Параллельная работа синхронных машин

Синхронные машины, как правило, работают совместно с другими синхронными машинами. Электрические станции объединяются в единую энергетическую систему, и все синхронные генераторы в такой системе подключены через трансформаторы к общим шинам, к которым также через трансформаторы подключены синхронные и асинхронные двигатели. Общими шинами являются высоковольтные линии электропередачи.

Энергетическая система России объединяет большинство электрических станций. Мощность генераторов ОЭС России около 200 ГВт. Она протянулась от северных до южных границ нашей страны и на восемь часовых поясов с востока на запад. В первом приближении ее можно представить в виде эквивалентного синхронного генератора, а нагрузку — в виде эквивалентного сопротивления и эквивалентных асинхронных и синхронных двигателей.

Объединенная энергетическая система позволяет рационально использовать энергетические ресурсы целых районов, обеспечивает экономичную и надежную работу электрических станций. При объединении электрических станций в единую систему обеспечивается экономичное покрытие суточных максимумов нагрузки, а также резервирование и маневрирование агрегатов электростанций. Все электростанции системы управляются с центрального диспетчерского пункта управления.

При исследовании процессов преобразования энергии в синхронных машинах, работающих параллельно с сетью, считается, что сеть имеет бесконечно большую мощность, т.е. ее сопротивление равно нулю и напряжение на выводах генератора остается неизменным при любых режимах работы. Работа отдельной синхронной машины практически не влияет на сеть.

Синхронная машина после подключения к сети работает синхронно с другими машинами. При этом частота вращения синхронных машин определяется числом полюсов. Двухполюсные турбогенераторы имеют частоту вращения п = 3000 об/мин, а частота вращения многополюсных ма- 60/

шин п = — об/мин.

Рассмотрим синхронную машину, работающую вхолостую. При синхронном по отношению к частоте сети вращении ротора ?/(. уравновешивается Е0 (рис. 4.44, а) и в обмотке якоря машины ток /() равен нулю.

Упрощенные векторные диаграммы синхронной машины, работающей параллельно с сетью бесконечной мощности

Рис. 4.44. Упрощенные векторные диаграммы синхронной машины, работающей параллельно с сетью бесконечной мощности:

а — холостой ход; б — режим генератора; в — режим двигателя

Если ротор машины начнет ускоряться, появится АЕ, которая в контуре сеть — машина создает уравнительный ток, и ротор снова займет прежнее положение (рис. 4.44, б). Если ротор замедляется, АЕ изменяет направление и уравнительный ток создает момент, ускоряющий ротор, который возвратит машину в исходное положение (рис. 4.44, в).

Результирующая ЭДС ДЕ создает ток

где хс синхронное сопротивление машины.

Ток определяется сопротивлением машины, так как сеть бесконечной мощности имеет сопротивление, равное нулю. При этом учитывается только индуктивное сопротивление синхронной машины, поскольку активным сопротивлением можно пренеоречь.

В рассмотренном примере момент сопротивления на валу машины Мс был равен нулю. В зависимости от момента на валу при параллельной работе синхронная машина работает в генераторном, двигательном режимах, а при Мс = 0 — в режиме синхронного компенсатора.

Параллельная работа синхронной машины с сетью

Рис. 4.45. Параллельная работа синхронной машины с сетью:

а — генераторный; б — двигательный режимы

В генераторном режиме механическая мощность преобразуется в электрическую. К валу машины приложен момент, который пытается увеличить частоту вращения ротора. Однако, если машина работает в генераторном или двигательном режиме, при параллельной работе возникает противодействующий синхронизирующий момент, удерживающий машину в синхронизме. Поле в воздушном зазоре деформируется (рис. 4.45). Нагрузку машины можно характеризовать электрическим углом 0 между осью поля и осью полюсов. Этот угол принято называть углом нагрузки.

Если пренебречь потерями в машине, можно считать, что отдаваемая в сеть мощность равна мощности, сосредоточенной в воздушном зазоре. Эта мощность называется электромагнитной мощностью Рш.

Она может быть определена из векторной диаграммы (рис. 4.44, б) как

Далее мощность Рм будет определена так же, как функция угла 0.

В двигательном режиме к валу синхронной машины приложен момент сопротивления, и электрическая энергия, забираемая из сети, преобразуется в механическую энергию. При этом

Ось ротора отстает от оси поля (рис. 4.45, б), а угол 0 изменяет знак. Можно считать, что в режиме двигателя направление мощности изменяет знак по сравнению с генераторным режимом. На векторных диаграммах рис. 4.44 это характеризуется изменением угла сдвига тока по отношению к напряжению сети Uc.

При параллельной работе активная электрическая мощность уравновешивается механической мощностью па валу машины, а момент на валу машины уравновешивается электромагнитным моментом. Максимальный момент, развиваемый двигателями, подключенными к сети, определяется током возбуждения и параметрами двигателя.

В режиме синхронного компенсатора Мс = 0 и синхронная машина работает как генератор реактивной мощности, отдавая или потребляя из сети реактивную мощность.

Основным достоинством синхронных машин перед асинхронными машинами является то, что в зависимости от тока возбуждения синхронная машина отдает в сеть или потребляет из сети реактивную мощность. При перевозбуждении синхронная машина является по отношению к сети емкостью, а при недовозбуждении — индуктивностью. Подробно распределение активных и реактивных мощностей в синхронной машине, работающей параллельно с сетью бесконечной мощности, рассмотрено в следующем параграфе.

Для анализа сложных электромеханических процессов во множестве электрических машин, работающих параллельно, энергетическую систему представляют эквивалентным синхронным генератором, эквивалентный ротор которого вращается с частотой сети, а нагрузку — эквивалентным асинхронным двигателем и активным сопротивлением. В энергосистеме в установившемся режиме вырабатываемая мощность расходуется в нагрузке и запасается во вращающихся роторах и виде кинетической энергии и в магнитных полях, причем соблюдается баланс между потребляемой и вырабатываемой мощностями.

При переходных процессах в энергосистеме изменение нагрузки покрывается изменением электрической энергии, вырабатываемой на электростанциях.

В переходных процессах в энергосистеме важное значение имеет запасенная кинетическая энергия синхронно вращающихся масс роторов электрических машин. Стабилизация частоты системы осуществляется путем изменения запасенной энергии. Однако для стабилизации частоты может быть израсходована лишь часть запасенной в энергосистеме энергии.

Потеря 1 млн кВт мощности в энергосистеме через 3—4 с приводит к снижению частоты в энергосистеме примерно на 0,2%. Таким образом, при пос тоянном напряжении в энергосистеме отклонение частоты от номинального значения свидетельствует о недостатке или превышении генерирующей мощности в системе.

Радикальным средством, повышающим устойчивость энергосистемы, является запас установленной мощности на электростанциях и наличие разветвленных электрических сетей с большой пропускной способностью, а также надежная работа электрических машин и трансформаторов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >