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: 273;