7.2.9. Регулирование активной и реактивной мощностей

синхронного генератора

Активная мощность Р = 3UI_а синхронного генератора, подключенного к системе большой мощности U = const, регулируется мощностью первичного двигателя Р_мех = ω_рМ_вр. При увеличении мощности первичного двигателя, т. е. вращающего момента первичного двигателя М_вр (паровой или гидравлической турбины), увеличивается активная составляющая тока генератора I_а(М_вр), одновременно с этим увеличивается и угол | |, что понижает запас устойчивости π /2 — | | генератора. Для того чтобы синхронный генератор не терял запаса устойчивости при увеличении активной мощности, необходимо увеличивать ток возбуждения. Промышленные синхронные генераторы электрической энергии снабжены специальной регулирующей аппаратурой, с помощью которой при изменении активной мощности генератора обеспечивается требуемый запас устойчивости.

Реактивная мощность синхронного генератора Q = 3UIsin φ, подключенного к системе большой мощности U = const, при постоянной активной мощности Р = const регулируется изменением тока возбуждения 1_в. Если значение тока возбуждения равно I_в.гр(Р), то реактивная мощность синхронного генератора равна нулю. При значениях тока возбуждения 1_в > 1_в.гр (1_в < /_в.гр) реактивная мощность синхронного генератора имеет индуктивный (Q_L = 3UI_pL) [емкостный (Qc= = -3UI_pC )] характер.

Обычно режим возбуждения синхронных генераторов соответствует индуктивной реактивной мощности, необходимой для работы асинхронных двигателей.

7.2.10. Включение синхронного генератора на параллельную работу с системой

Включение синхронного генератора на параллельную работу с

системой связано с рядом трудностей. Применяются два способа такого включения: точная синхронизация и самосинхронизация.

При включении на параллельную работу с системой (рис. 7.43) синхронного генератора способом точной синхронизации мгновенное значение фазной ЭДС генератора, например е_А1 = Е_тA1 sin(ω_A1t + ψ_A1), должно быть равно и соответствовать по направлению в любой момент времени мгновенному значению соответствующего напряжения фазы системы

е_А = Е_тA sin(ω_At+ ψ_A), т.е. напряжению на фазе выключателя

u_aai = е_А — е_А1 = 0.

или при Е_тА = Е_тА1 = Е_т

Это определяет условия при включении: амплитуда, частота и начальная фаза ЭДС фаз генератора должны равняться одноименным величинам напряжения соответствующих фаз системы; кроме того, чередования фаз генератора и системы должны совпадать (А - А_1, В - В_1,С - С₁).

Для выполнения этих условий ротор генератора предварительно раскручивается примерно до синхронной угловой скорости, а его возбуждение регулируется так, чтобы напряжения на выводах генератора и системы были одинаковы, например Е_тА = Е_тА1.

Для точного регулирования служат синхроноскопы.

В простейшем виде синхроноскоп составляется из ламп накаливания, часто называемых в таких случаях фазоиндикаторными лампами (см. рис. 7.43).

На рис. 7.44 показаны кривые мгновенных значений фазного напряжения и_А = е_А системы, фазной ЭДС е_А1 включаемого на параллельную работу генератора и результирующего напряжения и_АА1 = е_А —e_A1. Пока нет точного совпадения частоты генератора и системы в контуре включаемого генератора, значение напряжения между контактами выключателя будет то снижаться до нуля, то повышаться до двойного значения фазного напряжения системы, в результате чего лампы будут то гаснуть, то вновь загораться.

Рис 7.43

Чем больше частота генератора будет приближаться к частоте системы, тем медленнее будут происходить колебания света фазоиндикаторных ламп; они будут загораться и гаснуть на относительно длительные сроки. Нужно достигнуть возможно более точного совпадения частот, при котором промежутки времени между следующими друг за другом вспышками ламп будут достаточно велики (не менее 3 — 5 с), после чего в момент полного потухания ламп нужно замкнуть рубильник.

Рис. 7.44

Сущность метода самосинхронизации состоит в том, что генератор включается на сеть без возбуждения, когда его частота вращения отличается от синхронной на 2 — 3 %. Обмотка ротора (обмотка возбуждения) во время такого включения должна быть замкнута некоторым резистором или накоротко. После включения генераторa обмотка ротора подключается к источнику постоянного тока возбуждения и генератор синхронизируется под действием электромагнитных сил.

Так как в момент включения частота вращения генератора не равна синхронной и он не возбужден, то возникает скачок тока в каждой обмотке статора; значение этого кратковременного тока может в несколько раз превышать номинальный ток генератора. Но, как показывает опыт, ни скачок тока, ни возникающие при этом механические усилия на валу генератора не опасны для агрегата (турбогенератора или гидрогенератора). Метод самосинхронизации применяется для генераторов мощностью до 50 MBА.

После включения генератора на параллельную работу с системой большой мощности при всяком случайном отклонении от синхронного вращения в обмотке статора генератора возникают дополнительные токи. Их взаимодействие с магнитным полем ротора создает дополнительные силы, восстанавливающие синхронное вращение.