47. Диаграмма Потье

При проектировании и эксплуатации синхр машин возникает необходимость определения тока возбуждения, нужного для обеспечения заданного режима работы (U,I,cos fi), с учетом насыщения магнитной цепи. С этой целью для неявнополюсных генераторов пользуются диаграммой Потье.

Изменение напряжения синхронного генератора U_НОМ при сбросе номинальной нагрузки можно определить графически — построением практической диаграммы ЭДС (диаграммы Потье). Предположим, что синхронный генератор работал в режиме номинальной нагрузки, а затем нагрузка была полностью сброшена, но частота вращения и ток возбуждения при этом остались неизменными. Напряжение генератора после сброса нагрузки возросло на U_НОМ . Для определения этого значения проделаем следующее (рисунок 1): в одних осях координат построим характеристики холостого хода и короткого замыкания. Затем на оси ординат построим вектор ОА=U_HOM и под углом ₁ к вектору ОА проведем вектор тока I_НОМ. Прибавив к вектору U_HOM векторы падения напряжения İ_НОМR_a и jİx найдем ЭДС нагруженного генератора:

(3.6)

Перенося точку В на характеристику х.х. (точка С), проведем ординату CD. Полученный на оси абсцисс отрезок OD определяет ток возбуждения i^/_В, необходимый для создания ЭДС нагруженного генератора. Для учета влияния продольной реакции якоря к току i^/_В под углом ^/ =+ прибавим ток возбуждения i_Вd, соответствующий продольно-размагничивающему действию реакции якоря. Сумма токов i^/_В + i_Вd= i_ВНОМ, необходимый для обеспечения заданного режима работы. Если ток i_ВНОМ снести на ось абсцисс, можно найти напряжение U_НОМ = Е₀, которое получится при сбросе нагрузки при неизменном значении i_ВНОМ, а также изменение напряжения

48. Параллельная работа с сетью бесконечно большой мощности синхронных машин. Условия включения на параллельную работу.

Сети считаются с бесконечно большой мощности , если напряжения и частота =const, а мощность намного больше мощности единичной машины.

Все параллельно работающие генераторы должны отдавать в сеть ток одинаковой частоты.

Поэтому они должны вращаться строго синхронно, т. е.:

Условия включения на параллельную работу:1. Напр-ия в сети и генерата равны Uc=Uг.2. Частота сети=частоте генератора.3 .Чередование фаз одинаковые.4.Подключ.в тот момент когда вектора напряжения и сети противоположны.

Если условия не соблюдаются появляется ∆E и уравнительный ток.

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.

Метод точной синхронизации(синхронизация с помощью лампового синхроноскопа)

Ламповый синхроноскоп показывает правильность чередования фаз и момент подключения.

Если вектора напряжения и сети противоположны, то лампы погаснут.

Включаем приводной двигатель, раскручиваем до синхронной скорости, включаем ток возбуждения и уравниваем напряжения сети и генератора.

Ключ К замыкаем в тот момент когда лампы гаснут. Поскольку лампы обладают инерцией, то ставят магнитоэлектрический синхроноскоп.

49. МЕТОД ТОЧНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ

Синхр. машины работают с сетью бесконечно большой мощностью – это такая сеть, у кот. частота и напр-ия остается пост. не смотря ни на какие изменения в отдельн. Г, т.е. полн. мощность в сети много больше, чем мощность 1-го генератора. При включении генераторов на параллельную работу с дру­гими генераторами необходимо избегать чрезмерно большого толчка тока и возникновения 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 холостом ходу 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 соблюдении следующих требова­ний:1) напряжение включаемого генератора Uг должно быть равно напряжению сети Uс. 2) частота генератора fг должна равняться частоте сети fс; 3) чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково; 4) напряжения Uг и Uс должны быть в фазе.Сущ. методы точной и грубой синхронизации.

50. Метод грубой синхронизации

Невозбужденную явнополюсную машину раскручивают до подсинхронной скорости, подключают к сети, а затем возбуждают машину до номинального напряжения и машина втягивается в синхронизм. Обмотка возбуждения подключается к гасительному сопротивлению, т.к. если ее оставить разомкнутой, в ней может возникать ЭДС и может пробить изоляцию, коротить ее нельзя , т.к. будут большие токи.

51. Особенности параллельной работы синхронной машины. Изменение реактивной нагрузки.

Изменения тока возбуждения синхронной машины вызовет в ней только реактивные токи или изменение реактивного тока и реактивной мощности. При Е>U синхронная машина называется перевозбужденной, и при Е<U-недовозбужденной. При равенстве активной мощности нулю превозбужденная синхронная машина по отношению к сети эквивалента емкости, а недовозбужденная-индуктивности.

