3.5. Электромагнитный момент синхронной машины

Электромагнитный момент М и электромагнитная мощность , предаваемая вращающимся магнитным полем, связаны соотношением:

, (3.12)

где ω=2π- угловая скорость вращения магнитного поля (в рад/сек).

В режиме генератора электромагнитный момент тормозной, при постоянной скорости вращения он должен уравновешивать вращающий момент первичного двигателя:.

(3.13)

Выражение через параметры генератора найдем с помощью упрощенной векторной диаграммы. (рис.3.8.).

(3.14)

- внутренняя мощность генератора где,

cosψ= (3.15)

Подставим cosψ в (3.14):

=;М=(3.16)

Рис.3.8

В этих формулах U=const, ибо обычно синхронные генераторы работают параллельно с мощной системой; =const – при неизменном токе возбужден. ТогдаиМ являются только функциями угла θ. =f(θ) и М=f(θ) и называются угловыми характеристиками синхронной машины(рис.3.9.)

Рис.3.9

Активная мощность Р=3∙U∙I∙cosφ, отдаваемая генератором в систему, меньше на величину потерь в обмотке и стали статора. Ими можно пренебречь и принять:Р≈=Мω. Тогда угловая характеристика приближенно может определять зависимость:

Р=f (θ).

Равенству М=соответствует две точки угловой характеристики (А и В). Устойчивый режим, возможен только в точке ''А''; режим в точке ''В'' не устойчив. Режим работы в точке ''А'' является статически устойчивым в том смысле, что малые возмущения начального режима не приводят к изменению скорости вращения ротора.

Совершенно иная картина в точке ''В''. Здесь положительное приращение ∆θ при увеличении сопровождается уменьшением тормозного эл. магнитного моментаМ, что вызовет еще большее увеличение избыточного вращающего момента.

Синхронное вращение полей статора и ротора нарушается, машина выпадает из синхронизма (имеется ввиду случай параллельной работы с другим генераторами). Таким образом, для устойчивой параллельной работы необходимо, чтобы любое приращение ∆θ сопровождалось однозначным приращением ∆М тормозного момента (или ∆) т.е. необходимо, чтобы:

или (3.18)

Эти производные называются синхронизирующим моментом и синхронизирующей мощностью (пунктир на рисунке). Угол θ=90º называется пределом статической устойчивости. Обычно θ<30º. Амплитуда угловой характеристики:

(3.19)

определяет предел активной мощности, которую генератор может отдавать в систему при данном токе.

3.6. Внешние и регулировочные характеристики генератора

Внешней характеристикой синхронного генератора называется зависимость U=f (I), показанная на рис.3.10.

= const – с независимым возбуждением

= const – с самовозбуждением при n=const; cosφ = const.

Рис.3.10.

Более значительное изменение напряжения U при cosφ ≠ 1объясняется действием продольной реакции якоря – размагничивающей при индуктивной нагрузке, намагничивающей при емкостной. Примеры емкостной нагрузки: разомкнутая ЛЭП, кабельная сеть, батарея, статический конденсатор, синхронный компенсатор.

Регулировочной характеристикой синхронного генератора называется зависимость: =f (I), показанная на рис.3.11. при U=const; n=const; cosφ=const.

Эти характеристики легко объясняются на основании внешней характеристики.