращение индуктора и доведет его до синхронной частоты вращения. Машина будет работать в режиме синхронизма.

 

Активная мощность, электромагнитный момент. Регулирование активной мощности. Угловые характеристики синхронного генератора, работающего параллельно с сетью.

Активная мощность синхронного генератора, работающего параллельно с сетью можно регулировать изменением вращающего момента на его валу. Изменение вращающего момента можно осуществлять изменением тока возбуждения двигателя постоянного тока. Изменением подачи воды, или пара в турбину и т.д.

Исходя из энергетической диаграммы, преобразование активной мощности синхронного генератора полезная мощность — это электромагнитная мощность минус электрические потери в обмотке якоря 𝑃_𝑐 = Р_эм − Р_эа =

𝑚𝑈₁𝐼₁ cos 𝜑 (68).

Так как электрические потери в обмотке якоря малы по сравнению с полезной мощностью, ими можно пренебречь и считать, что эти мощности примерно одинаковы 𝑃₂ ≈ Р_эм = 𝑚𝐸₀𝐼₁ cos 𝜑 (69).

В дальнейшем будем считать, что 𝑃₂ ≈ 𝑃_эм = 𝑃 (70).

Для определения активной мощности момента и угловых характеристик синхронного генератора, работающего параллельно с сетью рассмотрим два случая:

1) Для неявнополюсного синхронного генератора; 2) Для явнополюсного синхронного генератора;

Неявнополюсный синхронный генератор

Для простоты используем неявнополюсный синхронный генератор с ненасыщенной магнитной системой, для такого генератора можно построить векторную диаграмму напряжений, ЭДС и токов, которая представлена на (рис. 3.41 методичка). На векторной диаграмме совместно построена векторная диаграмма векторных потоков (пространственная векторная диаграмма). На основании Ф_рез = Ф_в + Ф_синх (71). Фсинх создается потоком якоря и при ненасыщенной магнитной системе он совпадает с направлением тока I1Ю Вектор потока Фв откладывается в сторону опережения к вектору Е0. Фрез откладывается под углом 90 градусов в сторону опережения по отношению к вектору напряжения U1. Вектор Фсинх откладывается параллельно току I1.

Из точки А опустим перпендикуляр на вектор Е0, получим треугольник АВС, из этого треугольника найдем cos Ψ.

cos 𝜓 = 𝐴𝐵 = 𝑈^{1 sin𝜃} (72)

𝐴𝐶 𝑰𝟏𝒙синх

Катет АВ найдем через треугольник ОАВ АВ = 𝑈₁ sin 𝜃 (73).

Запишем выражение для активной мощности 𝑃 = 𝑚𝐸₀𝐼₁ cos 𝜑 = 𝑚 _𝑥𝑈синх^1𝐸0 sin 𝜃 (74). Выражение для активной мощности неявнополюсного синхронного генератора, где θ называется угол нагрузки. Этот угол можно объяснить двояко:

1) С точки зрения векторной диаграммы напряжений, это угол между вектором ЭДС Е0 и вектором напряжения U1;

2) С точки зрения пространственной векторной диаграммы потоков, угол θ это пространственный угол между осью полюсов индуктора и осью результирующего магнитного поля.

Для того что бы изменить активную мощность генератора, отдаваемую в сеть, нужно при U1= const, Е0= const изменять угол θ.

В синхронном генераторе результирующий магнитный поток остается неизменным, а изменение угла θ достигается поворотом индуктора относительно этого результирующего магнитного потока. Если необходимо увеличить активную мощность, отдаваемую генератору, то для этого надо увеличить угол нагрузки θ, что достигается перемещением индуктора относительно результирующего магнитного поля. За счет дополнительного внешнего момента, приложенного извне к его валу.

Выведем аналитическое выражения для электромагнитного момента

𝑀 = Р ^эм = ^{𝑚𝐸0𝑈1} sin 𝜃 (75). В зависимости активной мощности электромагнитного момента при U1,

Ω1 Ω1𝑥синх

E0, f1 = const, называется угловыми характеристиками активной мощности и электромагнитного момента (рис. 3.42 методичка).

Так как выражение для Р и М пропорционально углу θ, носят синусоидальный характер.

