Мороз_Электротехника

134

Θ – угол между магнитным потоком ротора /возбуждения/ Фв опережает результирующий магнитный поток Ф машины на угол Θ. Фв опережает E на 90 0, это значит, что полюса статора отстают от полюсов ротора на угол Θ, Фя- совпадает с I, Ф опережает U на 90 0.

Определив из этого выражения значение тока

и подставив его в формулу мощности /12.4/, получим

При нормальной работе генератора его активная электрическая мощность Pэ равна механической мощности приводного двигателя Рмех на валу: Pэ=Pмех.

А механическая мощность равна вращающему моменту, умноженному на угловую скорость ротора, т.е.

Из выражений /12.5/ и /12.6/ следует, что электромагнитный момент синхронного генератора /электромагнитный момент генератора равен вращающему моменту приводного двигателя/ его мощность пропорциональны синусу угла Θ сдвига между осью полюсов ротора и результирующего магнитного поля.

3.27 Угловая характеристика С.М.

Зависимость электромагнитной мощности и момента С.М. от изменения нагрузки, а следовательно и от угла Θ определяется угловой характеристикой P,M=f(Θ), представляющей синусоиду /12.7/, причем справа от оси ординат

угловая характеристика генератора, а слева - угловая характеристика двигателя. Работа, совершаемая первичным двигателями, преобразуется генератором в электрическую энергию,

134

135

отдающую в сеть.

Участок характеристики от Θ =0 до Θ= 90° соответствует устойчивой работе генератора. Действительно, некоторое увеличение мощности по сравнению с Pном приведет к возрастанию угла до Θ > Θном и так будет до Θ - 90°, Дальнейшее увеличение Θ после 90° приводит к уменьшению мощности. Это будет не-

Угловая характеристика показывает зависимость мощности и момент С.М. от изменения нагрузки. При изменении нагрузки первичный двигатель турбина увеличивает свой вращающий момент, а поскольку частота вращения синхронная и изменяться не может, то увеличивается угол Θ, между U и E, т.к. U=const, то при увеличении нагрузки ток I увеличивается, значит вырастает jXI на векторной диаграмме. После нескольких колебаний около значения синхронной угловой скорости, равновесие вращающих моментов первичного двигателя и генератора восстанавливается при новом значении угла Θ.

Работа С.Г. устойчива при изменении угла Θ в пределах от 0 до 90 0. Значению Θ=900 соответствует максимальная электрическая мощность генератора Pmax=3UE/X и максимальный вращающий момент Mmax=3PUE/ωX. Диапазон Θ от 0 до 90 0 определяет запас устойчивости синхронного генератора.

Если нагрузка сильно возрастает при угле Θ> 90 0 вращающий момент первичного двигателя превышает максимальный тормозной момент генератора, что приводит к ускорению ротора и выпадеию его из синхронизма. Генератор работающий параллельно с сетью(системой) должен быть отключен, чтобы восстановить запас устойчивости С.Г. При возрастании нагрузки необходимо увеличить ток возбуждения генератора.

Устойчивая область работы генератора. В этих условиях вращающий момент первичного двигателя превышает максимальный тормозящий электромагнитный момент генератора, что приводит к возрастанию скорости ротора и нарушению синхронизма. Генератор, работающий параллельно с сетью, должен быть в этом случае немедленно отключен,

Из векторной диаграммы /рис. 12.6/ видно, что при работе, синхронной

машины генератором вектор э.д.с. E опережает вектор U на угол Θ. Это говорит о том, что ось полюсов ротора, ведомых посторонним двигателем, при вращении идет впереди оси результирующего поля машины. Если отсоединить вал машины от постороннего двигателя, то угол Θ начнет уменьшаться сначала до нуля, а затем станет отрицательным. Если статор останется включенным в сеть, то при угле(-Θ ) ток в статоре изменит направление на обратное и

машина станет работать синхронным двигателем /;На рис. 12.8 приведена упрощенная схема замещения синхронного двигателя. Э.д.с. индуктированная потоком Фв, теперь является противо-э.д.с. , как и в двигателях постоянного тока. Если направление тока совпадает с обходом контура /рис. 12.8/, то по второму закону Кирхгофа можно записать

Рис.12.8.

135

136

На рис. 12.9 приведены векторные диаграммы синхронного двигателя построенные по уравнению /12.7/, причем на рис. 12.9, а для случая E>U /двигатель перевозбужденный/, а на рис. 12.9, б для случая E<U /двигатель недовозбужденный/. В первом случае двигатель отдает из сети опережающий ток, а во втором случае - потребляет отстающий ток. Это позволяет применять синхронные двигатели для улучшения коэффициента мощности сети /cosφ/, такие двигатели получили название синхронные компенсаторы.

Рис. 12.9.

Включение синхронной машины на параллельную работу с сетью.

В силу того .что обмотка возбуждения питается постоянным током, а частота вращения магнитного поля статора синхронная, то если включать статор в трехфазную сеть, то полярность статора будет меняться относительно неподвижного ротора каждую 0, 01 с на противоположную, сила притяжения сменяется силой отталкивания и средний вращающий момент равен нулю, поэтому 0.01 с ротор не успевает тронутся с места.

Есть 2 способа пуска синхронной машины.

1) С помощью дополнительного разгонного двигателя. Ротор приводят во вращение, подают постоянный ток в обмотку возбуждения. Созданный постоянной основой магнитный поток возбуждения, вращаясь с ротором создает в обмотке статора трѐхфазную э.д.с.. Для включения машины в сеть нужно выполнить 3 условия, которые называются синхронизацией:

1.Уравнять ЭДС статора с напряжением сети Ест=Uсети, Uс- Uст=0(вольтметры)

2.Уравнять частоту ЭДС статора с частотой напряжения сети, т.е. fст=fсети (частотометры)

3.Сделать чередование фаз машины и сети одинаковыми, Т.е. А-В-С=

Аст-Вст-Сст (синхроноскопы)

Если не равны ЭДС и напряжения сети, то появляется разность напряжений U Uc Ucò , под действием которой в цепи статора будет протекать уравнительный ток, превышающий в несколько раз номинальное значение, вызывающий электродинамический момент(удар), действующий разрушающе на ротор синхронной машины.

Уравнительный ток возникает также при неравенстве частот и неправильном чередовании фаз.

Синхроноскоп состоящий из 3 ламп работает следующим образом. Если напряжение Uст=Uс, то лампы не горят(т.е. ∆U=0)/

136

137

Если частоты разные, то значение ∆U все время меняются от 0 до 2Uс, и лампы мигают. Когда частоты близки, то лампы мигают раз в 3-5секунд и тогда можно включать при погасших лампах.

При различиях чередования фаз лампы мигают поочередно.

137