17. Синхронные компенсаторы.

Синхронные компенсаторы предназначаются для компенсации коэффициента мощности сети и поддержания нормального уровня напряжения сети в районах сосредоточения потребительских нагрузок. Нормальным является перевозбуждённый режим работы синхронного компенсатора, когда он отдаст в сеть реактивную мощность. В связи с этим компенсаторы, как и служащие для тех же целей батареи конденсаторов, устанавливаемые на потребительских подстанциях, называют также генераторами реактивной мощности. Однако в периоды спада потребительских нагрузок (например, ночью) нередко возникает необходимость работы синхронных компенсаторов в недовозбуждённом режиме, когда они потребляют из сети индуктивный ток и реактивную мощность. Такая ситуация вызывается тем, что напряжение сети стремится возрасти и для поддержания его на нормальном уровне необходимо загрузить сеть индуктивными токами, вызывающими в ней дополнительные падения напряжения. Для этого каждый синхронный компенсатор снабжается автоматическим регулятором возбуждения или напряжения, который регулирует значение его тока возбуждения так, что напряжение на зажимах компенсатора остаётся постоянным.

Так как компенсаторы не развивают активной мощности, то они изготавливаются с меньшим воздушным зазором, чем СГ и СД, поэтому у них большие x_d и x_q. Уменьшение зазора облегчает обмотку возбуждения и удешевляет машину. Для реализации асинхронного пуска снабжён пусковой обмоткой.

Синхронные компенсаторы лишены приводных двигателей и с точки зрения режима своей работы, в сущности, являются синхронными двигателями, работающими на холостом ходу. Поэтому синхронные компенсаторы загружены также небольшим активным током и потребляют из сети активную мощность для покрытия своих потерь. Компенсаторы строятся на мощность до S_н = 100 000 кВА и имеют явнополюсную конструкцию, обычно с 2p = 6 или 8.

Номинальная полная мощность синхронного компенсатора

соответствует его работе с перевозбуждением. Наибольшее значение тока и мощности S, в недовозбуждённом режиме получаются при работе в реактивном режиме с і_в = 0 и E = 0. Если пренебречь потерями в этом случае, то ток недовозбуждения равен:

Полная мощность:

Обычно х_d = 1,5…2,2 и S_нв/S_н, = 0,45…0,67.

В большинстве случаев в недовозбуждённом режиме требуются меньшие мощности, чем в перевозбужденном.

18. Асинхронный режим работы синхронной машины

Асинхронный режим невозбуждённой синхронной машины

Для анализа явлений, обусловленных несимметричным ротором, разложим вращающееся относительно него поле на два пульсирующих поля, одно из которых действует по продольной (d), а другое по поперечной (q) оси ротора. Эти поля пульсируют со сдвигом по фазе на 90°, и частота их пульсации f₂ = sf₁

Представим, что у такой машины с неподвижным ротором на статоре вместо трёхфазной обмотки имеется эквивалентная двухфазная обмотка, причём одна фаза этой обмотки создаёт магнитный поток, пульсирующий по продольной оси ротора, а другая фаза - поток, пульсирующий по поперечной оси, причём напряжения этих фаз U и jU сдвинуты по фазе на 90°.

Схема эквивалентной двухфазной синхронной машины при асинхронном режиме с заторможенным ротором

В подобной двухфазной системе взаимная индукция между фазами отсутствует, и явления по осям d и q независимо друг от друга. В результате вместо одной схемы замещения, как в случае симметричной асинхронной машины, для синхронной машины получаем две схемы замещения- для продольной и поперечной осей ротора (представлены ниже):

Схемы замещения синхронной машины в асинхронном режиме: а, б - при наличии успокоительной обмотки; в, г - при её отсутствии; а, в - по продольной оси; в, г - по поперечной оси

Токи и электромагнитные моменты

В соответствии с изложенной концепцией электромагнитных связей продольный и поперечный токи якоря находим по выражениям:

при s =О Z_ds = x_d Z_qs = x_q (1)

Т.к , то токи составляют несимметричную двухфазную систему и их можно разложить на токи прямой и обратной последовательности соответственно:

(2)

Т.к мы пренебрегли потерями в статоре, то мощность Р1, соответствующая токам I1, полностью передаётся на ротор, является электромагнитной мощностью и создаёт вращающий момент M1. Эта мощность в m-фазной машине , (3)

где - активная составляющая тока .

Согласно выражению (2), , (4)

где являются модулями и . (5)

После подстановки из (4) в (3) и учета равенств (5) получим:

Соответственно вращающий момент

Момент, создаваемый токами :

Кроме того, при электромагнитная мощность, передаваемая на ротор, уменьшается на величину . Поэтому в общем случае асинхронный вращающий момент .

Асинхронные режимы различных видов синхронных машин.

При потере возбуждения синхронные генераторы переходят в асинхронный режим и их скорость вращения будет увеличиваться до тех пор, пока не наступит равенство между движущим моментом на валу и электромагнитным моментом машины. При этом машина будет потреблять из сети намагничивающий ток и отдавать в сеть активную мощность:

У синхронных генераторов наибольший практический интерес представляет начальная часть механической характеристики , на рисунке снизу отложены абсолютные значения и s, так как в режиме генератора

и .

Зависимость асинхронного вращающего момента синхронного генератора от скольжения при замкнутой накоротко обмотке возбуждения: 1 - турбогенератор; 2- гидрогенератор без успокоительной обмотки; 3 - гидрогенератор с успокоительной обмоткой