Синхронная машина не несущая активной нагрузки и загруженная реактивным током, называется синхронным компенсатором. Такие коипенсаторы применяются для повышения коэффициента мощности и поддержания нормального уровня напряжения в сетях.

В случае , когда машина перевозбуждена, разностная ЭДС создает уравнительный ток, который для машины явл чисто индуктивным. Реакция якоря –продольно размагничивающая и напряжение сети генератора выравниваются. По отношению к сети ток чисто емкостной, следовательно машина отдаст в сеть реактивный ток.

В случае, когда машина недовозбуждена. Разностная ЭДС создает уравнительный ток, ктр для генератора явл чисто емкостным Реакция якоря – продольно намагничивающая. Напр сети и генератора уравниваются.

По отношению к сети генератор явл индуктивностью, т.е. потребляет из сети индуктивный ток.В этих 2х случаях Ракт=0

Вывод: при изменении тока возбуждения мы можем осуществить только переток реактивной мощности.

52. Особенности параллельной работы синхронной машины. Изменение активной нагрузки

Чтобы включенная на параллельную работу машина приняла на себя активную нагрузку и работала в режиме генератора, необходимо увеличить движущий механический вращающий момент на ее валу, увеличив, например поступление воды или пара в турбину.

В режиме двигателя ЭДс машины чуть-чуть притормаживается , возникает дельта Е и уравнительный ток. Мощность меньше нуля следовательно режим двигателя. Момент движущий, ротор будет раскручиваться, частоты уравняются и парал работа машины будет возможна.

В случае режима генератора мощность положительна. Момент тормозной. Ротор будет притормаживаться , частоты уравняются . парал работа возможна. Активную мощность можно изменить моментом на валу.

53. УГЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Угловой характеристикой синхронной машины называют зависимость   при постоянных токе возбуждения, напряжении и частоте сети ( , ,  ). Знание этой характеристики позволяет установить ряд важных свойств синхронной машины, определяющих устойчивость ее работы параллельно с сетью. Найдем эту зависимость для синхронной машины с явнополюсным ротором, полагая, что сопротивление якоря равно нулю ( ) и машина не насыщена. Активная мощность синхронной машины определяется выражением .

54. НЕВОЗБУЖДЕННАЯ ЯВНОПОЛЮСНАЯ МАШИНА

 Невозбужденная явнополюсная машина

Если i_f = 0, то и Е_f = 0. в этом случае на основании выражения (17.9)

 

.                       (17.13)

 

Зависимость M = f(θ), согласно равенству (17.13) представляет собой синусоиду с удвоенной частотой (рис. 17.4).

Из равенства (17.13) и рис. 17.4 следует, что явнополюсная машина в состоянии развивать момент при синхронном режиме работы без возбуждения.

55. СТАТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ МАШИНЫ

Условия статической устойчивости. Угловая характеристика синхронной машины имеет важное значение для оценки статической устойчивости и степени перегружаемости. Под ста­тической устойчивостью синхронной машины, работающей параллельно с сетью, понимают ее способность сохранять синхронное вращение (т. е. условие п₂ = п₁ ) при изменении внешнего вращающего или тормозного момента М_вн , приложенного к ее валу. Статическая устойчивость обеспечивается только при углах θ, соответствующих М < М_mах .

56.СТАТИЧЕСКАЯ ПЕРЕГРУЖАЕМОСТЬ

Статическая перегружаемость S синхронной машины, так же как и предел ее статической устойчивости, определяется отношением

.          (4-80)

Это отношение представляет собой долевое значение максимальной электромагнитной мощности при U_н и I_в.н, которое для неявнополюсной машины можно выразить при помощи равенства (4-78) следующим образом:

,          (4-81)

где и — кратность тока короткого замыкания при номинальном возбуждении (  — э.д.с. по спрямленной характеристике холостого хода при I_в.н) или

,           (4-82)

57. U-образные характеристики синхронного генератора

Это I=f(i_в), P=const, U=const, r_a=0.

1. P=mUIcosφ=const → Icosφ=const, I-активный ток

2. - для неявноплюсных машин

E=sinθ=const.

x_d, x_d

Из условия 1 следует, что при любом изменении i_в, конец вектора I_a будет скользить по прямой MN. Из 2 условия следует, что при любом изменении i_в, конец вектора ЭДС будет скользить по прямой KL.

При Р=0, когда i_B1>i_B0 это режим перевозбуждения и машина отдает в сеть реактивную мощность. Для сети машина является емкостью. При i_B0>i_B2 машина для сети является индуктивностью и потребляет из сети реактивную мощность, режим недовозбуждения. Для того, чтобы увеличить мощность, т.е. перейти на характеристику P>0 необходимо изменить момент на валу.