РЕЖИМЫ РАБОТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЕ С СЕТЬЮ

Способы регулирования. Изменение активной и реактивной мощностей синхронного генератора, работающего параллельно с сетью большой мощности, осуществляется путем изменения внешнего момента и тока возбуждения. Чтобы обеспечить требуемый режим работы генератора, обычно одновременно регулируют и ток возбуждения, и вращающий момент.

Рассмотрим два предельных случая регулирования: а) момента при неизменном токе возбуждения; б) тока возбуждения при неизменном внешнем моменте.

Работа генератора с неизменным током возбуждения. Для генератора с неявно выраженными полюсами векторную диаграмму (рис. 6.35, а)строят по уравнению Ú = É₀- jÍ_а X_сн .Вектор напряжения сети Ú_c по контуру обмотки генератора имеет направление, встречное вектору напряжения генератора, т. е. Ú = - Ú_c .

Если генератор работает с cos φ = 1, то вектор тока якоря Í_а1 совпадает по направлению с вектором напряжения Ú, а вектор ЭДС É₀₁опережает эти векторы на угол θ₁ . При изменении нагрузки, например при ее возрастании, следует увели­чить момент, приложенный к валу генератора. При этом угол в должен увеличиться до какого-то значения θ₂ в соответствии с возрастанием мощности со значения P₁ до Р₂.

Принимая полезную мощность (отдаваемую в сеть), равной электромагнитной
Р = т (Е₀/Х_сн ) U sin θ, для соотношения мощностей Р₁ и Р₂ имеем Р₁/Р₂ = sinθ₁/sinθ₂. Таким образом, при увеличении мощности с Р₁ до Р₂ вектор ЭДС É₀ поворачивается в сторону опережения и образует с вектором Ú угол θ₂. Конец вектора É₀ скользит по окружности радиусом, равным Е₀, так как ток возбуждения остается неизменным.

Соединив конец вектора Ú с концом вектора É₀₂ , получим вектор jÍ_а2 X_сн . Вектор тока Í_а2перпендикулярен падению напряжения jÍ_а2X_сн , а его модуль определится из соотношения

I_a2/I_a1 = |Í_а2X_сн|/|jÍ_а1X_сн|.

При уменьшении мощности с Р₁ до Р₃ следует уменьшить момент, приложенный к валу генератора. При этом новый угол θ₃ меньше угла θ₁. Построение всех векторов (рис. 6.35, а) на диаграмме и в этом случае аналогично описанному в предшествующем примере.

Рис. 6.35. Векторные диаграммы синхронного генератора при различных режимах нагрузки

Приведенные диаграммы показывают, что при изменении внешнего момента, приложенного к валу синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, изменяется не только активная, но и реактивная мощность. Следовательно, для того чтобы обеспечить наиболее благоприятный или требуемый режим работы генератора, при изменении активной мощности необходимо регулировать и ток возбуждения.

Работа генератора с неизменным моментом. Неизменность внешнего момента на валу генератора эквивалентна неизменности его мощности Р = mUI_a cos φ. При работе на сеть большой мощности U = U_с = const, следовательно, при изменении тока возбуждения остается постоянной активная составляющая тока якоря I_a cos φ = const. На векторной диаграмме (рис. 6.35, б) это условие выражается в том, что конец вектора Í_а скользит по прямой АВ, перпендикулярной вектору напряжения Ú. Однако при неизменной мощности (для машины с неявновыраженными полюсами) справедливо условие

Рис. 6.36. U-образные характеристики синхронного генератора

Р = (mЕ₀U/X_сн )sinθ = const. При изменении тока возбуждения остаются неизменными все величины, кроме Е₀ и sin θ; следовательно, условие неизменной мощности приводит к условию Е₀ sin θ = const. На диаграмме это условие выражается в том, что конец вектораÉ₀ скользит по прямой CD, параллельной вектору напряжения Ú. Чем меньше ток возбуждения, тем меньше по модулю векторÉ₀, но больше угол θ. Вектор тока I_аперпендикулярен вектору падения напряженияjÍ_а X_сн , поэтому его можно легко построить для каждого угла θ. На рис. 6.35,б показаны положения векторов É₀, Í_а и jÍ_а X_сн для трех значений тока I_в (эти векторы имеют индексы 1,2 и 3). Минимальному значению тока I_асоответствует режим работы при cos φ = 1. Чему соответствует определенный ток возбуждения. При увеличении тока возбуждения свыше этого значения или его уменьшения ток I_а возрастает. Зависимость тока якоря от тока возбуждения, называемая U-образной характеристикой, представлена на рис. 6.36. Для каждой мощности имеется вполне определенный ток возбужде-ния, которому соответствует минимум тока якоря. Чем больше мощность, тем больше ток возбуждения, соответствующий минимальному току якоря. Штриховая кривая, проведенная через точки минимумов, соответствует режимам работы генератора с cos φ = 1.