3.5.2. Особенности работы синхронной машины с сетью

бесконечно большой мощности

Режим работы СМ параллельно с сетью с синхронной частотой вращения называется синхронным режимом. Рассмотрим особенности этого режима. Предполагается, что СГ после синхронизации и включения в сеть работает с током возбуждения соответствующему равенству Е = U_Г = U_c = U,

где Е = U_Г– ЭДС возбуждения СГ.

В этом случае векторы исовпадают по фазе, и вращаются с одинаковой угловой скоростью(рис. 3.23,а). Генератор работает на холостом ходу, не принимая никакой нагрузки. Чтобы машина приняла нагрузку и начала работать в режиме генератора, необходимо увеличить вращающий момент первичного двигателя, действующего на ротор СМ. При этом ротор СМ забежит вперед на уголпо отношению к своему положению при холостом ходе (рис. 3.23,б). Машина будет работать в режиме генератора, отдавая в сеть мощность

.

Если отсоединить первый двигатель от вала СМ и притормозить его, то ротор СМ отстанет от исходного положения на угол (рис. 3.23,в). На тот же угол отстанет и вектор ЭДС

.

Машина переходит в режим работы двигателем, потребляя мощность из сети.

Изобразим приближенную картину поля в воздушном зазоре для рассматриваемых случаев (рис. 3.24)

Обычно , так как влияние падения напряжения на активном сопротивлении и индуктивное сопротивлении рассеянии мало и их можно не учитывать.

3.5.3. Электромагнитная мощность и электромагнитный

момент синхронной машины

Если принять , то можно считать электромагнитную мощность равной мощности, развиваемой машиной

.

При анализе работы СМ эту мощность удобно выразить в зависимости от угла нагрузки , воспользовавшись векторной диаграммой.

а) Явнополюсная СМ

Согласно векторной диаграмме (см. рис. 3.11,а):

где и, тогда

или

.

Таким образом, электромагнитная мощность явнополюсной СМ состоит из двух частей: основной, создаваемой электромагнитным моментом с участием возбуждения, и дополнительной, обусловленной реактивным моментом. Последний возникает при отсутствии возбуждения и создается вследствие неодинаковых синхронных индуктивных сопротивлений по продольной и поперечной осям (). Явнополюсная СМ без возбуждения называется реактивной.

а) Неявнополюсная СМ

У неявнополюсной СМ . Поэтому.

Что касается электромагнитного момента, то для явнополюсной и неявнополюсной СМ его можно представить соответственно

,

.

3.5.4. Угловая характеристика синхронной машины.

Синхронизирующая мощность и момент

Угловая характеристика у СМ это зависимость , прии.

В случае неявнополюсной СМ и .Следовательно, у неявнополюсной СМ угловая характеристика есть синусоида.

Статическая устойчивость это способность СМ возвращаться к установившемуся режиму работы после небольших его возмущениях.

На рис.3.25 прямой, параллельной оси абсцисс изображена мощность приводного двигателя . Подводимая к генератору механическая мощность первичного двигателя, за вычетом потерь остается постоянной и равной мощности генератора в определенном установившемся режиме. Установившийся режим характеризуется равенством . Такое равенство удовлетворяется в точках 1 и 2. Однако генератор работает устойчиво лишь в точке 1. Действительно, при работе СГ в этой точке случайное увеличение угла нагрузки навызывает увеличениена величину. В результате возникает избыточный тормозной электромагнитный момент, который возвращает ротор СГ в точку 1.

При случайном уменьшении угла нагрузки навозникает избыточный вращающий момент, под действием которого ротор СГ также возвращается в точку 1. Таким образом, точка 1 является точкой устойчивой работы.

При работе в точке 2 случайное увеличение угла нагрузки навызывает проявление избыточного вращающегося момента, под действием которого ротор будет и дальше ускоряться и машина выйдет из синхронизма. При случайном уменьшении угла нагрузкинавозникает избыточный электромагнитный тормозной момент, под действием которого СГ перейдет в точку 1. Условия устойчивости работы СМ можно записать в виде:

или .

СМ работает неустойчиво, если

или .

Переходя к пределу, будем иметь

;

.

Здесь – коэффициент синхронизирующей мощности,

– коэффициент синхронизирующегомомента.

В соответствии с этим можно заключить, что неявнополюсный СГ работает устойчиво при изменении угла нагрузки в пределах . Границей устойчивости является угол. В этом случае. Таким образом, при изменении угла нагрузки от 0˚до 90˚ мощность СГ увеличивается и придостигает максимума. Эту максимальную мощность называют пределом статической устойчивости, т.е. это предельная мощность, которую может развивать СГ в установившемся режиме при данном возбуждении.

Коэффициент – называют перегрузочной способностью.

тем больше, чем меньше в номинальном режиме.

Кроме того, этот коэффициент тем больше, чем больше отношение короткого замыкания (о.к.з.)

.

Для увеличения предела статической устойчивости следует увеличивать или уменьшать синхронное индуктивное сопротивление. (Это осуществляется за счет увеличения воздушного зазора).

Для ТГ до 300мвТ .

Для ТГ 500, 800 МВт .

Как следует из предыдущего, мощность СГ можно изменять изменением угла . Это осуществляется изменением вращающегося момента первичного двигателя при.

Это можно проиллюстрировать с помощью векторной диаграммы неявнополюсной СГ (рис. 3.26,а), построенной для различных углов . Как следует (см. рис. 3.26,а) конец вектораЕ скользит по окружности с радиусом .

Угловая характеристика явнополюсного СГ изображена на рис. 3.26,б.

или

.

Синхронизирующие мощность и момент:

,

.