23. В чем сущность явления реакции якоря синхронной машины? Каково действие реакции якоря при активной, индуктивной, емкостной и смешанной на­грузках синхронного генератора?

При нагрузке машины в обмотке статора появляется ток, который будет создавать свой магнитный поток. Он будет иска­жать, усиливать или ослаблять основной магнитный поток, соз­данный обмоткой возбуждения. Воздействие потока, созданного обмоткой статора, на основной магнитный поток называется ре­акцией якоря.

Д ействие реакции якоря зависит от характера нагрузки. Нагрузка может быть активной (R), индуктивной (L), емкостной (С) или смешанной(R-L или R-С)

На рисунке 1 показана реакция якоря при активной, индук­тивной и емкостной нагрузках на примере однофазного двухпо­люсного синхронного генератора, обмотка которого имеет только одну секцию.

При активной нагрузке (рис. 1.а) ток в обмотке статора I₁ совпадает по фазе с ее ЭДС Е₀. Это означает, что максимальной ЭДС будет соот­ветствовать максимальный ток. Показав по правилу «буравчика» направление магнитных потоков обмоток, видим, что поток статора Ф₁ направлен перпендикулярно потоку возбуждения Ф_о, т. е. имеет место поперечная реакция якоря.

В синхронной машине поперечная реакция якоря приводит к тем же последствиям, что и в машине постоянного тока: искажается результирующее поле машины. Магнит­ное поле ослабляется под набегающим краем полюса и усиливает­ся под сбегающим краем полюса. Так как усиление поля ограни­чено насыщением стали, а ослабление не ограничено, результирующий магнитный поток машины уменьшается. Это ведет к уменьшению ЭДС машины.

При индуктивной нагрузке (рис. 1.б) ток статора отстает от ЭДС по фазе на 90°. Поэтому, когда ток статора достигнет мак­симума, ротор успеет провернуться на 90° и поток статора Ф₁ на­правлен вдоль оси полюса ротора противоположно основному по­току Ф_о. Таким образом, поток статора при индуктивной нагрузке ослабляет поле машины, и реакция якоря оказывает продольно-размагничивающее действие.

При емкостной нагрузке (рис. 1.в) ток статора опережает ЭДС на 90°, и ток будет максимальным тогда, когда ротор еще не довернется до вертикального положения на 90°, и потоки статора и обмотки возбуждения будут совпадать. При этом магнитное по­ле машины усиливается, реакция якоря — продольно-намагничивающаяся.

При смешанной нагрузке в машине дейст­вуют как продольная, так и поперечная реакции якоря. При ак­тивно-индуктивной нагрузке продольная составляющая ее на­правлена встречно, а при активно-емкостной согласно основному магнитному потоку.

24. Что такое синхронизация генератора, включаемого на параллельную работу? Объясните способ точной синхронизации.

Обычно на электростанциях устанавливают несколько синхронных генераторов для параллельной работы на общую электрическую сеть. Это обеспечивает увеличение общей мощности электростанции, повышает надежность энергоснабжения потребителей и позволяет лучше организовать обслуживание агрегатов.

При включе­нии трехфазного синхронного генератора на параллельную работу с сетью необходимо соблюдение следующих условий:

- ЭДС генератора должна быть равна напряжению сети;

- частота ЭДС генератора и частота напряжения сети должны быть раины;

- ЭДС генератора должна находиться в противофазе с напряже­нием сети;

- чередование фаз генератора должно соответствовать чередова­нию фаз сети.

Приведение генератора в состояние, удовлетворяющее перечис­ленным условиям, называют синхронизацией. Несоблюдение любого из условий приводит к появлению в обмотке статора больших уравнительных токов, чрезмерное значение которых может явиться причиной аварии.

Включить генератор в сеть с параллельно рабо­тающими генераторами можно или способом точной синхронизации, или способом самосинхронизации.

Способ точной синхронизации. Сущность этого способа состоит в том, что, прежде чем включить генератор в сеть, его приводят в состояние, удовлет­воряющее всем вышеперечисленным условиям. Соблюдение условий синхронизации проверяют с помощью синхроноскопа. Простейший синхроноскоп — ламповый, состоящий из трех ламп накаливания (рис. 1.), которые могут быть включены по двум схемам: «на погасание» или «на вращение света».

П ри использовании синхроноскопа по схеме «на погасание» каж­дая лампа включается в разрыв какой-либо фазы. В этом случае момент синхронизации соответствует одновременному по­гасанию всех трех ламп.

П ри несоблюдении условий синхронизации лампы вспыхивают и гаснут (мигают). Однако по мере приближения генератора к ус­ловиям синхронизации мигание ламп становится все реже. Когда мигание ламп становится настолько редким, что пауза между ними продолжается не менее 5 —7 с, следует в момент погасания ламп замкнуть рубильник, подключающий генератор к сети на па­раллельную работу.

При включении ламп по схеме «на вращение света» соблюдению условий синхронизации соответствует погасание лам­пы 1 и горение с одинаковой яркостью ламп 2 и 3. При несоблюде­нии условий синхронизации лампы вспыхивают поочередно, созда­вая эффект вращения света. По мере приближения к соблюдению условий синхронизации частота «вращения света» замедляется.

Возможен случай, когда лампы, включенные по схеме «на пога­сание», создают эффект вращения света, и наоборот, включенные по схеме «на вращение света» одновременно гаснут и загораются. Такое явление обусловлено несоответствием чередования фаз на ге­нераторе чередованию фаз сети. В этом случае следует поменять местами провода, соединяющие генератор с зажимами рубильника.

Способ самосинхро­низации. Ротор невоз­бужденного генератора приводят во вращение первичным двигателем до частоты вращения, отличающейся от синх­ронной не более чем на 2—5%, затем генератор подключают к сети.

Для того чтобы избежать перенапряжений обмотке ротора в момент подключе­ния генератора к сети, ее замыкают на некоторое активное сопро­тивление. Так как в момент подключения генератора к сети его ЭДС равна нулю (генератор не возбужден), то под действием напряжения сети в обмотке статора наблюдается резкий бросок тока, превышающий номинальное значение тока генератора. Вслед за включением обмотки статора в сеть подключают обмотку возбуждения к источнику постоянного тока и синхронный генератор под действием электромагнитного момента, действующего на его ротор, втягивается в синхронизм, т. е. частота вращения ротора становится синхронной. При этом ток статора быстро уменьшатся.

При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значительные механические воздействия на обмотки, подшипники и муфту, соединяющую генератор с турбиной. Способом самосинхронизации включают на параллельную работу синхронные генераторы мощностью до 500 МВт.