Θ для номинального режима составляет 20-30 градусов. При θ=π/2 мощностный момент достигает

максимального значения и равно 𝑃_𝑚𝑎𝑥 ⁼ 𝑚 _𝑥𝑈синх^1𝐸0 , М_𝑚𝑎𝑥 ⁼ _Ω ^𝑚1^𝑈_𝑥¹синх^𝐸0 (76). Отношение 𝐾_п ^{= Р}_𝑃 ^𝑚𝑎𝑥 ном =

𝑀 𝑚𝑎𝑥

(77) называется статической перегружаемостью работающего параллельно с сетью.

𝑀ном

Увеличить активную мощность можно двумя способами: 1) Увеличением ЭДС Е0, увеличением тока синхронного генератора; 2) Увеличением индуктивного сопротивления.

Для увеличения активной мощности и уменьшения Xсинх воздушный зазор необходимо увеличивать. Рассмотрим статическую устойчивость синхронного генератора на примере неявнополюсного синхронного генератора. Для этого воспользуемся угловой характеристикой синхронного генератора, а также механической характеристикой приводного двигателя (рис. 3.42 методичка).

Точка А и В это точки устойчивой работы синхронного генератора, работающего параллельно с сетью. Определим какая из точек А или В обеспечивает устойчивую работу и неустойчивую работу синхронного генератора.

Рассмотрим точку В. Придадим индуктору некоторое ускорение, при этом увеличивается угол θ и синхронный генератор переходит в точку В”, в этой точке имеет место электромагнитный момент синхронного генератора, который оказывается меньше момента приводного двигателя. В этой точке индуктор будет ускорятся и угол θ будет увеличиваться, значит индуктор не вернётся в точку В. Вернемся в точку В, дадим замедление индуктору. Замедление индуктора приведет к уменьшению θ, попадем в точку В’. В этой точке тормозной момент больше чем двигательный. Индуктор будет замедлятся. Исходя из данного уравнения индуктор будет замедлятся и угол θ будет уменьшатся.

Индуктор не вернётся в точку В.

Рассмотрим точку А. Дадим замедление индуктору, это приведет к уменьшению угла θ. И генератор попадет в точку А”. В этой точке тормозной момент синхронного генератора будет меньше чем момент приводного двигателя, значит индуктор будет ускорятся и угол θ будет увеличиваться.

Генератор вернётся в точку А.

Придадим ускорение индуктору, это приедет к увеличению угла θ, генератор попадет в точку А’. В этой точке тормозной момент будет больше чем двигательный момент, индуктор будет замедлятся, угол θ будет уменьшатся. Генератор вернется в точку А.

Таким образом исходя из двух положений синхронного генератора видно что точка В является неустойчивой точкой, а точка А является устойчивой работы синхронного генератора параллельно с сетью.

При вращении мощности, или момента от приращении угла нагрузки должны иметь одинаковый

∆𝑃 ∆𝑀

знак > 0, > 0 (78). ∆𝜃 ∆𝜃

Продифференцируем выражения для электромагнитного момента и активной мощности по углу

нагрузки. 𝑑𝜃𝑑𝑃 ⁼ 𝑚х𝑈^1𝐸0 cos 𝜃 = Р_синх^{, 𝑑}_𝑑𝜃^{М =} _Ω^𝑚1^𝑈_х¹синх^𝐸0 cos 𝜃 = 𝑀_синх (79) – называются удельная

синх

синхронизирующая мощность и электромагнитная мощность. Они характеризуют способностьсинхронной машины удерживаться в синхронизме, при той, или иной нагрузке. При угле θ равным нулю, эти мощности достигают максимального значения и синхронный генератор работает устойчиво. При θ = π/2 мощности равны нулю. Синхронный генератор работает неустойчиво.

 

LECTION #7

Активная мощность, электромагнитный момент. Регулирование активной мощности. Угловые характеристики синхронного генератора, работающего параллельно с сетью. Явнополюсный синхронный генератор.

Используем векторную диаграмму (рис. 3.43 методичка). Выражение для активной мощности

𝑃 = 𝑚𝑈₁𝐼₁ cos 𝜑 = 𝑚𝑈₁𝐼₁ cos(𝜓 − 𝜃) = 𝑚𝑈₁𝐼₁(cos 𝜓 cos 𝜃 + sin 𝜓 sin 𝜃) = 𝑚𝑈₁(𝐼_1𝑞 cos 𝜃 + 𝐼_1𝑑 sin 𝜃)

(80).

Согласно векторной диаграмме заменим угол φ на угол Ψ и θ.

