книги из ГПНТБ / Морозовский В.Т. Системы электроснабжения летательных аппаратов

Примерно такой же характер имеет зависимость электромаг­ нитной мощности генератора от скорости приводного двигателя.

Отсюда следует, что управление нагрузкой генератора, рабо­ тающего параллельно с сетью бесконечной мощности, можно осуществить как изменением его тока возбуждения, так и изме­ нением скорости приводного двигателя.

Момент на валу генератора равен

(Гя + Гс)

Поэтому при параллельной работе генератора постоянного тока с сетью бесконечной мощности самовыравнивание агрегата определяется выражением

180

Рассмотрим теперь другой крайний, но более реальный для: авиационных электроэнергетических систем случай параллель­ ной работы двух однотипных генераторов постоянного тока (рис. 8. 4).

Электромагнитная мощность первого генератора равна

На основании первого и второго законов Кирхгофа для схемы, изображенной на рис. 8.4, можно написать следующие уравнения:

І Яі = гг1 "М в1>

Рис. 8.4. Принципиальная схема параллельной работы двух одно­ типных генераторов постоянного тока

Решение этой системы четырех линейных уравнений с че­ тырьмя неизвестными относительно тока ія\ имеет вид

где

Раскрыв определители, получим

18Е

При холостом ходе Rn-+oo и

Сравнивая это выражение с выражением (8. 10), можно сде­ лать вывод, что при параллельной работе генератора с сетью бесконечной мощности коэффициент самовыравнивания больше,, чем при параллельной работе двух однотипных генераторов. По мере увеличения нагрузки (уменьшении RH) коэффициент само­ выравнивания 5 М растет, приближаясь в предельном (но не в реальном) случае (при RH= 0) к величине коэффициента само­ выравнивания при работе генератора с сетью бесконечной мощ­ ности.

Таким образом, при параллельной работе генераторов посто­ янного тока нагрузка между генераторами будет распределяться; произвольным образом, если скорости генераторов не остаются постоянными.

Управлять распределением нагрузок между генераторами' можно при помощи изменения их токов возбуждения.

Самовыравнивание (статическая устойчивость) агрегатов,, состоящих из генераторов постоянного тока и приводных двига­ телей, тем больше, чем больше число параллельно работающих генераторов.

8. 2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ МОЩНОСТЬ И МОМЕНТ ПАРАЛЛЕЛЬНО РАБОТАЮЩЕГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Несколько сложней протекают рабочие процессы при парал­ лельной работе генераторов переменного токаПри нормальном (синхронном) режиме параллельной работы частоты ©ращения

и момент на валу генератора целесообразно представлять в виде функции отклонения углового положения ротора этого генера­ тора от некоторой синхронной оси или углового положения ротора какого-либо опорного генератора. Угловое положениеротора генератора определяет фазу его э. д. с., так как обмотка возбуждения и фаза намагничивающей силы, создаваемой ею, жестко связаны с положением ротора.

Рассмотрим сначала параллельную работу синхронного ге­ нератора с сетью бесконечной мощности. Обычно активное сопро­ тивление цепи якоря синхронного генератора на много меньше реактивного, обусловленного в основном реакцией якоря, по­ этому в дальнейшем активным сопротивлением цепи якоря син­ хронного генератора пренебрегаем. То же самое относится

183

к активному сопротивлению проводов питательной сети, которое значительно меньше реактивного (сечение проводов питательной сети обычно превышает 16 мм2, а при таких сечениях доминирую­ щим является индуктивное сопротивление). Поэтому принци­ пиальную схему параллельной работы генератора с сетью беско­ нечной мощности можно представить так, как это изображено на рис. 8. 5.

Допустим, что генератор не имеет явно выраженных полюсов

f=const

(его магнитная система симметрична

Xd = Xg).

Таким образом, активная мощность, отдаваемая генератором в сеть, пропорциональна синусу угла между векторами напря­ жения сети бесконечной мощности Uc и вектором э. д. с. генера­ тора Ед.

Вектор напряжения сети бесконечной мощности остается не­ изменным по амплитуде и фазе. При заданном токе возбуждения вектор э. д. с. Ед также не меняется. На рис. 8.7 приведена зави­ симость активной мощности синхронного генератора (для этого идеального случая) от угла выбега б. Как видно, в пределах

«Tt

О < 3 )> — с увеличением угла б нагрузка на генератор уве­

личивается. Этот участок кривой соответствует статически устой­ чивой работе генератора с сетью бесконечной мощности. При

■он начинает «сбрасывать» с себя нагрузку.

184

бесконечной мощности как бы некоторой жесткой упругой связью. При ускорении ротора генератора угол б начинает расти,, одновременно с этим растет нагрузка на валу генератора, кото-

рая, притормаживая его, не дает ему «выпасть» из синхронной работы с сетью бесконечной мощности. На участке, где

-у- <С 8 <С я , наоборот, незначительное увеличение скорости при­

водит к уменьшению нагрузки, вследствие чего первичный двига­ тель разгоняет ротор генератора дальше, процесс протекает лавинообразно и генератор выпадает из синхронной работы.

Жесткую связь генератора с сетью удобно характеризовать так называемой синхронизирующей мощностью Ps, представляю­ щей собой производную от активной мощности генератора по углу б.

