63)Покажите, как оценивается динамическая устойчивость синхронной машины методом площадей.

Наиболее простым методом исследования динамической устойчивости является метод площадей. В основе метода лежит угловая характеристика синхронной машины в переходном режиме . Так как качания ротора происходят сравнительно медленно, то сверхпереходными и апериодическими токами статора пренебрегают, а расчет периодических токов статора по осямd и q выполняют с помощью схем замещения (рис. 5.69). Согласно схеме рис.5.69, а сопротивление синхронной машины по оси d в переходном режиме меняется с на, поэтому уравнение напряжений преобразуется к виду, где.  Соответствующим образом изменяется и уравнение угловой характеристики. Так как, то в отличие от статической характеристикимаксимум этой кривой смещается в сторону углов. Рассмотрим переходный процесс в синхронном генераторе при снижении напряжения сети, вызванном удаленным коротким замыканием. Пусть до аварии генератор работал с некоторой нагрузкой. Угол нагрузкиопределяется по угловой характеристике статического режима (рис. 5.70, кривая 1). В результате аварии напряжение сети снижается и угловая характеристика приобретает вид, представленный на рис. 5.70, кривая 2. Аналогичным образом изменяется и электромагнитный момент генератора

. В исходном режиме электромагнитный момент был равен внешнему,. В первый момент аварийного режима электромагнитный момент снижается до величины, соответствующей точке «а» на кривой 2 (рис. 5.70). Поэтому возникнет положительный динамический момент , под действием которого ротор ускоряется (рис. 5.71). Процесс ускорения ротора будет происходить до тех пор, пока угол q не достигнет величины. Во время ускорения кинетическая энергия ротора возрастет на величину.

На рис. 5.70 энергия ускорения равна площади треугольника «abc», , где- площадка ускорения. В точке «с» внешний и электромагнитный моменты равны, но не равны угловые скорости вращения ротора и поля, поэтому в силу инерции ротора угол q будет продолжать увеличиваться. При этом электромагнитный моментпревысит внешний, и в сеть будет поступать больше мощности, чем развивает турбина,, поэтому ротор начнет тормозиться. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не израсходуется запасенная кинетическая энергия. Угловая скорость ротора вновь станет синхронной, а угол q достигнет максимального значения. Величинаопределяется из условия, где- площадь торможения.

Если максимально возможная площадь торможения будет меньше, то угол q превысит критическое значение. Электромагнитный моментстанет ниже. Ротор, не достигнув синхронной скорости, вновь начнет ускоряться, и генератор выпадет из синхронизма. Таким образом, условиеявляется критерием динамической устойчивости. Отношениехарактеризует запас динамической устойчивости: чем меньше площадка ускоренияи больше площадка торможения, тем выше запас динамической устойчивости. На динамическую устойчивость синхронной машины большое влияние оказывает регулирование возбуждения (рис. 5.72). При увеличении тока возбуждения площадка ускорения уменьшается на величину, а площадка торможения возрастает на величину. При больших возмущениях регулирование возбуждения выполняется в форме форсировки (подачи на обмотку возбуждения максимального напряжения возбуждения, где- кратность форсировки). Эффективность форсировки тем выше, чем больше кратность форсировкии чем выше быстродействие возбудителя. Кратность форсировки современных возбудителей составляет 2¸2,5, а быстродействие зависит от типа возбудителя.

Наибольшее быстродействие имеют тиристорные возбудители, питающиеся от независимого источника. Наиболее инерционными являются возбудители, выполненные на основе машины постоянного тока (электромашинные возбудители).