Для определения токов I1d и I1q используем векторную диаграмму. Вектора (...) спроектируем на Е0 с одной стороны, а с другой стороны на вектор I1d.

𝐸₀ = 𝐼_1𝑑𝑋_𝑑 + 𝑈₁ cos 𝜃

𝐸₀ − 𝑈₁ cos 𝜃

𝐼_1𝑑 =

𝑋_𝑑

𝐼_1𝑞𝑋_𝑞 = 𝑈₁ sin 𝜃

𝐼1𝑞 = 𝑈L 66scM+tH/qBhGyslJRwyNFDH2GVah7Imh2HmO2LxDr53GEX2lbY9jlLuWj1PkoV22LB8qLGjdU3l cXtyBt5GHFf36cuwOR7W5+/dw/vXJiVjbm+m1TOoSFP8D8MvvqBDIUx7f2IbVGtAhsS/K95iLmov mUfQRa4v0YsfAAAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAA AAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAA AAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAE1oxkh6AgAAWQYAAA4AAAAA AAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhACwj57PZAAAAAgEAAA8A AAAAAAAAAAAAAAAA1AQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAADaBQAAAAA= "> 1𝑥sin𝑞 𝜃 (81)

Подставим полученные значения в выражение для активной мощности и сделаем преобразование, получим 𝑝 = 𝑚 𝑈^1𝐸0 sin 𝜃 + ^{𝑚 𝑈12} (¹ − ¹ ) sin 2𝜃 = 𝑝^′ + 𝑝" (82). Как видно из данного выражения, для

𝑥𝑑 2 𝑥𝑞 𝑥𝑑

явнополюсной синхронной машины активная мощность состоит из двух составляющих. Первая составляющая зависит от Е0, а значит зависит от тока возбуждения. Вторая составляющая от тока возбуждения не зависит, она возникает в результате разности синхронных индуктивных сопротивлений. В неявнополюсной синхронной машине, в которой Xd=Xq вторая составляющая отсутствует.

В синхронной машине магнитный поток создается МДС якоря. Этот поток замыкается по пути наименьшего магнитного сопротивления, то есть вдоль оси полюсов. В следствии чего индуктор синхронно вращается с магнитным полем. При номинальном возбуждении, амплитуда второй составляющей составляет примерно 20-35% от амплитуды первой составляющей.

Для явнополюсной синхронной машины можно получить выражение для электромагнитного

𝑃 ^′ + 𝑀" (83). Первая составляющая пропорциональна синусу угла θ и изменяется момента 𝑀 == 𝑀

Ω1

по синусоидальному закону (рис. 3.44 методичка). Вторая составляющая момента изменяется с двойным углом нагрузки 2*θ. В зависимости Р функции θ, M функции θ, при U1==const, f=const – эти величины получили название угловых характеристик, угловых мощности и момента для явнополюсной синхронной машины.

Вторая составляющая получила название реактивного момента. Максимальное значение мощности или момента обеспечивается при угле θ меньше π/2. Если взять производную активной мощности и электромагнитного момента функции угла нагрузки, то можно получить так называемые удельные синхронизирующие активные мощности и электромагнитный момент.

Угловая характеристика реактивной мощности

Если синхронный генератор работает параллельно с сетью, то на ряду с изменением активной мощности будет изменятся и реактивная мощность. Зависимость реактивной мощности функции угла нагрузки при U1=const, E0=const, f1=const называется угловая характеристика реактивной мощности. Выведем аналитическое уравнение для реактивной мощности, заменим угол φ на угол θ, согласно векторной диаграмме (рис. 3.43, методичка) 𝑄 = 𝑚𝑈₁𝐼₁ sin 𝜑 = 𝑚𝑈₁𝐼_! sin(𝜓 − 𝜃) =

𝑚𝑈₁𝐼₁(sin 𝜓 cos 𝜃 − cos 𝜓 sin 𝜃) = 𝑚𝑈₁(𝐼_1𝑑 cos 𝜃 − 𝐼_1𝑞 sin 𝜃) (85). Если использовать для данного выражения, полученные значение (81) и подставив в (85), сделать преобразования, то можно

получить значение для реактивной мощности 𝑄 = 𝑚 𝑈^1𝐸0 cos 𝜃 + ^{𝑚 𝑈12} (¹ − ¹ ) cos 2𝜃 − ^𝑚𝑈12 (¹ + ¹ )

𝑋𝑑 2 𝑥𝑞 𝑥𝑑 2 𝑥𝑞 𝑥𝑑

(86).

