- •3. Синхронные машины
- •3.1. Устройство и принцип действия
- •3.2. Магнитное поле и основные параметры синхронной машины
- •3.2.1. Магнитное поле и параметры обмотки возбуждения
- •3.2.2. Магнитное поле и параметры обмотки якоря синхронной машины
- •3.2.3. Приведение мдс и тока якоря к обмотке возбуждения
- •3.3. Векторные диаграммы трехфазных синхронного
- •3.3.1. Основные виды векторных диаграмм напряжения
- •3.3.2. Построение векторной диаграммы см с учетом насыщения
- •3.4. Характеристики синхронного генератора
- •3.4.1. Общие замечания
- •2.4.2. Характеристика холостого хода
- •3.4.3. Характеристика короткого замыкания
- •3.4.4. Отношение короткого замыкания
- •3.4.5. Внешняя характеристика
- •3.4.6. Регулировочная характеристика
- •3.4.7. Нагрузочная характеристика
- •3.5. Параллельная работа см
- •3.5.1. Включение на параллельную работу трехфазных
- •3.5.2. Особенности работы синхронной машины с сетью
- •3.5.3. Электромагнитная мощность и электромагнитный
- •3.5.4. Угловая характеристика синхронной машины.
- •3.5.5. Работа синхронного генератора при переменном
- •3.6. Синхронные двигатели и компенсаторы
- •3.6.1. Общие сведения о синхронных двигателях
- •3.6.2. Векторная диаграмма синхронного двигателя
- •3.6.3. Режимы работы синхронного двигателя
- •3.6.4. Рабочие характеристики синхронного двигателя
- •3.7. Несимметричная нагрузка синхронного генератора
- •3.8. Внезапное короткое замыкание синхронной машины
- •Общие замечания
- •Внезапное трехфазное короткое замыкание синхронной машины
- •Параметры и схемы замещения синхронной машины
- •3.9. Колебания синхронной машины при параллельной работе
- •Свободное колебание ротора синхронной машины
- •Динамическая устойчивость синхронной машины
- •3.10. Системы возбуждения синхронной машины
3.5.2. Особенности работы синхронной машины с сетью
бесконечно большой мощности
Режим работы СМ параллельно с сетью с синхронной частотой вращения называется синхронным режимом. Рассмотрим особенности этого режима. Предполагается, что СГ после синхронизации и включения в сеть работает с током возбуждения соответствующему равенству Е = UГ = Uc = U,
где Е = UГ – ЭДС возбуждения СГ.
В этом случае векторы и совпадают по фазе, и вращаются с одинаковой угловой скоростью (рис. 3.23,а). Генератор работает на холостом ходу, не принимая никакой нагрузки. Чтобы машина приняла нагрузку и начала работать в режиме генератора, необходимо увеличить вращающий момент первичного двигателя, действующего на ротор СМ. При этом ротор СМ забежит вперед на угол по отношению к своему положению при холостом ходе (рис. 3.23,б). Машина будет работать в режиме генератора, отдавая в сеть мощность
.
Если отсоединить первый двигатель от вала СМ и притормозить его, то ротор СМ отстанет от исходного положения на угол (рис. 3.23,в). На тот же угол отстанет и вектор ЭДС
.
Машина переходит в режим работы двигателем, потребляя мощность из сети.
Изобразим приближенную картину поля в воздушном зазоре для рассматриваемых случаев (рис. 3.24)
Обычно , так как влияние падения напряжения на активном сопротивлении и индуктивное сопротивлении рассеянии мало и их можно не учитывать.
3.5.3. Электромагнитная мощность и электромагнитный
момент синхронной машины
Если принять , то можно считать электромагнитную мощность равной мощности, развиваемой машиной
.
При анализе работы СМ эту мощность удобно выразить в зависимости от угла нагрузки , воспользовавшись векторной диаграммой.
