1.4. Параметры проектируемого синхронного генератора

Помимо номинальных значений мощности Р_н, напряжения U_н, синхронной частоты n₁ (или ) задается также коэффициент мощности сosφ_н и отношение короткого замыкания (ОКЗ).

1.4.1. Коэффициент мощности или сosφ

При параллельной работе синхронного генератора с сетью cos φ определяется соотношением выдаваемой генератором активной Р и реактивной Q мощностей.

Если полная мощность

, (1.15)

то коэффициентом мощности называют отношение:

(1.16)

При этом величину реактивной мощности можно определить из формулы (1.15), как

, (1.17)

и активной мощности:

. (1.18)

Между активной и реактивной мощностью имеем соотношение

. (1.19)

Активная мощность генератора Р в установившемся синхронном режиме всегда равна мощности первичного двигателя Р_мех (турбины или двигателя). Если при этом регулировать возбуждение, то будет изменяться внутреннее ЭДС Е и примерно пропорционально будет увеличиваться полная мощность, согласно (1.15). При неизменной активной мощности регулирование возбуждением приводит к изменению реактивной мощности, и следовательно, к изменению угла φ =arctg Q/Р, смотри (1.19).

Таким образом, регулируя возбуждение при любой нагрузке синхронного генератора по активной мощности возможно, установить любое желательное значение ,если генератор работает параллельно с мощной сетью.

При номинальной нагрузке Р = Р_н устанавливают ≈ 0,85 при индуктивном характере тока (ток отстает от напряжения на угол φ_н ). Для этого в процессе увеличения мощности Р до номинальной Р_н для поддержания _н необходимо увеличивать ток возбуждения и, следовательно, увеличивать отдаваемую генератором в сеть реактивную мощность Q.

Принципиально генератор может работать без отдачи реактивной мощности в сеть, то есть при =1,0. При этом, согласно (1.15), ток генератора и ток возбуждения будут минимальными, что определяет само по себе и минимально возможные потери мощности как в обмотке статора, так и в проводах линии передачи. Тем не менее, нормальным считается режим с перевозбуждением т.е. с отстающим током и с отдачей реактивной мощности в сеть ( _н индуктивный), так как при этом обеспечивается необходимый запас статической устойчивости генератора.

Величины Р_н и сosφ_н определяют, так называемую расчетную мощность:

, (1.20)

и следовательно расчетную величину номинального тока

, (1.21)

где U_н – номинальное линейное напряжение.

1.4.2. Отношение короткого замыкания (окз)

Отношением короткого замыкания (ОКЗ) называют отношение тока возбуждения при холостом ходе и номинальном напряжении к току возбуждения при коротком замыкании и номинальном токе статора.

При ненасыщенной магнитной системе ОКЗ равна обратной величине значения синхронного сопротивления х_d в о.е., которое приводится в данных на генератор:

, (1.22)

где за базисное сопротивление принята величина .

Синхронные машины с малым значением ОКЗ дают большее изменение напряжения при колебаниях нагрузки, менее устойчивы при параллельной работе, но зато являются относительно более дешевыми.

Увеличение воздушного зазора приводит к увеличению ОКЗ и снижению сопротивления х_d, что приводит одновременно к увеличению массы машины, за счет необходимости иметь более мощную систему возбуждения (обмотку возбуждения). Следовательно, при проектировании можно задаваться величиной х_d в о.е., что будет влиять на величину выбираемого воздушного зазора и обмотку возбуждения.