Материал: Лекция 23 Параллельная работа синхронных машин

тока при самосинхронизации будет все же меньше, так как, кроме сопротивления генератора, в цепи будут действовать также сопротивления элементов сети (повышающие трансформаторы, линия и т. д.). Кроме того, включение генератора производится при включенном сопротивлении гашения поля, что также снижает величину ударного тока и способствует быстрому затуханию переходных токов.

По действующим в России правилам метод самосинхронизации можно применять в случаях, когда толчок тока не будет превышать 3,5 Iн . В большинстве случаев это условие выполняется. На рис. 7.4 пред-

ставлены кривые, относящиеся к включению в сеть методом самосинхронизации турбогенератора мощностью100мВт.

Синхронные режимы параллельной работы синхронных машин. 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 U const и f const . 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 ra =0. Тогда ток якоря машины определяется так

Изменение реактивной мощности. Режим синхронного ком-

пенсатора. Предположим, что при включении на параллельную работу условия синхронизации возбужденного генератора были соблюдены

в точности, т.е. Uг Uс . Тогда I 0 , т.е. машина не примет на себя никакой нагрузки.

Рис. 7.5. Векторные диаграммы неявнополюсной синхронной машины при работе в режиме компенсатора (а. б) генератора (в) и двигателя (г)

Предположим теперь, что ток возбуждения после синхронизации был увеличен и поэтому E U . Тогда в соответствии с (7.1) (рис. 7.5,

а) возникает ток I , отстающий от U , а также от E и U на 90°. Машина, таким образом, будет отдавать в сеть чисто индуктивный ток и реактивную мощность. Если ток возбуждения уменьшить, так что

E U (рис. 7.5, б), то ток I также будет отставать от U на 90°, но

будет опережать E и U 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 E U синхронная машина называется перевозбужденной, а при E U – 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 загруженная 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, коэффи-

циент 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 дви-

гателя. 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 E забегут вперед на неко-

ис. 7.6. Характер магнитного поля в воздушном зазоре при работе синхронной машины на холостом ходу (а), в режиме генератора (б) и двигателя (в)

мощность машины P mUICos 0 и машина будет работать в ре-

жиме двигателя, потребляя активную мощность из сети (рис. 7.5, г).

Как следует из рис. 7.5, в и г, у генератора вектор U отстает от

вектора E , 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 двигате-

ля – против направления вращения ( < 0). Угол можно назвать

внутренним углом нагрузки. Образование электромагнитного вращающего момента М 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 pмх

– механические потери, pв – потери на возбуждение синхронной ма-

шины, включая потери в возбудителе, рд – добавочные потери от вы-

сших гармоник поля в стали статора и ротора, рмг – основные манит-

ные потери и рэл – электрические потери в обмотке якоря. Для генера-

тора P1 – потребляемая с вала механическая мощность и P2 – отдава-

емая в сеть электрическая мощность, а для двигателя P1– потребляемая из сети электрическая мощность и P2 – развиваемая на валу механичес-

кая мощность. Электромагнитная мощность Pэм передается спомощью

Рис. 7.7. Энергетические диаграммы синхронного генератора (а) и двигателя (б)

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. Механическиепотеривозбудителя включаютсяв потери pмх .

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 дру-

гими синхронными машинами, приключенными к этой сети. Например, при приложении к валу положительного вращающего момента

MCT ротор будет ускоряться и угол нагрузки будет расти от нуля (рис.

7.5, в). Вместе с тем машина начинает нагружаться активной мощностью P и развивать тормозящий электромагнитный момент M . При

новится также баланс между потребляемой с вала механической мощностью, отдаваемой в сеть электрической мощностью и потерями в маши-

не. В случае приложения к валу тормозящего момента MCT (рис. 7.5, г)

угол будет расти по абсолютной величине также до тех пор, пока не восстановитсяравновесиемоментов на валу и балансмощностей.

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