Главная | Обратная связь

При параллельной работе с сетью

 

Важным достоинством синхронных машин перед асинхронными ма­шинами является то, что в зависимости от величины тока возбуждения синхронная машина отдает в сеть или потребляет из сети реактивную мощность, т.е. наряду е потреблением в режиме двигателя или отдачей в сеть в режиме генератора активной мощности машина ведет себя по отношению к сети как емкость или как индуктивность. Ранее было показано, что изменение тока возбуждения при холостом ходе СГ, включенного на параллельную работу, вызывает лишь появление уравнительного реактивного тока и не приводит к изменению активной мощности. Увеличение нагрузки может быть достигнуто только путем воздействия на регулятор подачи топлива первичного двигателя. При рассмотрении угловых характеристик было отмечено, что у нагруженного генератора изменение тока возбуждения приводит к изменению вида угловой характеристики, при этом при определенной нагрузке изменяется угол Ө.

Рассмотрим векторную диаграмму неявнополюсного СГ при и , которая является графическим решением уравнения электрического равновесия (рисунок 8.14)

 

(8.29)

В установившемся режиме работа генератора характеризуется величинами с индексом (I) – и , и Ө₁. На векторной диарамме ток отстает от вектора на угол .

При любом изменении тока возбуждения и соответствующем изменении ЭДС активная мощность , определяемая мощностью приводного двигателя, должна оставаться постоянной. При неизменном напряжении генератора это возможно только при условии постоянства произведения , которое определяет активную составляющую тока нагрузки. На векторной диаграмме этому произведению соответствует отрезок ОС. Отрезок ВС на векторной диаграмме определяет величину и поскольку произведение , а синхронное индуктивное сопротивление x_c также постоянно, то величина отрезка ВС в рассматриваемых условиях остается неизменной.

 

Таким образом, пунктирная линия mn на векторной диаграмме, параллельная вектору напряжения , представляет собой геометрическое место концов вектора ЭДС , а линия d, перпендикулярная вектору , определяет геометрическое место концов вектора при изменении тока возбуждения и неизменной активной электромагнитной мощности.

Рисунок 8.14 – Векторная диаграмма СГ при регулировании реактивной мощности и при постоянной активной нагрузке

Так, при увеличении тока возбуждения ЭДС возрастет до величины , вектор которой перемещается по линии mn вверх. Отрезок, соединяющий концы векторов и определяет падение напряжения , ток статора увеличивается до значения , при этом угол φ увеличивается до значения φ₂, а конец вектора смещается вправо по линии d, располагаясь перпендикулярно к вектору . Если ток возбуждения уменьшается, векторы ЭДС , падение напряжения и тока располагаются так, как показано на рисунке 8.14.

Из диаграммы рисунка 8.14 следует, что хотя при изменении тока возбуждения активная составляющая тока статора не изменяется, изменяется по величине и характеру реактивная составляющая тока статора ; при перевозбуждении (режимы I и 2) синхронный генератор работает с отстающим по отношению к напряжению генератора током (φ>0), при недовозбуждении он работает с опережающей фазой тока (φ<0). В то же время по отношению к сети в режимах 1 и 2 реактивные токи и являются опережающими, емкостными и генератор отдает в сеть реактивную мощность, а в режиме 3 ток является индуктивным и генератор потребляет из сети реактивную мощность. Можно подобрать такое возбуждение генератора (режим 4), при котором вектор тока будет совпадать с вектором напряжения , т.е. он будет чисто активным и угол φ₄=0.

Из диаграммы следует также, что при изменении тока возбуждения изменяется угол Ө; при увеличении возбуждения угол Ө уменьшается, при уменьшении возбуждения – увеличивается. Физически это объясняется следующим образом. При увеличении возбуждения величина ЭДС немедленно возрастает по величине, а угол Ө первоначально не изменяется в силу действия инерционных сил на роторе. Следовательно, возрастает величина ΔE, ток статора и мощность генератора в соответствии с соотношением (8.8). Соответственно возрастает тормозной электромагнитный момент генератора , который становится больше вращающего момента приводного двигателя; ротор получает отрицательное ускорение и угол Ө уменьшается. При этом уменьшаются значения ΔE, sinӨ , I и момент до тех пор, пока не восстановится равновесие тормозного и вращающего моментов. Это означает, что и мощность генератора в новом режиме сохраняет исходное значение. Аналогично можно пояснить процессы при уменьшении тока возбуждения.

В соответствии с векторной диаграммой рисунка 8.14 можно построить V – образные характеристики СГ при = const ≠ 0. Они имеют вид кривых 2,3,4, показанных на рисунке 8.15, причем P₄> P₃> P₂> P₁. Кривая I на этом рисунке соответствует изменению тока возбуждения при холостом ходе (P₁=0).

На каждой из этих характеристик наименьший ток якоря соответствует уровню возбуждения, при котором угол φ=0 . Это чисто активный ток, который и определяет мощность генератора в данном режиме. Сдвиг минимумов V – образных характеристик вправо по мере увеличения нагрузки объясняется увеличением падения напряжения в обмотке статора при увеличении тока. Каждой кривой I_a=ƒ(I_в) на рисунке 8.15 соответствует своя зависимость cosφ= ƒ(I_в), максимум которой совпадает с минимумом V – образной характеристики. Есте

ственно, что при холостом ходе ( =0) угол и зависимость

cosφ= ƒ(I_в) имеет вид прямой линии, совпадающей с осью абсцисс.

Пунктирная линия BF, проходящая через минимумы V -образных характеристик, представляет собой регулировочную характеристику генератора при чисто активной нагрузке. Вправо от нее лежит область перевозбуждения генератора, влево – область недовозбуждения.

Рисунок 8.15 - Y – образные характеристики и зависимости cosφ =f(Iвг) при параллельной работе СГ с сетью

Пунктирная линия BF, проходящая через минимумы V - образных характеристик, представляет собой регулировочную характеристику генератора при чисто активной нагрузке. Вправо от нее лежит область перевозбуждения генератора, влево – область недовозбуждения.

Семейство V - образных характеристик позволяет оценить изменение режима параллельной работы СГ с сетью в процессе изменения активной мощности при постоянном токе возбуждения. Для этого при определенном значении тока возбуждения, например при , проводят вертикальную линию и в точках ее пересечения с кривыми 2, 3, и т.д. определяют, как изменяется ток якоря I_a и cosφ генератора при увеличении нагрузки.

Для каждого синхронного генератора существуют определенные

предельные значения тока возбуждения и тока нагрузки. На рисунке

8.15 они обозначеныпунктирными ограничительными линиями, соответственно х – х и у – у. Эти линии означают, что при мощности, например, можно работать на V -образной характеристике от точки «а» до точки «d» и машина не будет перегружена. Левее точки «a» ток якоря будет больше номинального и будет перегреваться статор, правее точки «d» и ток статора и ток возбуждения больше номинальных и будет перегреваться также обмотка ротора. При нагрузке, равной (кривая 4), обмотка статора не будет греться только при cosφ=1.

В заключение отметим, что на вид V – образных характеристик оказывает влияние величина сопротивления x_c; чем меньше x_c тем острее получаются эти характеристики. Наоборот, чем больше синхронное индуктивное сопротивление генератора x_c, тем более пологий характер имеют V – образные кривые. Связано это с тем, что в первом случае даже незначительные изменения возбуждения вызывают резкое возрастание тока статора, во втором случае при изменении тока возбуждения изменение тока якоря происходит более плавно, что дает преимущества эксплуатационного характера. В то же время синхронные машины с малым сопротивлением x_c имеют большую перегрузочную способность.