а) Явнополюсная СМ
Согласно векторной диаграмме (см. рис. 3.11,а):
где и , тогда
или
.
Таким образом, электромагнитная мощность явнополюсной СМ состоит из двух частей: основной, создаваемой электромагнитным моментом с участием возбуждения, и дополнительной, обусловленной реактивным моментом. Последний возникает при отсутствии возбуждения и создается вследствие неодинаковых синхронных индуктивных сопротивлений по продольной и поперечной осям ( ). Явнополюсная СМ без возбуждения называется реактивной.
а) Неявнополюсная СМ
У неявнополюсной СМ . Поэтому .
Что касается электромагнитного момента, то для явнополюсной и неявнополюсной СМ его можно представить соответственно
,
.
3.5.4. Угловая характеристика синхронной машины.
Синхронизирующая мощность и момент
Угловая характеристика у СМ это зависимость , при и .
В случае неявнополюсной СМ и . Следовательно, у неявнополюсной СМ угловая характеристика есть синусоида.
Статическая устойчивость это способность СМ возвращаться к установившемуся режиму работы после небольших его возмущениях.
На рис.3.25 прямой, параллельной оси абсцисс изображена мощность приводного двигателя . Подводимая к генератору механическая мощность первичного двигателя, за вычетом потерь остается постоянной и равной мощности генератора в определенном установившемся режиме. Установившийся режим характеризуется равенством . Такое равенство удовлетворяется в точках 1 и 2. Однако генератор работает устойчиво лишь в точке 1. Действительно, при работе СГ в этой точке случайное увеличение угла нагрузки на вызывает увеличение на величину . В результате возникает избыточный тормозной электромагнитный момент , который возвращает ротор СГ в точку 1.
При случайном уменьшении угла нагрузки на возникает избыточный вращающий момент , под действием которого ротор СГ также возвращается в точку 1. Таким образом, точка 1 является точкой устойчивой работы.
При работе в точке 2 случайное увеличение угла нагрузки на вызывает проявление избыточного вращающегося момента , под действием которого ротор будет и дальше ускоряться и машина выйдет из синхронизма. При случайном уменьшении угла нагрузки на возникает избыточный электромагнитный тормозной момент , под действием которого СГ перейдет в точку 1. Условия устойчивости работы СМ можно записать в виде:
или .
СМ работает неустойчиво, если
или .
Переходя к пределу, будем иметь
;
.
Здесь – коэффициент синхронизирующей мощности,
– коэффициент синхронизирующего момента.
В соответствии с этим можно заключить, что неявнополюсный СГ работает устойчиво при изменении угла нагрузки в пределах . Границей устойчивости является угол . В этом случае . Таким образом, при изменении угла нагрузки от 0˚до 90˚ мощность СГ увеличивается и при достигает максимума . Эту максимальную мощность называют пределом статической устойчивости, т.е. это предельная мощность, которую может развивать СГ в установившемся режиме при данном возбуждении.
Коэффициент – называют перегрузочной способностью.
тем больше, чем меньше в номинальном режиме.
Кроме того, этот коэффициент тем больше, чем больше отношение короткого замыкания (о.к.з.)
.
Для увеличения предела статической устойчивости следует увеличивать или уменьшать синхронное индуктивное сопротивление . (Это осуществляется за счет увеличения воздушного зазора).
Для ТГ до 300мвТ .
Для ТГ 500, 800 МВт .
Как следует из предыдущего, мощность СГ можно изменять изменением угла . Это осуществляется изменением вращающегося момента первичного двигателя при .
Это можно проиллюстрировать с помощью векторной диаграммы неявнополюсной СГ (рис. 3.26,а), построенной для различных углов . Как следует (см. рис. 3.26,а) конец вектора Е скользит по окружности с радиусом .
Угловая характеристика явнополюсного СГ изображена на рис. 3.26,б.
или
.
Синхронизирующие мощность и момент:
,
.