§ 21.2. Нагрузка генератора, включенного на параллельную работу.

Обычно совместно на одну сеть работают несколько синхрон­ных генераторов и мощность любого из них намного меньше сум­марной мощности всех остальных генераторов. Будем считать, что синхронный генератор подключают на параллельную работу с другими генераторами, суммарная мощность которых настолько велика по сравнению с мощностью подключаемого генератора, что при любых изменениях параметров этого генератора напряжение сети и ее частота остаются неизменными.

Рис. 21.3. Векторные диаграммы синхронного генератора, включённого на параллельную работу в сеть большой мощности:

а – при работе без нагрузки; б – при работе с нагрузкой

После подключения генератора в сеть при соблюдении всех ус­ловий синхронизации его ЭДС равна по значению и противоположна по фазе напряжению сети (рис. 21.3, а), поэтому ток в цепи генератора равен нулю, т. е. генератор работает без нагрузки. Механическая мощность приводного двигателя P₁ в этом случае полностью затрачивается на покрытие потерь х. х.: .

Отсутствие тока в обмотке статора синхронного генератора 0) приводит к тому, что обмотка статора не создает вращающегося магнитного поля и в генераторе действует лишь магнитное поле возбуждения, вращающееся вместе с ротором с угловой частотой , но не создающее электромагнитного мо­мента.

Рис. 21.3. К понятию об электромагнитном моменте синхронного генератора.

Если же увеличить вращающий момент приводного двигателя , то ротор машины, получив некоторое ускорение, сместится относительно своего первоначального положения на угол в на­правлении вращения. На такой же угол окажется сдвинутым вектор ЭДС генератора относительно своего положения, соответствующего режиму х. х. генератора (рис. 21.3, б). В результате в цепи статора появится результирующая ЭДС , которая создаст в цепи обмотки статора генератора ток I₁. Если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора и считать сопротивление этой обмотки чисто индуктивным, то ток , отстает по фазе от на угол 90° (рис. 21.3, б) и отстает по фазе от ЭДС на угол .

Ток I₁ создает магнитное поле, вращающееся синхронно с ротором и создающее вместе с полем ротора результирующее магнитное поле синхронной машины. Ось этого результирующего поля d'—d' не совпадает с продольной осью полюсов ротора d – d: в синхронном генераторе ось полюсов ротора d - d опережает ось результирующего поля машины d^’-d^’ на угол (рис. 21.4, а).

Известно, что разноименные магнитные полюсы взаимно притягиваются, поэтому между намагниченными полюсами ротора и неявно выраженными полюсами вращающегося поля статора возникают силы магнитного притяжения (рис. 21.4, б). Вектор это и силы на каждом полюсе ротора, направленный под углом к оси полюса, имеет две составляющие: - нормальная составляющая, направленная по оси полюсов, и — тангенциальная составляющая, направленная перпендикулярно оси полюсов ротора. Совокупность тангенциальных составляющих F₁ на всех полюсах ротора создает на роторе синхронного генератора электромагнитный момент, направленный встречно вращающему­ся магнитному полю:

, (21.1)

где D₂ — диаметр ротора.

Из полученного выражения следует, что электромагнитный момент синхронной машины является синусоидальной функцией угла и может быть представлен выражением

, (21.2)

где М_max — максимальное значение электромагнитного момента, соответствующее значению угла = 90 эл. град.

Электромагнитный момент М, возникающий на роторе генератора направлен встречно вращающему моменту приводного двигателя , т. е. он является тормозящим моментом. На преодоление этого момента затрачивается часть мощности приводного двигателя, которая представляет собой электромагнитную мощность

, (21.3)

где — угловая частота вращения ротора.

Таким образом, с появлением тока I₁ в обмотке статора синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, генератор получает электрическую нагрузку, а приводной двигатель (турбина, дизельный двигатель и т. п.) получает дополнительную механическую нагрузку. При этом механическая мощность приводного двигателя расходуется не только на покрытие потерь х. х. генератора , но и частично преобразуется в электромагнитную мощность генератора Р_эм, т. е.

(21.4)

Следовательно, электромагнитная мощность синхронного ч тора представляет собой электрическую активную мощность, преобразованную из части механической мощности приводного двигателя:

Что же касается активной мощности на выходе синхронного генератора , отдаваемой генератором в сеть, т. е.

то она меньше электромагнитной мощности Р_эм на значение, равное сумме электрических потерь в обмотке статора и добавочных потерь при нагрузке

. (21.5)

Следовательно, мощность на выходе синхронного генератора, (активная нагрузка) при его параллельной работе с сетью регулируется изменением вращающего момента приводного двигателя:

,

где — угловая синхронная скорость вращения ротора синхронной машины, рад/с.

Если все слагаемые уравнения (21.4) разделить на угловую частоту , то получим уравнение моментов

. (21.6)

Из этого уравнения следует, что вращающий момент , развиваемый приводным двигателем на валу генератора, равен сумме противодействующих моментов: момента х. х. , обусловленного потерями х. х. и электромагнитного момента М, обусловленного нагрузкой генератора.

Момент х. х. для данного генератора постоянен ( = соnst), поэтому нагрузка синхронного генератора возможна лишь за счет вращающего момента приводного двигателя, когда его значение превышает момент х. х., т. е. при .