Исследование изменения активной и реактивной мощностей генератора при параллельной работе
Цель работы
Исследование режимов синхронного генератора, работающего параллельно с системой, при изменениях его активной нагрузки и величины тока возбуждения. Ознакомление с работой генератора в режиме синхронного компенсатора.
Общие сведения
2.1. Векторная диаграмма синхронной машины
При работе станции параллельно с мощной системой частота и напряжение на станции поддерживаются постоянными, несмотря на изменение активной и реактивной нагрузок. Все колебания воспринимает мощная система.
В лабораторных условиях такой системой является сеть 380 В НГТУ.
На рис. 2.1 представлена упрощенная, т.е. без учета активных сопротивлений, векторная диаграмма синхронной машины в установившемся режиме.
Векторную диаграмму явнополюсной машины
(рис. 2.1, а) формально можно свести к
диаграмме неявнополюсной машине. Из
рис. 2.1, б видно, что диаграмма
явнополюсной машины имеет такой же вид,
как и диаграмма неявнополюсной машины,
при условии, что
вместо
принимается сопротивление
,
а вместо ЭДС потока возбуждения
используется эквивалентная ЭДС:
.
(2.1)
а б
Рис. 2.1. Упрощенная векторная диаграмма синхронной машины: а – для явнополюсной машины; б – для неявнополюсной машины
Как известно [1], активная мощность, отдаваемая явнополюсным генератором при его параллельной работе с мощной системой,
.
(2.2)
Регулирование активной мощности производится изменением впуска энергоносителя в турбину.
Реактивная мощность
.
(2.3)
Первое слагаемое выражения (2.2) определяет мощность, обусловленную синхронным моментом вращения возбужденного генератора.
Эта основная составляющая выдаваемой
мощности (при практически постоянном
напряжении
)
определяется
,
пропорциональной току возбуждения
,
сопротивлением
и углом
между поперечной осью ротора и напряжением
сети. Величина угла пропорциональна
поперечной составляющей тока статора
и сопротивлению по поперечной оси
.
Второе слагаемое выражения (2.2) равно
мощности, обусловленной моментом
явнополюсности, который имеет генератор
с выступающими полюсами за счет различия
магнитных сопротивлений машины по
продольной и поперечной осями. Явнополюсный
генератор даже без возбуждения (при
(
))
может нести активную нагрузку, наибольшая
величина которой
при угле = 45º.
а б
Рис. 2.2.
Угловые характеристики синхронного
генератора:
а
–
;
б –
На рис. 2.2 изображены угловые характеристики
и
генератора № 1 учебной электростанции
при его работе с номинальной нагрузкой
и номинальным
.
Характеристики построены для ненасыщенной
машины. Из кривых видно, что максимум
активной мощности генератора имеет
место при угле
,
меньшем 90º.
2.2. Режим синхронного компенсатора
Работа синхронной машины в режиме компенсатора характеризуется потреблением из сети небольшой активной мощности, необходимой для покрытия потерь холостого хода. Следовательно, синхронный компенсатор обычно работает с малыми углами , и для него можно принять = 0. Синхронный компенсатор может генерировать в сеть реактивную мощность как положительного, так и отрицательного знака. Реактивная мощность регулируется плавно изменением тока возбуждения. При = 0 ток статора является реактивным, он имеет продольный характер, и поперечной реакции якоря не возникает ( = 0).
В режиме с номинальным током возбуждения
компенсатор выдает в сеть максимальную
реактивную мощность (
),
ток статора отстает от вектора
на
угол
,
т. е. компенсатор работает как емкость
– режим перевозбуждения. При уменьшении
тока возбуждения ток статора уменьшается
и при
(режим нормального возбуждения) становится
равным нулю. При дальнейшем уменьшении
тока возбуждения ток статора становится
опережающим (компенсатор работает в
режиме недовозбуждения, т. е. как
индуктивность,
<0)
и при
достигает своего максимального значения,
равного при номинальном напряжении
.
2.3. Статические характеристики регулирования первичных двигателей
П
Рис. 2.3.
