Угловая характеристика. Синхронизирующая мощность. Регулирование реактивной мощности

Переходя к изучению характеристик синхронных машин, работающих параллельно с сетью бесконечной мощности, следует иметь в виду, что они принципиально отличаются от характеристик автономной синхронной машины.

Векторная диаграмма синхронной машины при параллельной работе с сетью

Рис. 4.48. Векторная диаграмма синхронной машины при параллельной работе с сетью

Векторная диаграмма нсявнополюсной синхронной машины при параллельной работе с сетью бесконечной мощности при синусоидальном поле в зазоре показана на рис. 4.48. Особенностью векторной диаграммы синхронной машины при параллельной работе с сетью является постоянство напряжения, так как напряжение сети не изменяется ни при каких изменениях в режиме работы машины.

Из векторной диаграммы для ненасыщенной машины

Подставляя значение cosy в выражение для Рэм, получаем

Соответственно электромагнитный момент

Электромагнитная мощность и электромагнитный момент зависят от U, Е0, хс и угла 0. Из векторной диаграммы очевидно, что угол 0 — это угол_между Е0 и U, а также между Ff и результирующей МДС Ёр или угол между осью полюса и максимумом результирующего потока. Временному сдвигу на векторной диаграмме соответствует пространственный сдвиг между осью результирующего поля машины и осью полюсов (см. рис. 4.45). Угол 0 определяет активную мощность машины и называется углом нагрузки.

По формуле (4.74) может быть построена угловая характеристика Р;)М = =/(0) (рис. 4.49). Из угловой характеристики следует, что максимум электромагнитной мощности имеет место при 0 = 90°:

Угловая характеристика неявнополюсной синхронной машины

Рис. 4.49. Угловая характеристика неявнополюсной синхронной машины

и соответственно максимальный электромагнитный момент

Максимальная электромагнитная мощность Рт шах определяет предел статической устойчивости машины, т.е. се способность оставаться в синхронизме. Увеличение нагрузки за пределом статической устойчивости приводит к выпадению машины из синхронизма.

На угловой характеристике от угла 0, равного нулю, до 0 = 90° расположена устойчивая часть характеристики, а в пределах угла от 90 до 180° — неустойчивая часть характеристики.

Работа синхронной машины устойчива, если положительному (отрицательному) приращению ДО соответствует положительное (отрицательное) приращение Рям, т.е.

Полнее это характеризует удельная синхронизирующая мощность, — первая производная Рэм по углу (Вт/рад):

Зависимость синхронизирующей мощности от угла 0 показана на рис. 4.49 штриховой линией. Синхронизирующая мощность удерживает машину в синхронизме. Она обеспечивает упругую связь машины с сетью.

Синхронизирующая мощность максимальна, когда Рт = 0. Когда машина находится на пределе статической устойчивости, т.е. электромагнитная мощность равна своему максимальному значению, Рс = 0. Если запас синхронизирующей мощности равен нулю, машина выпадает из синхронизма и перестает работать как синхронный генератор. При выпадении из синхронизма о)р ^ сос и наступает асинхронный режим. В асинхронном режиме синхронной машины должно быть снято возбуждение и этот режим для синхронных машин допускается кратковременно.

Номинальная нагрузка синхронных генераторов обычно рассчитывается при угле 9 ~ 204-30°. Поэтому кратковременно машина может работать при 1,5—2-кратном увеличении нагрузки, не выпадая из синхронизма. Отношение

р

  • 1 эм max о
  • -- называется статическом перегружаемостью синхрон-

* эм. ном

ной машины. Статическая перегружаем ость

Ej_T

ГДО v *K. HOM*

Л(1

Выражение (4.79) получено при условии, что сопротивление обмотки якоря равно нулю и не учитывается насыщение.

Статическая перегружаемость турбогенераторов мощностью до 300 МВт должна быть не менее 1,7, а для турбогенераторов мощностью 500-И200 МВт — не менее 1,6. Статическая перегружаемость гидрогенераторов — нс ниже 1,7.

Статическая перегружаемость тем больше, чем больше ОКЗ, т.е. чем меньше хj или чем больше воздушный зазор.

