51. Параллельная работа с сетью бесконечно большой мощности синхронных машин. Метод точной самосинхронизации.

На каждой электрической станции обычно бывает установлено несколько генераторов, которые включаются на параллельную работу в общую сеть. Следовательно - большая надежность энергоснабжения потребителей, снижение мощности аварийного и ремонтного резерва, возможность маневрирования энергоресурсами сезонного характера. Все параллельно работающие генераторы должны отдавать в сеть ток одинаковой частоты.

Поэтому они должны вращаться строго синхронно, т. е.: Условия синхронизации генераторов. При включении генераторов на параллельную работу с другими генераторами необходимо избегать большого толчка тока и ударных электромагнитных моментов и сил, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу электрической сети или энергосистемы. Поэтому необходимо отрегулировать надлежащим образом режим работы генератора на хх перед его включением на параллельную работу и в надлежащий момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операций называется синхронизацией генератора. Идеальные условия для включения генератора на параллельную работу достигаются при: 1. Напряжение включаемого генератора U_r = напряжению сети f_с или уже работающего генератора; 2. Частота генератора f_г должна равняться частоте сети f_с; 3. Чередование фаз- генератора и сети должно быть одинаково; 4. Напряжения U_r и U_z должны быть в фазе. При этом векторы напряжений генератора и сети совпадают и вращаются с одинаковой скоростью (рис.35-1), разности напряжений между контактами выключателя при включении генератора (рис. 35-2) равны: Ura-Uca=Urb-Ucb=Urc-Ucc = 0, (35-1) и поэтому при включении не возникает никакого толчка тока.

Равенство напряжений достигается путем регулирования тока возбуждения генератора и контролируется с помощью вольтметра. Изменение частоты и фазы напряжения генератора достигается изменением скорости вращения генератора. Правильность чередования фаз необходимо проверять только при первом включении генератора после монтажа или сборки схемы. Совпадение напряжений по фазе контролируется с помощью ламп, нулевых вольтметров или специиальных синхроноскопов, а в автоматических синхронизаторах-с помощью специальных измерительных элементов. Неправильная синхронизация может вызвать серьезную аварию. Действительно, если, например, напряжения U_r и V_c будут в момент включения генератора на параллельную работу сдвинуты по фазе на 180°, то это эквивалентно кз при удвоенном напряжении (Uг-Uc = 2Uг). Если генератор включается в сеть мощной энергетической системы, то сопротивление этой сети по сравнению с сопротивлением самого генератора можно принять равным нулю, и поэтому ударный ток при включении может превысить ток при обычном кз в два раза. Ударные электромагнитные моменты и силы при этом возрастают в четыре раза. Сущность метода самосинхронизации заключается в том, что генератор включается в сеть в невозбужденном состоянии (U_г= 0) при скорости вращения, близкой к синхронной (допускается отклонение до 2%). При этом отпадает необходимость в точном выравнивании частот, величины и фазы напряжений, благодаря чему процесс синхронизации предельно упрощается и возможность ошибочных действий исключается. После включения невозбужденного генератора в сеть немедленно включается ток возбуждения и генератор втягивается в синхронизм (т. е. его скорость достигает синхронной и становится). При самосинхронизации неизбежно возникновение значительного толчка тока, т к включение невозбужденного генератора в сеть с напряжением U_c экв внезапному кз этого генератора при работе на хх с Е = U_с. Однако толчок 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.).

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 к-рой приключена рассматриваемая машина, является бесконечно мощной, т. е. в ней U=const и f= const. Это означает, что суммарная мощность всех приключенных к этой сети синхронных г-ров 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. Предположим также, что включаемая на параллельную работу машина является неявнополюсной и сопротивление якоря r_а= 0. Тогда, согласно диаграмме рис. 33-4, ток якоря машины определяется простой зависимостью

53. Угловые характеристики активной мощности. Зависимость Р=f() при Е=const и U=const называется угловой характеристикой активной мощности синхронной машины. Изучение этой зависимости позволяет выяснить ряд важных свойств синхронной машины. Выведем математическое выражение для угловой характеристики мощности, приняв R_а=0, так как это сопротивление весьма мало влияет на вид угловой характеристики. откуда Учитывая, что, согласно рисунку 3.5а, =-, для мощности генератора имеем Заменив здесь I_d и I_q по формулам (3.1), получим (3,8). Равенство (3.8) и является искомым математическим выражением угловой характеристики мощности, согласно которому Р=f(E,U,,X_d,Х_q). Электромагнитный момент М=P/ =рР/ пропорционален мощности Р, и поэтому зависимость М= f(E,U,,X_d,Х_q) имеет подобный же вид.

54. Невозбуждённая явнополюсная машина. Если i_В=0, то и Е=0, так как в нормальных машинах ЭДС от остаточного магнитного потока пренебрежимо мала. В этом случае на основании выражения (3.8) (3.10)

Зависимость Р=(), согласно равенству (3.8), представляет собой синусоиду с удвоенной частотой (рис 3.14, б). Из равенства (3.10) и рисунка 3.14, б следует, что явнополюсная машина в состоянии развивать мощность при синхронном режиме р аботы также без возбуждения. Устойчивая работа в режиме генератора происходит при 0<<45°, а в режиме двигателя – при -45°<< 0°. Пределу устойчивой работы соответствует _КР=±45° вместо _КР=±90° в предыдущем случае. В рассматриваемом случае в машине существует только поток реакции якоря. При цилиндрическом роторе (рисунок 316, а), когда X_d=Х_q положение ротора относительно вращающегося поля реакции якоря безразлично, поэтому машина не развивает электромагнитного момента и мощности. В явнополюсной машине ротор стремится занять по отношению к вращающемуся полю положение, при котором сопротивление магнитному потоку и энергия магнитного поля минимальны. Если при этом приложенный к валу момент M_СT=0, то =0 (рис 3.16, б) и электромагнитный момент, действующий на ротор, также равен нулю. При этом, согласно равенству (3-10), также Р=0. Если вал нагружен внешним моментом, то положение ротора относительно поля смещается, 0 и в машине развиваются электромагнитный момент и активная мощность (рис 3.16, в). Так как сам ротор не намагничен, то поворот ротора относительно поля на 180° не приводит к изменению режима. У невозбужденной явнополюсной машины электромагнитный момент развивается исключительно вследствие действия поля реакции якоря при наличии неравномерности воздушного зазора X_dХ_q и называется поэтому реактивным.