Статична перевантажувальна здатність

Коли потужність синхронної машини дорівнює нулю Р=0, то кут навантаження також дорівнює нулю θ=0. При збільшенні активної потужності збільшується і кут навантаження, і за θ=θ _см потужність досягає максимального значення P=P _м. При подальшому збільшенні механічної потужності на валу машина вийде із синхронізму і її ротор буде обертатись асинхронно з деяким ковзанням S відносно поля статора (поля реакції якоря). У двигуна швидкість ротора буде меншою за синхронну (S>0), а у генератора – більшою за синхронну (S<0). Подібний асинхронний режим є ненормальним та неприпустимим, оскільки він небезпечний для машини та порушує нормальну роботу мережі та машин і механізмів, з’єднаних із синхронною машиною. Тому під час експлуатації синхронних машин необхідно дбати про те, щоб була забезпечена їх стійка робота.

Під час роботи синхронні машини можуть піддаватись короткочасним навантаженням. Крім того, внаслідок зменшення напруги, наприклад, під час коротких замикань у мережі максимальна потужність P_м, яку здатна розвивати машина, знижується. Тому необхідно, щоб машина мала достатній запас потужності, тобто щоб значення P_м було достатньо великим.

Статична перевантажувальна здатність синхронної машини К_п характеризується відношенням максимальної потужності машини P_м при U= U_н та і_з = і_зн до номінальної потужності P_н:

К_п = ₌

Величина К_п є тим більшою, чим меншим є кут θ_н за номінального навантаження. Зазвичай θ_н =20-35˚.

Номінальна потужність машини:

Р_н =

Тоді на базі виразів (), () та () для неявнополюсної машини

К_п =

У відповідності із стандартом статична перевантажувальна здатність турбогенераторів повинна бути не меншою за К_п =1,6-1,7. Як слідує із викладеного, статична перевантажувальна здатність турбогенераторів як і явнополюсних машин є тим більшою, чим більшим є відношення короткого замикання, тобто чим меншим є x_d* або чим більшим повітряний зазор.

Статична перевантажувальна здатність як явнополюсних так і неявнополюсних синхронних двигунів із cos φ_н =0,9 (режим збудження), у відповідності із стандартом повинна бути не меншою за К_п =1,65. Статична перевантажувальна здатність генераторів повинна бути більшою за К_п =1,7.

Робота синхронної машини за постійної потужності та змінного збудження

Як було встановлено вище, змінна струму збудження викликає зміну лише реактивних складових струму і потужності якоря. Розглянемо тепер залежність струму статора І від струму збудження і_з при P=const у випадку паралельної роботи машини із мережею нескінченно великої потужності (U=const, f=const). Для простоти визначимо дану залежність для неявнополюсної машини (рис ...), оскільки отримані при цьому результати є характерними і для явнополюсних машин.

При P=const активна складова струму I_a =const. Тому на векторній діаграмі рис ... кінець вектора I ковзає по прямій АВ. Якщо для простоти вважати індуктивний опір розсіяння якоря x_δa =0, то внутрішня ЕРС від результуючого магнітного потоку і повітряному зазорі Ф_δ з урахуванням реакції якоря Е_δ =U=const і складова струму збудження , яка створює результуючий магнітний потік Ф_δ також буде постійною. Повний струм збудження :

= -I,

зведений до обмотки якоря, легко визначається з діаграми. Кінець вектора перебуває у точці , а його початок, очевидно, також ковзає по прямій АВ. На рис ... суцільними лініями побудована векторна діаграма струмів для одного значення , а штрихованими лініями – декілька діаграм для інших значень . Кінці векторів I та початки векторів розташовуються у точках 1, 2, 3, 4 на прямій АВ.

З рис ... випливає, що за неперервної зміни струм І та cos φ також постійно змінюються, причому при певному значенні струму збудження величина струму статора I є мінімальною, а cos φ=1. При зростанні (режим перезбудження) та зменшенні (режим недозбудження) від вказаного значення струм якоря I збільшується, оскільки збільшується його реактивна складова.

На рис ... наведений вигляд залежностей I=f( ) за різних значень P=const. Дані характеристики, зважаючи на їх зовнішній вигляд, називаються також U-подібними характеристиками.

Мінімальне значення струму якоря I для кожної кривої визначає його активну складову та потужність P=m U , для якої побудована дана крива. Нижня крива відповідає P=0, причому – значення струму збудження при E=U. Праві частини кривих відповідають перезбудженій машині та віддаванню у мережу індуктивного струму і реактивної потужності, а ліві частини – недозбудженій машині та віддаванню в мережу ємнісного струму і споживанню реактивної потужності. Крива φ=0 або cos φ=1 відхиляється при збільшенні потужності вправо, оскільки внаслідок збільшення струму якоря зростає його магнітний потік розсіяння і для компенсації реактивної складової струму, яка обумовлюється цим потоком, необхідний дещо більший струм збудження. Крива ОС на рис ..., по суті є регулювальною характеристикою машини при cos φ=1.

Точка А на рис ... відповідає холостому ходу недозбудженої машини. При цьому з мережі споживається струм намагнічування:

I=

Кут навантаження θ збільшується під час руху вздовж кривих рис ... справа наліво, оскільки у відповідності із виразом (), за менших струмів збудження та ЕРС кут θ при p=const збільшується. Лінія АВ являє собою межу стійкої роботи машини, на якій θ=θ_кр. При подальшому зменшенні струму збудження машина випадає із синхронізму. U-подібні характеристики генератора і двигуна практично не відрізняються одне від одного.