§3. Включение синхронных генераторов по методу самосинхронизации.

Рассмотренные выше способы включения в сеть синхронных генераторов относительно сложны, требуют большой точности и, главное, затраты времени. Поэтому в последнее время в наших энергосистемах внедряется включение синхронных генераторов в сеть по методу самосинхронизации. Сущность метода состоит в следующем: генератор приводится во вращение первичным двигателем с частотой вращения, которая может отличаться от синхронной на ± (2 – 3)%, и включается на сеть без возбуждения, причем обмотка ротора, во избежание перенапряжения в момент включения, замыкается накоротко или через некоторое сопротивление; после этого, обычно сейчас же после включения генератора на сеть, подается возбуждение, и генератор впадает в синхронизм.

Таким образом, при включении генератора по методу самосинхронизации разностная э.д.с. равна напряжению сети (ΔЕ = U_c–E_ген=U_c), а ротор генератора вращается с частотой, несколько отличающейся от синхронной частоты вращения, с которой вращается магнитное поле статора. В этих условиях в статоре наблюдается бросок тока, в несколько раз превышающий номинальный ток, а на валу генератора возникают механические усилия, но последние невелики и, как показал опыт, не представляют опасности для машины.

Так можно включать явнополюсные и неявнополюсные генераторы. Ток статора снижается до номинального значения в пределах 1 – 7.

Данный метод значительно упрощает процесс включения, легко автоматизируется и требует мало времени.

§4. Работа генератора при М=const и i_в=var на сеть с постоянным напряжением и постоянной частотой. U-образные кривые синхронного генератора.

Предположим, что в схеме (рис.1) – включение однофазных генераторов на параллельную работу – генератор Iявляется сетью по отношению к генераторуII. Так как мощность сети можно считать бесконечно большой по сравнению с мощностью отдельного генератора, то напряжение сети и её частота не зависят от режима работы генератораII, то естьU_c=constиf=const.

Для замкнутого контура, образованного генераторами IиIIполучаем

Ė_0I+ Ė_0II= İ_IZ_I+ İ_IIZ_II(1)

или

Ė_0I- İ_IZ_I= Ů_с= -( Ė_0II- İ_IIZ_II) = -Ů_г(2)

Здесь Ė_0Iи Ė_0II– э.д.с., индуцируемые в генераторахIиIIосновным магнитным потоком;I_IиI_II– токи в генераторахIиII;Z_Iи Z_II– полные сопротивления генераторов; Ů_с= Ė_0I- İ_IZ_I– напряжение сети;U_г– напряжение на зажимах генератора.

Согласно условию, напряжение U_c=const, а э.д.с. Е_0IIмы можем изменять, изменяя ток возбужденияi_в. Рассмотрим два случая работы генератора в этом режиме:

а) при холостом ходе;

б) при нагрузке.

А.Генератор идет вхолостую.

В этом случае мощность Р_м=0 (электромагнитная) и, следовательно, угол между векторами э.д.с. Е₀и напряженияUравен нулю; это значит, что при работе генератора вхолостую э.д.с. Е_0IIсовпадает по фазе с напряжением генератораIIи находится в противофазе с напряжением сетиU_c.

Отрегулируем ток возбуждения i_вгенератораIIтак, чтобы э.д.с. Ė_0II= - Ů_с.

Тогда по формуле (2), ток İ_II=0. Ток возбуждения, соответствующий этому режиму, будем называть нормальным.

Теперь увеличим ток возбуждения относительно нормального, или, как говорят, перевозбудим генератор. Э.д.с. Ė_0IIи Ů_спо-прежнему остаются в противофазе (Р_м= 0 и θ=0°), но теперь появляется разностная э.д.с. ΔЕ = Е_0II– (-U_c), вектор которой направлен в сторону Ė_0II.

Под действием этой разностной э.д.с. (ΔЕ) по генератору IIначинает течь уравнительный токI_II, отстающий от ΔЕ на 90°. Мы видим, что:

а) при перевозбуждении генератора появляется уравнительный ток, являющийся чисто индуктивным относительно напряжения сети; создавая продольную реакцию якоря, он стремится размагнитить данный регулируемый генератор (в нашем случае генератор II) и намагнитить генераторы, работающие с ним параллельно (сеть);

б) уравнительный ток, являясь чисто реактивным током (практически), не производит никакого перераспределения активной нагрузки.

Если мы уменьшим ток возбуждения относительно нормального или, как говорят, недовозбудим генератор, то все произойдет в обратном.

Таким образом:

а) при недовозбуждении генератора появляется уравнительный ток, являющийся чисто емкостным относительно регулируемого генератора и индуктивным относительно сети; создавая продольную реакцию якоря, он стремится намагнитить генератор и размагнитить сеть;

б) также как и в предыдущем случае, уравнительный ток не производит никакого перераспределения активной нагрузки.

В общем случае мы можем опустить значок «II». Так как уравнительный ток создает только продольную м.д.с. якоря, то, пренебрегая активным сопротивлением обмотки статора, имеемZ=jx_d, гдеx_d– продольная реактивность генератора. Тогда по формуле (2)

I= -j(3)

Если считать, что х_d=const, то токIлинейно зависит от ΔЕ и, следовательно, от э.д.с. Е₀, поскольку напряжение сетиU_c=const. При Е₀= 0 имеем; этим определяется положение на оси ординат точкиа. При Е₀=U_cтокI= 0; этим определяется положение точкивна оси абсцисс. Соединив точкиаивпрямой, построим левую ветвь зависимостиI=f(E₀). Правая ветвь этой зависимости строится симметрично прямой, поведенной через точкувпараллельно оси ординат.

Зависимость I=f(E₀) напоминает собою латинскую буквуUи на этом основании называетсяU-образной кривой.

Большое практическое значение имеет зависимость I=f(i_в). Пока генератор ненасыщен, э.д.с. Е₀пропорциональна токуi_в. Это имеет место, главным образом, в зоне недовозбуждения генератора, т.е. влево от точкив. Поэтому ветвьавможет представить в соответствующем масштабе зависимостьI=f(i_в).

При перевозбуждении генератора (i_в>Ов) начинает все более сказываться насыщение стали; кроме того, увеличивается рассеяние основных полюсов вследствие встречного действия продольной м.д.с. реакции якоря. Поэтому зависимостьI=f(i_в) вправо от точкив определяется кривой вс, тем сильнее отступающей от прямойI=f(E₀), чем больше токi_в.

Б.U-образные кривые генератора при нагрузке(U=const,f=const, М=const,i_в=var).

Так как по формуле (2) Ů_с=-Ů_г, то на диаграмме эти напряжения изображаются двумя равными по величине.