Генераторами

 

Содержание лекции: уравнение движения ротора генератора, характеристика мощности генератора с АРВ, типы АРВ.

Цели лекции: вывод уравнения движения ротора генератора, ознакомление с режимами работы генераторов, имеющих АРВ, типы АРВ.

 

11.1 Уравнение движения ротора генератора

 

Незначительное возмущение в цепи статора генератора вызывает движение ротора в сторону увеличения или уменьшения угла δ (это зависит от знака избыточного момента). Возмущение сообщает ротору некоторое ускорение α, которое в относительных единицах пропорционально избыточному моменту ΔМ и обратно пропорционально постоянной инерции T_j:

 

. (11.1)

Здесь принимается, что при небольших изменениях скорости ; T_j – время, в течение которого скорость ротора изменяется от нуля до номинальной под действием номинального избыточного момента и при постоянном моменте сопротивления. Оно определяется:

 

(с) (11.2)

 

где GD² – маховый момент, т м²;

n – скорость вращения, об/мин;

S_ном – номинальная мощность генератора, кВА.

Возвращаясь к уравнению (11.2) и учитывая, что ускорение представляет собой вторую производную от угла по времени

 

, (11.3)

 

получаем

 

(11.4)

 

где Р_о – мощность турбины;

P_max – максимальное значение мощности аварийного режима.

Уравнение (11.4) называется уравнением движения ротора генератора. Его решение в форме δ = f(t) дает картину изменения угла δ во времени и позволяет судить об устойчивости генератора.

 

11.2 Характеристика мощности электропередачи с регулируемыми генераторами

 

Рассмотрим простейшую систему, принципиальная схема и схема замещения которой показана на рисунке 11.1. Из схемы замещения определим суммарное индуктивное сопротивление Х_с = Х_г + Х_т1 + Х_л + Х_т2. Предположим, что у генераторов отсутствует система регулирования напряжения.

 

 

Рисунок 11.1

 

Построим векторную диаграмму рассматриваемой системы. Значение напряжения на шинах генераторов можно получить, прибавляя к вектору напряжения приемника падение напряжения в суммарном индуктивном сопротивлении трансформаторов и линии Х_тл = Х_т1 + Х_л + Х_т2. Прибавляя далее к вектору падение напряжения в синхронном индуктивном сопротивлении генератора Х_г, находим ЭДС генератора в данном режиме . Вектор напряжения на шинах генератора делит вектор полного падения напряжения на два отрезка: IХ_тл и IХ_г – в отношении значений индуктивных сопротивлений Х_тл и Х_г. При увеличении угла δ на Δδ вектор ЭДС генератора займет новое положение, показанное на диаграмме (см. рисунок 11.2) штриховой линией. Положение вектора напряжения генератора в новом режиме можно найти, разделив в том же отношении значений индуктивных сопротивлений Х_тл и Х_г вектор полного падения напряжения, соединяющий концы векторов и .

Как вытекает из диаграммы, вектор напряжения при увеличении угла δ поворачивается, следуя за вектором , и при этом уменьшается. Этот вывод справедлив для напряжения любой другой точки схемы электропередачи: на шинах подстанции, на линии и т.д.

 

 

 

Рисунок 11.2

 

При наличии у генераторов автоматических регуляторов возбуждения контролирующих напряжение U_г, регуляторы, реагируя на понижение напряжения при возрастании угла δ, будут увеличивать ток возбуждения генераторов, а с ними ЭДС до тех пор, пока не восстановят прежнего значения напряжения.

Рассматривая установившиеся режимы работы генератора с АРВ при различных значения угла δ, исходят из постоянства напряжения U_г. Значение же ЭДС генератора при этом будет возрастать с увеличением угла δ. На рисунке 11.3 показано семейство характеристик Р = f (δ), построенных для различных значений ЭДС.

 

 

Рисунок 11.3

 

Если принять за исходную точку нормального режима точку а, то при увеличении мощности Р_о (сопровождающемся увеличением угла δ) точки новых установившихся режимов будут определяться переходом с одной характеристики на другую в соответствии с векторной диаграммой (см. рисунок 11.2). Соединив между собой точки установившихся режимов при разных уровнях возбуждения, получим внешнюю характеристику генератора. Она возрастает даже в области углов δ > 90 ^о, и ее максимум достигается при угле δ_г = 90 ^о, где

δ_г – угол вектора напряжения на шинах генератора U_г. Но возможность работы в области углов больших 90^о зависит от типа регулятора возбуждения.

 

11.3 Типы автоматических регуляторов возбуждения (АРВ)

 

В настоящее время применяются два типа АРВ – пропорционального и сильного действия.

АРВ сильного действия дают принципиальную возможность поддерживать практически постоянное напряжение на шинах генераторов или на стороне высшего напряжения трансформатора во всех режимах.

АРВ пропорционального действия поддерживают близкой к постоянной ЭДС (E_q ≈ const).

Параметрами АРВ являются коэффициенты усиления и постоянные времени его элементов.

Коэффициенты усиления по отклонению определяют точность поддержания напряжения при изменении установившегося режима, меняют параметры установившегося режима, деформируют статические характеристики системы: P (δ), U (δ), U (P), Q (δ) и др.

Коэффициентами усиления по производным называются коэффициенты стабилизации. Эти коэффициенты, не меняя статических характеристик, деформируют динамические характеристики системы и вводят в систему положительное демпфирование. Благодаря этому улучшается затухание переходных процессов.

В проектных расчетах синхронную машину представляют схемой замещения: U = const, Х_г = 0 (АРВ сильного действия) или Е^'_q = const, Х_г = Х^'_d (АРВ пропорционального действия).