Работа синхронного генератора в электрической системе большой мощности
Трехфазная электрическая система большой мощности состоит из большого числа трехфазных источников и трехфазных приемников электрической энергии, работающих параллельно. Можно считать, что частичное изменение числа источников и приемников электрической энергии в системе большой мощности не влияет на режим ее работы. Поэтому действующее значение напряжения на общих шинах системы, так же как частоту, можно всегда считать постоянными величинами. На рис. 15.7 приведена эквивалентная схема замещения фазы системы большой мощности, содержащая источник бесконечной мощности ЭДС Е и приемник с сопротивлением нагрузкиZu.На этом же рисунке показана эквивалентная схема замещения фазы синхронного генератора без учета активного сопротивления фазной обмотки, который подключен к общим шинам системы. Запишем уравнение электрического состояния фазы синхронного генератора:
E0-E = jXi
или
Ё0 = Ё + jXi = и + jXi. (15.8)
Рис. 15.8
Процессы, происходящие в синхронном генераторе, подключенном к электрической системе большой мощности, иллюстрирует векторная диаграмма (рис. 15.8). В качестве исходного выбран вектор напряжения на шинах системыU = Ё, направленный по оси ординат.
Это напряжение уравновешивается частью ЭДС J50фазной обмотки статора, индуктируемой в ней потокосцеплением Ф(). Прибавив к векторуUвекторjXi, перпендикулярный /, получим вектор Ё0. Положение вектора потокосцепления Ф0 определяется тем, что он опережает индуктируемую им ЭДС Ё0 на угол 90°. Так какjXi = — —^Рас — т-е- это падение напряжения, учитывающее сумму ЭДС, индуктируемых потокосцеплениями рассеяния и реакции якоря, то уравнение электрического состояния фазы синхронного генератора (15.8) можно записать так:
|
|
Яо + Ерж + Ерм = U = Е.
Напряжение фазы синхронного генератора равно сумме ЭДС, индуктируемых в фазной обмотке тремя потокосцеплениями Ф0, Фрас и Фр я. Но физически эти потокосцепления образуют одно результирующее потокосцепление с фазной обмоткой Ф = Ф0 + Фрас 4- Фр я.
Рис. 15.7 |
Статор vpffiU Н Жrf |
\ \ Вращение ротора \ \ генератора \ \ |
Следовательно, можно считать, что напряжение между выводами фазы синхронного генератора равно ЭДС, индуктируемой результирующим потокосцеплением Ф с фазной обмоткой. Это определяет направление вектора Ф, который должен опережать по фазе вектор U= Ёна 90°. Направление векторов Фрас, и Фр^, совпадает с направлением вектора I. Углы Э сдвига фаз между векторамиUи Ё0 и между векторами Ф и Ф0 равны между собой. Значение угла сдвига фаз 0 принято отсчитывать от направления век-
торов Ё0 и Ф0. Для синхронной машины, работающей в режиме генератора, значение этого угла всегда меньше нуля (Э < 0).
|
|
Сдвигу фаз Э между векторами потокосцеплений соответствует пространственный сдвиг на угол 0/р между осями полюсов ротора и направлением результирующего магнитного поля синхронного генератора (рис. 15.9).
Действующее значение результирующего потокосцепления с фазной обмоткой синхронного генератора, подключенного к электрической системе большой мощностиU= const, — постоянная величина (Ф = const) и не зависит от нагрузки.
Электромагнитный момент и угловая характеристика синхронного генератора
Проанализируем зависимость электрической мощности Р и электромагнитного момента Мш синхронного генератора от угла 0 < 0. Для этого воспользуемся векторной диаграммой на рис. 15.8.
Электрическая мощность всех трех фаз синхронного генератора
Р = 3 Мсовф = 3£0/coscp = ЗД,/сов(ф - 0). (15.9)
Построим прямоугольный треугольник, у которого Ё0 — гипотенуза, a U— часть катета. Второй катет этого треугольника, противолежащий углу 0,
XI совф = .Eosin|0|;
из той же диаграммы получаем равенство Е0cos ф0 = Ucos ф, что дает возможность выразить электрическую мощность синхронного генератора в следующей форме:
|
|
Р = 3 ^//совф = 3E0Usm\Q\/X. (15.10)
Электромагнитный момент, создаваемый взаимодействием тока якоря с магнитным полем ротора, связан с электрической мощностью известным простым соотношением
Цт = P/Uр,
где синхронная угловая скорость ротора
оо р = 2тт/60 = 2itf/p =u/p,
на основании чего
(15.11)
U) А
Так как напряжениеUи частота / в электрической системе большой мощности постоянны, то мощность и электромагнитный момент синхронного генератора при постоянном токе возбуждения зависят
только от угла |0|. Эта зависимость синусоидальная, она называется угловой характеристикой синхронного генератора (рис. 15.10); для мощности и электромагнитного момента она отличается лишь масштабом.
Угловые характеристики позволяют проанализировать процессы, происходящие в синхронном генераторе при изменении нагрузки.
Работа, совершаемая первичным
двигателем, преобразуется в электрическую энергию, отдаваемую генератором в сеть. При увеличении создаваемого первичным двигателем вращающего момента (Мвр> Мвр1 = Мэм1) (точка 1) вследствие ускорения, сообщаемого ротору, угол |0| увеличивается. После нескольких колебаний около значения синхронной угловой скорости равновесие вращающего момента генератора восстанавливается (Мвр2 = Мэм2, точка 2) при новом значении угол |02| >|0i|.
|
|
Мэм,Р| Устой- Неустойчивый чивый режим режим о ШРЫ V2 Рис. 15.10 |
* |0| |
Работа синхронного генератора устойчива при изменении угла |0| в пределах 0 —-к/2. Значению |0| = -к/2 соответствуют согласно (15.10) и (15.11) максимальная электрическая мощность
|
^шах = 3£0(//Х
(15.12) (15.13) |
и максимальный электромагнитный момент
Мэмюах = 3 pE0U/uX.
-эм max
|
Значение -к/2 — |0| определяет запас устойчивости синхронного генератора.
При углах |0| > -к/2 работа синхронного генератора неустойчива. В этих условиях вращающий момент первичного двигателя Мвр превышает максимальный тормозной электромагнитный момент генератора. Избыток вращающего момента (Мвр> Мэм) создает дальнейшее ускорение ротора, что обусловливает дальнейшее возрастание |0| и новое уменьшение тормозного момента и т.д., пока генератор не выпадает из синхронизма. Чтобы восстановить запас устойчивости -к/2 — |0| синхронного генератора при увеличенной нагрузке, необходимо увеличить ток возбуждения (точка 3).
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 646; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!