Р исунок 8.11 – к пояснению динамической устойчивости параллельной работы сг с сетью при отклонении активной мощности (а) и тока возбуждения (б)

Далее ротор начнет замедляться, а угол Ө уменьшается до значения, близкого к Ө₁ и т.д. Постепенно этот колебательный процесс затухнет и установится режим, соответствующий углу Ө₂ (точка В). Из приведенного примера следует, что работа СГ будет устойчива, если в процессе колебаний угол Q не превысит 90°. В противном случае устойчивость параллельной работы нарушится и генератор выпадет из синхронизма.

Аналогичные процессы происходят и при внезапном изменении тока возбуждения (рисунок 8.11,б). Точка А на этом рисунке соответствует номинальному режиму работы на угловой характеристике I. При уменьше­нии тока возбуждения генератор сразу переходит на угловую харак­теристику 2 в точку В и возникает неравенство моментов, , Под действием избыточного момента ротор приобретает ускорение, его скорость и угол Ө растут и рабочая точка перемещается по характеристике 2. Под действием сил инерции ротор проходит точку С, соответствующую равенству моментов и достигает некоторой точки Д, в которой избыток кинетической энергии вращающихся масс будет израсходован. Площадки АБС и СДЕ равны между собой. Затем ротор будет замедляться, угол Ө уменьшается до значения, близкого к Ө₁ и снова возникает колебательный процесс.

При отсутствии потерь в статоре и в роторе колебание ротора продолжалось бы бесконечно долго. Однако, в процессе колебаний помимо действующих на ротор генератора моментов приводного двигателя, а также электромагнитного и динамического моментов, возникают дополнительные тормозные моменты, под действием которых колебания быстро затухают и генератор переходит на устойчивую работу в точке С при равенстве и или = при угле Ө₂.

На рисунке 8.11(б) кривая 3 соответствует предельному значению тока возбуждения, при котором ускорение ротора под действием избыточного момента приводного двигателя происходит до критического значения угла Ө (площадь треугольника EKG < площади AFE) и генератор выпадает из синхронизма.

Для повышения динамической устойчивости параллельной работы СГ используют быстродействующие АРН и демпферные (успокоительные) обмотки на роторе. Успокоительные обмотки при изменении положения ротора (при его ускорении или замедлении) создают противодействующий асинхронный момент, который способствует снижению колебаний. В неявнополюсных СГ роль демпферной обмотки выполняют массивные полюса ротора, в которых при колебаниях индуктируются вихревые токи, создающие тормозной электромагнитный момент. Замечательным свойством синхронных машин является также способность автоматически увеличивать свою динамическую устойчивость за счет того, что в переходных процессах в обмотке якоря усиливаются эффекты вытеснения потока на пути рассеяния, синхронное индуктивное сопротивление x_c уменьшается, а это в соответствии с соотношением (8.13) приводит к увеличению максимума электромагнитной мощности.

8.6. Угловая характеристика явнополюсного

синхронного генератора

Для явнополюсной синхронной машины формула электромагнитной мощности получается из преобразований путем дополнительных построений на векторной диаграмме (рисунок 8.9,б) и определяется соотношением

. (8.23)

Первый член выражения (8.23)

(8.24)

определяет основную составляющую мощности генератора, зависящую как от напряжения сети U , так и от тока возбуждения, или от ЭДС .

Второй член

(8.25)

определяет дополнительную составляющую мощности, не зависящую от тока возбуждения.

В неявнополюсной машине , поэтому Электромагнитный момент явнополюсной синхронной машины также имеет две составляющие: основную

(8.26)

и дополнительную (реактивную)

(8.27)

Мощность и момент имеют место и при отсутствии возбуждения на роторе (при ), т.е. явнополюсный ротор, будучи втянутым в синхронизм, способен вращаться синхронно с полем статора при отсутствии возбуждения, при этом генератор развивает мощность за счет действия реактивного момента.