Зависимость синхронизирующей мощности от угла б приве­

возмущениях, максимальная величина мощности Датах должна превосходить номинальную мощность Датах в 2—3 раза, т. е.

185

при номинальной нагрузке генератора угол б должен лежать в пределах 20—30°.

Реактивная мощность неявнополюсного синхронного генера­

Из последнего выражения следует, что величина реактивной мощности генератора при малых углах 6 (когда c o sö ^ l) зави­ сит главным образом от величины э. д. с. холостого хода Eq, ко­ торая определяется величиной тока возбуждения генератора.

Найденные выше соотношения справедливы для неявнополюс­ ного синхронного генератора. Наличие у синхронного генератора явно выраженных полюсов приводит к тому, что реактивные сопротивления для продольной и поперечной осей машины неоди­ наковы (Xd>xq). Поэтому схема замещений явнополюсного син­

векторная диаграмма явно­ полюсного синхронного гене­ ратора. Фиктивная расчет­ ная э. д. с. E Q, изображен­ ная на этой диаграмме,

EQ= Eq—Id(xd—xg). (8.27)

186

полюсной, если заменить э. д. с. Eq на выражение (8.27). Однако проще для явнополюсной машины найти активную мощность' из векторной диаграммы (рис. 8.8):

Таким образом, явнополюсный синхронный генератор может быть представлен как эквивалентный неявнополюсный, если ввести некоторую фиктивную э. д. с. E Q с внутренним реактив­ ным сопротивлением xq.

Приведенные выше соотношения позволяют находить актив­ ную и реактивную мощности генератора через обычные, задан­ ные в паспорте, параметры.

Поэтому в дальнейшем все рассматривается для неявнополюс­ ного синхронного генератора.

8.3. ПЕРЕВОД РЕАКТИВНОЙ НАГРУЗКИ ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Если у генератора, работающего параллельно с сетью беско­ нечной мощности, изменять ток возбуждения, то будет изме­ няться его реактивная нагрузка, в то время как активная будет оставаться неизменной.

К такому выводу можно придти, если рассмотреть векторную диаграмму неявнополюсного синхронного генератора, работаю­ щего параллельно с сетью бесконечной мощности. Векторная диаграмма, приведенная на рис. 8.9, соответствует случаю, когда

187

генератор работает параллельно с сетью, имея некоторый ток возбуждения гв1. Величина э. д. с., отвечающая этому возбужде­ нию, равна Ед\. При этом ток, отдаваемый генератором во внеш­ нюю сеть, равен / ь а мощность, отдаваемая им в сеть, Р\. Если

Концы векторов / j и / 2 лежат на одной вертикальной линии. Ана­ логично строится вектор .тока /3 , соответствующий э. д. с. Eq3 и току возбуждения і'з.

Таким образом, изменение возбуждения вызывает изменение тока генератора как по величине, так и по фазе. Если изобра­ зить графически изменение I = f(iB) = f ( E q), то эта зависимость имеет вид U-образной кривой. Изменение тока / происходит из-за изменения реактивной составляющей /эіпф . Изменить активную нагрузку генератора воздействием на ток возбужде­ ния нельзя.

Можно подобрать такое возбуждение для данного генератора, чтобы ток, создаваемый им, был минимальным. В этом случае ток ( /4 на векторной диаграмме рис. 8.9) является активным током, угол ф равен нулю; увеличение возбуждения вызывает

188

появление отстающего тока (ср>0), а уменьшение возбужде­ ния— опережающего тока (ф<0), т. е. недовозбужденный син­ хронный генератор работает с опережающим напряжение током, а перевозбужденный — с отстающим.

(7-образные кривые характеризуют работу машины при по­ стоянной активной мощности (Pa= consit) и переменном возбуж­ дении (гв= ѵаг).

На рис- 8. 10 приведено семейство (7-образных кривых при различных значениях активной мощности { Р Р а2> Рт) • Пунк­ тирная кривая соответствует хо­ лостому ходу. По мере увеличе­ ния мощности вершины кривых перемещаются вверх и вправо, так как при увеличении нагрузки, для того чтобы получить то же напряжение, возбуждение долж­ но быть увеличено. Работа ма­

На характер (7-образных кривых оказывает влияние реактив­ ное сопротивление машины хц. При малых значениях Xd U-образ­ ные кривые получаются более острыми, чем при больших значе­ ниях Xd.

Таким образом, воздействуя на ток возбуждения, можно управлять реактивной нагрузкой генератора, не меняя его актив­ ной нагрузки.

8. 4. ПЕРЕВОД АКТИВНОЙ НАГРУЗКИ ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЕ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Для того, чтобы увеличить активную нагрузку синхронного генератора, включенного на параллельную работу с сетью или другими генераторами, необходимо воздействовать на первич­ ный двигатель, приводящий в движение генератор. Чтобы на­ грузить данный генератор, необходимо увеличить момент вра­ щения, приложенный к генератору. В этом случае ротор генера­ тора получает ускорение и вектор э. д. с. опережает вектор напряжения сети (или векторы э. д. с. других генераторов) на некоторый угол, что приводит согласно выражению (8.23) к уве­

/189