15.8. Работа синхронного генератора в электрической системе большой мощности

Трехфазная электрическая система большой мощности представляет собой большое число трехфазных источников и трехфазных потребителей электрической энергии, работающих параллельно. Можно считать, что частичное изменение числа источников и потребителей электрической энергии в мощной системе не влияет на режим ее работы. Поэтому действующее значение напряжения на общих шинах системы, так же как частоту, можно всегда считать постоянными величинами. На рис. 15.7 приведена эквивалентная схема замещения фазы мощной системы, содержащей источник бесконечной мощности Ė и нагрузку системы Z_н. На этом же рисунке показана эквивалентная схема замещения фазы синхронного генератора без учета активного сопротивления фазной обмотки, который подключен к общим шинам системы.

Если пренебрегать активным сопротивлением фазной обмотки, то уравнение электрического состояния фазы синхронного генератора будет иметь вид:

Процессы, происходящие в синхронном генераторе, подключенном к мощной электрической системе, иллюстрирует векторная диаграмма (рис. 15.8).

Построение такой диаграммы .удобно начать с вектора напряжения на шинах мощной системы Ė = U, направив его вверх по оси ординат. Это напряжение уравновешивается частью ЭДС Ė _о фазной обмотки статора, индуктируемой в ней потокосцеплением ψ₀. Прибавив в вектору U вектор jxİ перпендикулярный İ, получим вектор Ё_о. Положение вектора потокосцепления ψ₀ на векторной диаграмме определяется тем, что он опережает индуктируемую им ЭДС Ė ₉, на угол 90°. Так как jxİ = -Ė _рас - Ė _р,я, т. е. равно сумме ЭДС, индуктируемых потокосцеплениями рассеяния и реакции якоря, то уравнение электрического состояния фазы синхронного генератора (15.8) можно записать так:

Напряжение фазы синхронного генератора равно сумме ЭДС, индуктируемых в фазной обмотке тремя потокосцеплениями ψ₀, ψ_рас и ψ_р,_я. Но физически эти потокосцепления образуют одно результирующее потокосцепление с фазной обмоткой ψ = ψ₀ + ψ_рас +ψ_р,я

Следовательно, можно считать, что напряжение между выводами фазы синхронного генератора равно ЭДС, индуктируемой результирующим потокосцеплением ψ с фазной обмоткой. Это определяет направление вектора ψ, который должен опережать по фазе векторU = Ė на 90°. Направление векторов ψ_рас. и ψ_р,я совпадает с направлением вектора İ. Углы θ сдвига фаз между векторами Ė_о и U между векторами ψ₀ и ψ равны между собой. Значение угла сдвига фаз θ принято отсчитывать от направления векторов Ė_о и ψ₀

Для синхронной машины, работающей в режиме генератора, значение этого угла всегда меньше нуля (θ < 0).

Сдвигу фаз θ между векторами потокосцеплений соответствует пространственный сдвиг на угол Ыр между осями полюсов ротора и направлением результирующего магнитного поля синхронного генератора (рис. 15.9).

Из анализа векторной диаграммы следует, что действующее значение результирующего потокосцепления с фазной обмоткой синхронного генератора, подключенного к мощной электрической системе U = const, является постоянной величиной (ψ = const) и не зависит от нагрузки.