Угловая характеристика по функции θ показана на (рис. 3.45 методичка).

При угле θ равным нулю, реактивная мощность достигает максимального значения

𝑄_𝑚𝑎𝑥 = 𝑚 𝑈¹⁽_𝑥^𝐸𝑑^0−𝑈1) (87). Если Е0 больше U1 то Qmax больше нуля, реактивная мощность отдается в сеть. При увеличении угла нагрузки θ реактивная мощность уменьшается и при некотором значении угла θ меняет свой знак. Это говорит о том, что реактивная мощность теперь потребляется из сети. Регулирование реактивной мощности. V-образные характеристики синхронного генератора работающего параллельно с сетью

Рассмотрим, как в синхронном генераторе работающим параллельно с сетью регулировать реактивную мощность при условии неизменности напряжения, неизменности частоты и неизменности активной мощности. Необходимо запомнить – реактивная мощность в синхронном генераторе, работающем параллельно с сетью, регулируется током возбуждения синхронного генератора. Рассмотрим данное регулирование на примере неявнополюсного синхронного генератора для двух случаев:

1) Р=0 (холостой ход);

2) Наличие нагрузки (Р=const); Первый случай

Для этого воспользуемся (рис. 3.46, 3.47 методичка). Когда синхронный генератор включен на параллельную работу с сетью, то вектора напряжения сети и ЭДС генератора находятся в противофазе. (рис. 3.46 левый, методичка) в этом случае разностное ЭДС ∆U отсутствует, отсутствует ток в обмотке якоря. Это достигалось, как известно регулированием тока возбуждения в синхронной машине. И тогда генератор работает в точке 1, что видно на (рис. 3.47 методичка). Необходимо отметить, что полученная точка это теоретическая точка. В действительности добиться этой точки нельзя. Регулируя ток возбуждения, можно добиться некоторого минимального значения тока якоря, при котором коэффициент мощности может быть равен единице.

Из данного равновесного состояния увеличим ток возбуждения. Увеличение тока возбуждения приведет к тому, что ЭДС в обмотке якоря Е0 увеличится (рис. 3.46 средний, методичка). Увеличение этой ЭДС приведет к тому, что появится разностная ЭДС, а значит по обмотке якоря потечет ток I1 𝐼₁ =

∆𝑈

−𝑗 𝑥 синх (88). Что соответствует точке 2, (рис. 3.47 методичка). В этом случае ток I1 будет отставать от ∆U и Е0 на угол Ψ равным 90 градусов. При этом электромагнитная мощность будет равная нулю. Значит генератора производит только реактивную мощность, которая в режиме генератора будет отдаваться в сеть. Если из равновесного состояния уменьшить ток возбуждения, то уменьшится ЭДС

Е0, появится разностная ЭДС ∆U, которая вызовет ток в обмотке якоря. Приведет к тому что генератор работает в точке 3. В этом случае, ток якоря I1 отстает от разностной ЭДС и опережает ЭДС Е0 на угол 90 градусов (рис. 3.46 правый, методичка). В этом случае, активная мощность равна нулю, меняет свое направление и теперь реактивная мощность потребляется из сети.

Как видно, из (рис. 3.47 методичка) ток в обмотке якоря возрастает. Анализируя имеющиеся векторные диаграммы видно, что при увеличении тока возбуждения генератор работает с перевозбуждением. Из данной векторной диаграммы, при перевозбуждении (рис. 3.46 средний, методичка) синхронный генератор работает с отстающим током. А при недовозбуждении (рис. 3.46 правый, методичка) ток опережает ЭДС Е0 и работает с опережающим током.

Зависимость I1 функции возбуждения при U1=const, f=const, P=const называется V-образной характеристикой

(рис. 3.47 методичка). Объяснить данную характеристику можно из постоянства магнитного потока, сцепленного с обмоткой якоря. Магнитный поток должен оставаться неизменным. Так как, 𝑈₁ ≈ 𝐸₀ =

4,44𝑓𝑊₁𝐾_об1Ф_м~Ф_м (89).

Если увеличить ток возбуждения, то увеличится поток возбуждения. Чтобы результирующий магнитный поток остался неизменным, в синхронной машине должна возникнуть продольная размагничивающая реакцияякоря. Которая появится в ней при отстающем токе якоря. Поэтому при увеличении тока возбуждения увеличивается отстающий ток якоря. При уменьшении тока возбуждения уменьшается поток возбуждения, для того что бы результирующий магнитный поток оставался неизменным, в синхронном генераторе должна появится продольная подмагничивающая реакция якоря, которая создаст опережающий ток якоря. Значит при уменьшении тока возбуждения должен увеличиваться опережающий ток якоря.

