7.10. Мощность синхронизации и момент синхронизации

Способность синхронной машины оставаться в синхронизме с сетью называется стабильностью. Машина стабильна, если производная электромагнитного момента по пространственному углу будет положительной .

Это значит, что положительному приращению угла должно соответствовать положительное приращение момента и отрицательному приращению угла соответствовать отрицательное приращение момента. Производную электромагнитного момента по углу называют синхронизирующим моментом

,

а производная мощности по углу называется синхронизирующей мощностью

.

Синхронизирующий момент уменьшается с увеличением угла и равен нулю при . Статическая стабильность машины ограничена максимальным электромагнитным моментом

.

В нормальных условиях синхронная машина работает далеко от предела статической стабильности. Это объясняется тем фактом, что пока угол становится больше 40 , синхронизирующий момент быстро уменьшается, это говорит о том, что большому изменению угла соответствует только малое увеличение мощности. В большинстве случаев у синхронных машин угол при номинальной нагрузке не превосходит 20–30 .

7.11. Влияние тока возбуждения на режим работы синхронного генератора

Электродвижущая сила синхронной машины, работающая параллельно с сетью, может быть в фазе с напряжением сети и равна этому напряжению. В этом случае ток, протекающий в машине, равен нулю и по отношению к сети. Электродвижущую силу обмотки статора можно изменить путем изменения тока возбуждения. В обмотке статора появится некоторое нарушение равновесия, определяемое разностью ЭДС статора и напряжением сети. В обмотке потечет ток, величина которого будет зависеть от сопротивления обмотки статора

.

В этом случае машина не отдает в сеть активной мощности, так как ток будет чисто реактивным по отношению к вектору ( ) и сдвинут по фазе относительно разности напряжений ( ) на 90  (рис. 7.39, а).

Рис. 7.39

Рис. 7.40

Можно сказать, что синхронная машина перевозбуждена, когда ток статора отстает от напряжения , а в недовозбужденной машине ток опережает напряжение (рис. 7.39, б). При постоянном механическом моменте на оси машины, не равном нулю, когда электрическая мощность поставляется в сеть постоянно и не равна нулю, машина работает в режиме генератора.

Активная мощность машины в этом случае постоянна , напряжение на зажимах генератора тоже постоянно . Таким образом,  величина постоянная. При изменении тока возбуждения активная составляющая тока должна оставаться постоянной и конец вектора тока будет перемещаться по прямой , перпендикулярной (рис. 7.40). С другой стороны,  величина постоянная и является отрезком перпендикуляра, опущенного из конца вектора на направление . В этом случае конец вектора при изменении тока возбуждения переместится по прямой , параллельной напряжению и находящейся на расстоянии от него (см. рис. 7.40).

Рис. 7.41

При изменении тока возбуждения, ток статора генератора имеет минимальное значение при , что соответствует переходу от недовозбужденного состояния к перевозбужденному. Соответствующая характеристика зависимости напоминает по форме букву и ее называют -образной характеристикой. Каждому значению мощности нагрузки соответствует своя -образная характеристика (рис. 7.41).

Значения тока возбуждения, соответствующие коэффициенту мощности (на рисунке эти значения представлены пунктирной линией) увеличиваются с увеличением мощности нагрузки. Этот факт объясняется увеличением потерь в обмотке статора и увеличением падений напряжений и .