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 = É ₀- 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_{а 1} совпадает по направлению с вектором напряжения Ú, а вектор ЭДС É ₀₁опережает эти векторы на угол θ ₁. При изменении нагрузки, например при ее возрастании, следует увели­чить момент, приложенный к валу генератора. При этом угол в должен увеличиться до какого-то значения θ ₂ в соответствии с возрастанием мощности со значения P ₁ до Р ₂.

Принимая полезную мощность (отдаваемую в сеть), равной электромагнитной
Р = т (Е ₀/ Х _сн) U sin θ, для соотношения мощностей Р ₁ и Р ₂ имеем Р ₁/ Р ₂ = sin θ ₁/sin θ ₂. Таким образом, при увеличении мощности с Р ₁ до Р ₂ вектор ЭДС É ₀ поворачивается в сторону опережения и образует с вектором Ú угол θ ₂. Конец вектора É ₀ скользит по окружности радиусом, равным Е ₀, так как ток возбуждения остается неизменным.

Соединив конец вектора Ú с концом вектора É ₀₂, получим вектор jÍ_{а 2} X _сн. Вектор тока Í_{а 2}перпендикулярен падению напряжения jÍ_{а 2} X _сн, а его модуль определится из соотношения

I _a2/ I _a1 = | Í _а2 X _сн|/|j Í _а1 X _сн|.

При уменьшении мощности с Р ₁ до Р ₃ следует уменьшить момент, приложенный к валу генератора. При этом новый угол θ ₃ меньше угла θ ₁. 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 Е ₀ и sin θ; следовательно, условие неизменной мощности приводит к условию Е ₀ sin θ = const. На диаграмме это условие выражается в том, что конец вектора É ₀ скользит по прямой CD, параллельной вектору напряжения Ú. Чем меньше ток возбуждения, тем меньше по модулю вектор É ₀, но больше угол θ. Вектор тока I _аперпендикулярен вектору падения напряжения jÍ_а X_сн, поэтому его можно легко построить для каждого угла θ. На рис. 6.35, б показаны положения векторов É ₀, 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.