4.Угловые характеристики синхронного генератора.

Зависимость называется угловой характеристикой активной мощности синхронной машины. Изучение этой характеристики позволяет выяснить ряд важных свойств синхронной машины.

Искомым математическим выражением угловой характеристики мощности:

Согласно ему: Электромагнитный момент

пропорционален мощности P, и поэтому зависимость

имеет подобный вид.

Далее считаем, что машина работает параллельно с сетью бесконечной мощности и поэтому U=const, f=const и ток возбуждения не меняется. Также предположим, что µ_c=const и x_d=const и x_q=const.

У неявнополюсной машины x_d=x_q отсюда:

При указанных предположениях P= f(Θ) представляет собой синусоиду (рис. 35-8 а).

Полуволны P>0 соответствуют генераторному режиму работы и полуволны P<0 – двигательному. При беспрерывном изменении Θ синхронная машина попеременно переходит из генераторного режима работы в двигательный и обратно. Такое изменение Θ означает, что ротор машины вращается несинхронно – несколько быстрее или несколько медленнее поля реакции якоря. Зависимость Р = f (Θ) на рис. (35-8 а), а при этом действительна только при бесконечно медленном изменении Θ, когда в результате несинхронного вращения ротора в цепях индуктора не индуктируется никаких токов.

Изменение угла Θ на величину 2π означает, что ротор машины передвинулся относительно поля статора на два полюса. Режим работы машины при этом не изменяется. Поэтому достаточно рассмотреть угловую характеристику в пределах -π≤Θ≤π. Диапазон -π≤Θ≤0 соответствует двигательному, а диапазон 0≤Θ≤π — генераторному режиму. Так как полупериоды синусоидальной кривой симметричны, то свойства синхронной машины в двигательном и генераторном режимах аналогичны.

При увеличении Р от нуля угол  будет расти от  = 0° и при критическом угле нагрузке _кр = 90° достигается максимальная мощность Р = Р_max, которую способен развить генератор. При дальнейшем увеличении  (более 90°) активная мощность генератора уменьшается. Таким образом, область 0 <  < 90° -область устойчивой работы, область 90° <  < 180° - неустойчивой работы. В двигательном режиме кривые аналогичны (отображаются относительно 0 ).

Невозбужденная явнополюсная машина. Если if = 0, то и Е = 0, так как в нормальных машинах э д с. от остаточного магнитного потока пренебрежимо мала. В этом случае:

Зависимость Р = f (Θ) представляет собой синусоиду с удвоенной частотой (рис. 35-8, б). Явнополюсная машина в состоянии развивать мощность при синхронном режиме работы также без возбуждения. Устойчивая работа в режиме генератора происходит при 0 < Θ < 45°, а в режиме двигателя — при -45° < Θ < 0°. Пределу устойчивой работы соответствует Θкр = ± 45° вместо Θкр = ± 90° в предыдущем случае.

У невозбужденной явнополюсной машины электромагнитный момент развивается исключительно вследствие действия поля реакции якоря при наличии неравномерности воздушного зазора (xd не равно x q) и называется поэтому реактивным. Этот режим может возникнуть, например, когда при параллельной работе с сетью явнополюсный генератор по какой-либо причине теряет возбуждение.

Возбужденная явнополюсная машина. В этом случае оба члена равенства отличны от нуля и машина развивает мощность как за счет электромагнитного момента, создаваемого с участием потока возбуждения, так и за счет реактивного электромагнитного момента. На рис. 35-12 изображены кривые 1 и 2 обеих составляющих мощности и кривая 3 суммарной мощности.

Максимальная мощность и предел устойчивости работы в данном случае наступают при критическом угле Θкр.

Угловая характеристика реактивной мощности. Наряду с рассмотренными выше характеристиками активной мощности представляют интерес также угловые характеристики реактивной мощности Q.

Так как косинус — функция четная, то при прочих равных условиях эта характеристика для режимов генератора и двигателя одинакова.

Кривая Q_*=f (Θ) по формуле для перевозбужденной синхронной машины при Е_*=1,87, U_*=1, x_d*=1,1, x_q*=0,75 изображена на рис. 35-13. Из этой кривой видно, что если при Θ=0 генератор отдает в сеть реактивную мощность, то с увеличением Θ величина Q начинает падать и при некотором Θ изменяет знак, т. е. машина начинает потреблять реактивную мощность из сети. Это является следствием того, что при Е = const и U = const в случае увеличения активной нагрузки вектор I непрерывно поворачивается против часовой стрелки и при некотором Θ начинает опережать вектор U.

Рассмотренные выше выражения угловых характеристик дают правильные результаты, если в них подставляются насыщенные значения параметров. Поскольку эти значения в большинстве случаев неизвестны, то расчеты по этим выражениям часто выполняются при подстановке ненасыщенных значений параметров. При этом значения максимальной мощности получаются заниженными на 8—12%, а значения углов Θ_кр — завышенными на 8—15%. Значение угла Θ при Р = Р_н также получается завышенным.