Чтобы регулировать активную мощность синхронного генератора при параллельной работе его с сетью, необходимо изменять момент на его валу.

Регулирование реактивной мощности в энергосистемах имеет такое же важное значение, как и активной мощности. Реактивная мощность необходима для создания магнитных полей в электротехнических устройствах энергосистемы, и распределение се в установившихся и переходных процессах во многом определяет устойчивую работу энергосистемы.

Поле в синхронной машине, работающей параллельно с сетью, создается обмоткой возбуждения и реактивными токами, протекающими в обмотке якоря. Результирующее поле, как это очевидно из векторной диаграммы рис. 4.48, определяется МДС обмотки якоря и обмоткой возбуждения. При изменении тока в обмотке, возбуждения изменяется Е0, что приводит к изменению реактивного тока, замыкающегося в контуре сеть — машина.

Векторные диаграммы при регулировании реактивной мощности

Рис. 4.50. Векторные диаграммы при регулировании реактивной мощности

При увеличении тока в обмотке возбуждения (перевозбуждении машины) вектор Цс не будет уравновешивать ?0 и появится «избыточная»

ЭДС ДЕ = Uc + Ё0 (рис. 4.50, а), которая вызовет появление реактивного тока

где /р — реактивный ток, отстающий от АЕ и напряжения генератора UT.

По отношению к напряжению сети /р — опережающий ток.

При уменьшении тока возбуждения (недовозбуждения машины) {/,. >?() (рис. 4.50, б) и реактивный ток /р отстает от напряжения сети.

Педовозбужденная синхронная машина по отношению к сети является индуктивностью и «потребляет» из сети реактивную мощность.

В перевозбужденном синхронном генераторе, работающем параллельно с сетью, реакция якоря размагничивающая. Реактивные токи, протекающие в обмотках якоря, размагничивают машину и напряжение--Ur = Uc. При недовоз-

буждении реакция якоря — подмагничивающая, реактивные токи, протекающие в обмотках якоря, подмагничивают машину и напряжение па генераторе по модулю равно напряжению сети.

Зависимость тока якоря от тока возбуждения I = /(//). При Uс = const и постоянной активной мощности Р называется U-образной характеристикой (рис. 4.51).

При увеличении тока возбуждения от минимального значения сначала ток в обмотке якоря уменьшается, доходит до минимального значения, а затем возрастает. При недовозбуждении в обмотке якоря протекает реактивный ток, под- магничивающий машину. При минимальном значении тока в обмотке якоря cos ср = 1. При этом в обмотке якоря протекает активный ток, а магнитное поле в машине

U-образные характеристики

Рис. 4.51. U-образные характеристики

создается только обмоткой возбуждения. При дальнейшем увеличении тока возбуждения снова возрастает ток в якоре, реактивный ток в обмотках якоря создает размагничивающую реакцию якоря. Перевозбужденная машина по отношению к сети является емкостью. Она выдает в сеть реактивную мощность.

На рис. 4.51 представлено семейство U-образных характеристик, причем Р" > Р' > Р = 0. Границы работы недовоз- буждениой машины определяются ее статической устойчивостью, а перевозбужденной — перегрузочной способностью.

Возможность регулирования реактивной мощности путем изменения тока обмотки возбуждения является одним из основных достоинств синхронной машины.

Одним из важных показателей, характеризующих синхронную машину, является зарядная мощность:

где /, — зарядный ток, создающий при работе на емкостную нагрузку, при отключенной обмотке возбуждения, номинальное напряжение на выводах генератора.

Емкостной нагрузкой является разомкнутая линия электропередачи. Подключенный к разомкнутой линии синхронный генератор не должен сам о возбуждаться при /у = 0. Условие отсутствия самовозбуждения: зарядная мощность линии должна быть меньше зарядной мощности генератора, 5ЗЛ < 5ЗГ. Чем больше воздушный зазор машины, т.е. чем меньше^, тем больше 5ЗГ. Генератор с меньшим значением х(; может подключаться к более длинным линиям электропередачи.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >