3. Синхронные режимы параллельной работы синхронных машин

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 которой приключена рассматри­ваемая машина, является бесконечно мощной, т. е. в ней U=const и f=const. Практически это означает, что суммарная мощность всех приключенных к этой сети синхронных генераторов 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. Для простоты предположим также, что включаемая на параллельную работу машина является неявнополюсной и сопротивление якоря r_a=0. Тогда ток якоря машины определяется простой зависимостью:

, (1)

которая вытекает из векторной диаграммы (рис. 6).

Рис. 6. Векторная диаграмма напряжений неявнополюсного синхронного генератора

4. Изменение реактивной и активной мощностей

Предположим, что при включении на параллельную работу условия синхронизации возбужденного генератора были соблюдены в точности, т.е. U_Г=U_C или.E=U_C. Тогда, согласно равенству (1), I=0, т. е. машина не примет на себя никакой нагрузки (рис. 7,а).

Рис. 7. Упрощенные векторные диаграммы неявнополюсного генератора, работающего параллельно с сетью при холостом ходе

Предположим теперь, что ток возбуждения после синхронизации был увеличен и поэтому E>U_C. Тогда возникает ток I [см. равенство (1)], отстающий от U, а также от E и U на 90⁰ (рис 7,б). Машина, таким образом, будет отдавать в сеть чисто индуктивный, ток и реактивную мощность. Если ток возбуждения уменьшить, так что E<U_C , то ток I также будет отставать от U на 90⁰ , но будет опережать E и U на 90⁰, т. е. машина будет отдавать в сеть емкостный ток и потреблять из сети реактивную мощность (рис 7,в).

Таким образом, изменение тока возбуждения синхронной машины вызовет в ней только реактивные токи или изменение реактивного тока и реактивной мощности. При E>U_C синхронная машина называется перевозбужденной, а при E<U_C - недовозбужденной. При равенстве активной мощности нулю перевозбужденная синхронная машина по отношению к сети эквивалентна емкости, а недовозбужденная - индуктивности.

Рис. 8. Векторные диаграммы синхронного генератора при параллельной работе его с сетью

Изменение тока возбуждения не вызывает появления активной нагрузки или ее изменения.

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

Тогда ротор машины начнет вращаться быстрее, и вектор E несколько сдвинется в сторону вращения векторов U_C (рис. 8,а). За счет такого сдвига в цепи появится напряжение U=E-U_C , которое создаст ток I , отстающий, как и ранее от U на 90⁰.

А от Е₀ на угол ψ<90°, и электромагнитная мощность

,

т.е. машина в этом случае будет работать генератором и создавать тормозной момент, направленный против вращения. Под действием этого момента скорость замедлится и опять станет синхронной.

Если ротор замедлит скорость, то согласно рис. 8,б также появится ток I. Угол ψ>90° и электромагнитная мощность

.

В этом случае машина будет работать двигателем, ускоряя ротор до синхронной скорости.

Весьма важно отметить, что при изменении движущего или тор­мозного механического момента на валу синхронная машина обладает свойствами саморегулирования и способностью до известных пределов сохранять синхронизм с сетью, т.е. синхронное вращение с другими синхронными машинами, приключенными к этой сети.