1.11. Режимы работы синхронного генератора при параллельном включении с сетью

Изменение активной и реактивной мощностей синхронного генератора, работающего параллельно с сетью большой мощности, происходит при изменении внешнего момента и тока возбуждения.

Для того чтобы обеспечить требуемый режим работы генератора, обычно одновременно регулируется и ток возбуждения, и вращающий момент.

Методически проще разобрать два предельных случая регулирования:

а) момента при неизменном токе возбуждения;

б) тока возбуждения при неизменном внешнем моменте.

Работа генератора с неизменным током возбуждения при различных значениях момента. Для генератора с неявно выраженными полюсами векторную диаграмму (рис. 1.39, а) строят по уравнению

.

На векторной диаграмме показан вектор напряжения сети Ù_с, который по контуру обмотки генератора имеет направление, встречное к вектору напряжения генератора, т. е. Ù = –Ù_с.

Если генератор работает с cosφ = 1, то вектор тока якоря İ_a1 совпадает по направлению с вектором напряжения Ù, а вектор э. д. с. Ė₀₂ опережает эти векторы на угол θ₁. При изменении нагрузки, например при ее возрастании, угол θ должен увеличиться до какого-то значения θ₂ в соответствии с возрастанием мощности от P_I до Р_II.

Принимая полезную мощность (отдаваемую в сеть) равной электромагнитной

для соотношения мощностей Р_I и Р_II получим

.

Таким образом, при увеличении мощности с Р_I до Р_II вектор э. д. с. Ė₀ повернется в сторону опережения и образует с вектором Ù угол θ₂. Легко заметить, что при изменении нагрузки конец вектора Ė₀ будет скользить по окружности, радиус которой равен модулю Е₀, так как ток возбуждения остается неизменным.

Соединив конец вектора Ù с концом вектора Ė₀₁, получим вектор jİ_a2x_сн, после чего построим вектор тока İ_а2; он будет перпендикулярен падению напряжения jİ_a2x_сн, а его модуль определится из соотношения

.

Если момент, приложенный к валу генератора, уменьшен по сравнению с моментом в исходном режиме, то новый угол θ, будет меньше угла θ₁. Построение всех векторов (рис. 1.39, а) на диаграмме и в этом случае производится аналогично описанному в предшествующем примере.

Приведенные диаграммы показывают, что при изменении внешнего момента, приложенного к валу синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, изменяется не только активная мощность, но и реактивная. Поэтому обычно, для того чтобы обеспечить наиболее благоприятный или требуемый режим работы, при изменении активной мощности приходится регулировать и ток возбуждения.

Рис. 1.39 - Векторные диаграммы синхронного генератора при I_в = const,

М = var и I_в = var, М = const

Работа генератора с неизменным моментом при различных значениях тока возбуждения. Неизменность внешнего момента на валу генератора эквивалентна неизменности его мощности:

.

При работе на сеть большой мощности Ù = –Ù_c = const, следовательно, при изменении тока возбуждения останется постоянной активная составляющая тока якоря I_a cosφ = const.

На векторной диаграмме (рис. 1.39, б) это условие выразится в том, что конец вектора тока будет скользить по прямой АВ, перпендикулярной вектору напряжения Ù.

Однако при неизменной мощности (для машины с неявно выраженными полюсами) справедливо будет условие

.

При изменении тока возбуждения остаются неизменными все величины, кроме Е₀ и sinθ; следовательно, условие неизменной мощности приводит к условию

.

На диаграмме (рис. 1.39, б) конец вектора Ė₀ скользит по прямой CD, параллельной вектору напряжения Ù. Чем меньше ток возбуждения, тем меньше по модулю вектор Ė₀, но зато больше угол θ.

Вектор тока İ_а перпендикулярен направлению вектора падения напряжения jİ_ax_сн, поэтому его можно построить, если задаться углом θ. Легко заметить, что минимальному значению тока I_а соответствует режим работы при cosφ = 1, чему отвечает вполне определенный ток возбуждения.

Рис. 1.40 - U-образные характеристики синхронного генератора

Зависимость тока якоря от тока возбуждения, называемая U-образной характеристикой, представлена на рис. 1.40. Для каждой мощности имеется вполне определенный ток возбуждения, которому соответствует минимум тока якоря. Чем больше мощность, тем большим должен быть ток возбуждения, отвечающий минимальному току якоря. Штриховая кривая, проведенная через точки минимумов, соответствует режимам работы генератора с соsφ = 1.