Второй случай

Для этого используем (рис. 3.48, 3.49 методичка).

Воспользуемся векторной диаграммой (рис. 3.48 методичка). На валу синхронного генератора создана некоторая нагрузка, то генератор будет работать в точке 1, при некоторой величине тока возбуждения и с минимальным током якоря. Этому состоянию работы синхронной машины будет соответствовать режим, который показан на (рис. 3.48 методичка).

Рассмотрим работу на примере неявнополюсного синхронного генератора с ненасыщенной магнитной системой. Используя основное уравнение напряжения 𝐸₀ = 𝑈₁ + 𝑗𝐼₁𝑋_синх (90). Определим ЭДС Е0, для точки 1.

Векторно сложив два вектора получим ЭДС Е01.

По условию активная мощность при регулировании тока возбуждения должна оставаться неизменной. Тогда

𝑃 = 𝑚𝑈₁𝐼₁ cos 𝜑 ≡ 𝐼_1𝑎 ≡ 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 (91), с другой стороны активная мощность 𝑃 = 𝑚 _𝑥𝑈синх^1𝐸0 sin𝜃 ≡ 𝐸₀ sin 𝜃 ≡ 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

(92). Исходя из данных выражений, для поддержания реактивной мощности необходимо с одной стороны поддерживать неизменность активной составляющей тока якоря, а с другой стороны неизменность произведения Е0 на sin(θ).

Увеличим ток возбуждения. Это приведет к увеличению ЭДС Е0. При этом ток в обмотке якоря увеличится и генератор попадет в точку 2. Ток в обмотке якоря будет отстающим, относительно этого тока построим и определим ЭДС Е02.

Вернувшись в точку 1, уменьшим ток возбуждения. Это приведет к уменьшению ЭДС Е0, а ток якоря увеличился. Генератор попал в точку 3. Генератор будет работать при опережающем токе якоря. Тогда для этого тока определим ЭДС Е03.

Значит рассуждения, которые были сформулированы при Р равным нулю, остаются точно такими же и для случая работы генератора под нагрузкой Р=const. Соединив точки 1-2-3, зависимость функции Iв называется Vобразная характеристика.

При изменении тока возбуждения меняется ток якоря, значит изменение тока возбуждения также приводит к

𝑃 изменению коэффициента мощности cos 𝜑 = (93) вплоть до единицы. Уменьшение коэффициента

𝑚𝑈1𝐼1

мощности при изменении тока возбуждения связано с перетоком реактивной мощности между сетью и генератором.

Если на валу синхронного генератора изменить нагрузку, то тогда можно получить V-образную характеристику, аналогичную предыдущем, только при измененной мощности. Эта характеристика будет находится выше предыдущей (рис. 3.50 методичка). Из графика видно, что точка минимума тока якоря, в который cos(φ)=1 смещается вправо, при увеличении мощности Р. Это связано с увеличением падения напряжения на Хсинх. Что бы уравновесить это падение напряжение, нужно увеличивать ЭДС Е0, а значит ток возбуждения.

Рассматривая семейства V-образных характеристик надо выделить следующие области работы синхронного генератора параллельно с сетью.

1 – область полного возбуждения, в этой области генератор может работать при cos(φ)=1 при условии, что отсутствует переток.

2 - перевозбуждение. В этой области генератор работает с отстающем током якоря, с размагничивающей реакцией якоря и реактивной мощностью, которая отдается в сеть.

3 – область недовозбуждения. В этой области генератор работает с опережающим током якоря. Реакция якоря подмагничивающая и реактивная мощность потребляется из сети.

4 – область выпадения из синхронизма. Можно так заставить работать синхронный генератора, при уменьшении тока возбуждения, что генератор попадет в область выпадения из синхронизма. Это значит, генератор работает в асинхронном режиме, то есть частота вращения магнитного поля и частота вращения индуктора не одинаковы. Этот режим сопровождается существенным увеличением тока в обмотке якоря, что приведет к существенному нагреву синхронной машины.

V-образные характеристика как для явнополюсных синхронных генераторов, так и для неявнополюсных имеют один и тот же вид.

 

LECTION #8