Статические характеристики
регулирования турбины
Характеристика 1 на рис. 2.3 соответствует холостому ходу, характеристика 3 – режиму номинальной нагрузки.
При параллельной работе с системой нагрузка генератора определяется пересечением характеристики регулирования с прямой, соответствующей синхронной скорости (пунктирная линия «а – с»).
У генераторов УЭС отсутствуют регуляторы скорости, поэтому сдвиг характеристики производится вручную изменением величины тока возбуждения двигателя постоянного тока с помощью пускорегулирующего реостата.
Если при изменении активной мощности не регулировать ток возбуждения генератора, то одновременно с активной нагрузкой будет изменяться и реактивная (изменяется угол ). Поэтому для сохранения реактивной нагрузки нужно регулировать и ток возбуждения. При регулировании же только тока возбуждения изменяется только реактивная нагрузка генератора.
Задание на работу
Включить генератор № 1 в сеть методом точной ручной синхронизации и набрать активную и реактивную нагрузки (0,3
).
Снять зависимости:
Реактивной мощности от активной
при
;Реактивной мощности и тока статора от тока возбуждения
и
при
(режим компенсатора);
и
.
Определить опытным и расчетным путем наибольшую величину активной мощности генератора, обусловленную моментом явнополюсности (при ).
Для одного из указанных преподавателем значений тока статора при двух значениях тока возбуждения
и
построить векторные диаграммы машины
в режиме генератора и компенсатора с
учетом явнополюсности.
Методические указания
К п. 2. Работа генератора УЭС в режиме синхронного компенсатора характеризуется потреблением из сети довольно большой активной мощности, идущей не только на покрытие потерь, но и на вращение ротора двигателя постоянного тока, сочлененного с ротором генератора. Поэтому для более точного построения характеристик и следует добиться компенсации активной мощности путем увеличения тока возбуждения двигателя постоянного тока. Характеристики следует строить в относительных единицах, приняв за единицу ток возбуждения, соответствующий = 0. Максимальная потребляемая реактивная мощность, определяется при отключенном АГП, ( ).
К п. 4. Порядок построения векторной
диаграммы следующий. Для рассматриваемого
режима работы генератора строятся
векторы
и
,
сдвинутые между собой на угол
.
Знак « + » соответствует режиму выдачи
реактивной мощности, знак
« – » –
ее потреблению из системы. Затем строится
вектор
,
определяющий направление поперечной
оси
,
находится угол
и определяется вектор
Для генератора № 1:
=
;
=
;
=
230 В;
=
= 12 кВт;
=
0,8.
Содержание отчета
Построить зависимости:
1) 
и при
при
;
;
2)
при
.
Рассчитать наибольшую величину активной мощности, обусловленную моментом явнополюсности, и сопоставить ее с измеренным значением.
Построить для заданного режима векторные диаграммы машины в режимах генератора и компенсатора при недовозбуждении ( ) и перевозбуждении ( ). Сопоставить найденный угол с углом, полученным по угловой характеристике. Рассчитать для режима перевозбуждения составляющие активной и реактивной мощностей по формулам (2.2) и (2.3).
Привести первичную схему электрических соединений УЭС.
Контрольные вопросы
Каким образом можно регулировать активную и реактивную нагрузки генератора?
Что характеризует величина угла ?
Что такое режим нормального возбуждения?
Что такое – образные характеристики? От чего зависит величина нормального тока возбуждения?
Какова максимальная потребляемая (выдаваемая) реактивная мощность в режиме компенсатора?
В каких случаях возможно выпадение генератора из синхронизма?
Что нужно сделать, чтобы генератор, выпавший из синхронизма, снова вошел в синхронную работу с системой?
Как построить векторные диаграммы по замеренным в опыте значениям , ,
?Как измерить и рассчитать величину наибольшей активной мощности, обусловленной моментом явнополюсности генератора?
Каким образом можно установить номинальную частоту при набросе (сбросе) нагрузки?
Лабораторная работа № 3