6.1.2. Нагрузка сг, включенного на параллельную работу.

Рассмотрим работу СГ с сетью неограниченной мощности.

Режим работы синхронной машины параллельно с сетью при синхронной скорости вращения называется СИНХРОННЫМ.

Для простоты рассмотрим неявнополюсную машину.

1. Режим холостого хода при Ef = - Uc = U1.

Напряжение параллельно работающего генератора равно напряжению сети на зажимах генератора.

Тогда ток якоря генератора равен:

I1 = ( Ef – U1 ) / j Xd = dU / j Xd = -j dU / Xd

Установим такое возбуждение СГ, чтобы Еfбыло равно U.

После включения генератора в сеть и синхронизации положим, что

dU= Еf – U1=0. В этом случае ток СГI=0и приводной двигатель своей мощностью Р1 покрывает потери ХХ СГ.

В этом случае ось магнитного потока создаваемая индуктором будет совпадать с осью магнитного потока якоря, а, следовательно, и с осью индуктора. Обозначим угол между осью индуктора и осью суммарного магнитного потока углом .

Этот угол зависит от нагрузки машины и называется углом нагрузки.

Поскольку ось ЭДС якоря отстает от оси индуктора на 90, а ось результирующего потока отстает от напряжения на угол 90уголявляется углом между ЭДС, создаваемой индуктором в обмотке статора и напряжением на зажимах генератора.

ЭМ.СM. 6.4. 12.03.2005. 10.10.2010.

Векторная диаграмма для этого случая приведена на рис. 6.2. а.

[Вольдек C. 709]

Е0 U1 U1 dU dU E0

E0 U1

Ia Ia

a б в

Рис. СМ. 6.2. Работа СГ от сети. Холостой ход.

U1= - Uc

а. Ef = U1. dU = Ef - U1 = 0. Ia = 0.

б. Еf < U1. dU = Ef – U1 < 0.  = - 90.

в. Ef > U1. dU= Ef – U1 > 0.  = 90.

2. Режим холостого хода при Ef < U1. dU = Ef – U1 < 0. = -90.

Уменьшим ток возбуждения СГ.

В этом случае уменьшится ЕfиdU < 0. Ток якоряIaбудет отставать отdUна90, но опережатьЕfиU1на 90. В результате этого СГ будет отдавать в сеть емкостный ток или потреблять индуктивный. Иными словами СГ в этом режиме будет потреблять из сети только реактивный (индуктивный) ток и не будет ни создавать и не потреблять активной мощности.

Такая машина называется НЕДОВОЗБУЖДЕННОЙ.

Векторная диаграмма для этого случая приведена на рис. 6.2. б.

3. Режим холостого хода при Ef > U1. dU =Ef – U1 > 0. =90.

Увеличим ток возбуждения СГ.

В этом случае Еfувеличится иdU>0. Возникающий ток, отстает отdU на 90, а так же отстает на 90отEf и U1. СГ в этом режиме отдает в сеть только реактивный ток и реактивную мощность и не создает и не потребляет активной мощности.

Такая машина называется ПЕРЕВОЗБУЖДЕННОЙ.

Векторная диаграмма для этого случая приведена на рис. 6.2.в.

Этот режим называется режимом синхронного КОМПЕНСАТОРА.

Таким образом, изменение тока возбуждения синхронной машины приводит к изменению реактивного тока и реактивной мощности и не вызывает изменения активной мощности.

Для изменения активной мощности необходимо изменить момент приводного двигателя.

ЭМ.СM. 6.5. 12.03.2005. 11.10.10.

4. Режим нагрузки при Ef=U1.

Если увеличить момент приводного двигателя, то ротор получит приращение скорости и начнет поворачиваться относительно оси магнитного потока статора и сместится на угол  > 0по вращению ротора. На этот же угол сместится и поток индуктора иЕfв цепи якоря.

В результате этого образуется разность dU = Ef - U1. Эта разность приведет к появлению в обмотке статора токаI1. Если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора, то ток будет равен:

I1 = (Ef – U1) /jXd = -j dU / Xd

и будет отставать от dU на угол 90 град. и отEf на угол.

Векторная диаграмма для этого случая приведена на рис.6.3.

dU U1

Ia

Ef

Ф

Фа Фf

Рис. СМ.6.3. Векторная диаграмма режима нагрузки СГ.

dU = Ef – U1 ; Ia = (Ef – U1) / jXd = - j dU / Xd

Ток I1 - опережает U1. СГ - потребляет индуктивный или отдает емкостный ток

СГ недовозбужден. Еf опережает U1 и  > 0.

Ток I1 создает магнитный поток реакции якоря, вращающийся синхронно с ротором и совместно с потоком ротора результирующее магнитное поле СГ.

Ось этого результирующего поля не совпадает с осью полюсов ротора и отстает от этой оси на угол  или ось ротора опережает ось результирующего потока на угол.

У генератора вектор U1отстает от вектораЕf, и угол нагрузки. считается положительным, у двигателя наоборотU1 опережаетЕfи угол нагрузки. считается отрицательным.

В результате взаимодействия потоков ротора и статора возникают электромагнитные силы магнитного притяжения Fr. Рис. 6.4.

Вектор этой силы, направленной под углом к оси полюса имеет две составляющие:

Fr = F* COS() Ft = F * SIN()

ЭМ.СM. 6.6. 12.03.2005.11.10.10

Рис. 6.4. Силы действующие

на полюс статора.

Составляющая Frнаправлена по оси полюса.

Составляющая Ft направлена перпендикулярно оси полюса и создает электромагнитный момент, направленный встречно вращающемуся полю.

M = Ft * Dp / 2 * 2 * p = Fm * Dp * p * SIN ()

где Dp - диаметр ротора. Или

М = Мmax * SIN ()

где:

Mmax = Fm * Dp * pτ

М

Рисунок 6.5. Моментная характеристика

неявнополюсного синхронного генератора.



Этот момент направлен навстречу моменту приводного двигателя, т.е. является тормозящим. На преодоление этого момента требуется мощность:

P1 = M * 1

Зависимость М или мощности Р от угла , называется угловой характеристикой синхронной машины.

Таким образом, СГ преобразует механическую мощность приводного двигателя в электромагнитную мощность, отдаваемую генератором в сеть.

P2 = P1 - Ps -

где - Ps0 - Суммарные потери в генераторе.

Мощность, отдаваемая генератором можно представить в следующем виде:

P2 = m1 * U1 * I1 * COS()

ЭМ.СM. 7.1. 16.03.2008.29.07.09