Угловые характеристики СГ. Статическая перегружаемость.

Угловая характеристика – это зависимость мощности, отдаваемой генератором при постоянном напряжении и частоте от угла нагрузки.

Получим соотношения для угловой характеристики на основании векторной диаграммы:

Из треугольников:

Электрическая мощность генератора:

Тогда выражение для угловой характеристики:

Рассмотрим выражение угловой характеристики:

1-е слагаемое зависит от тока возбуждения (признак – наличие Е₁). 2-е слагаемое не зависит от тока возбуждения, зависит от разности , причиной которой является несимметрия магнитной цепи явнополюсной СМ. Это слагаемое называется реактивной составляющей активной мощности. Ее действие обусловлено ориентированием несимметричного ротора в магнитном поле реакции якоря. В этом магнитном поле ротор занимает положение, при котором его магнитное сопротивление потоку реакции якоря и энергия магнитного поля минимальны.

В турбогенераторе магнитная система симметрична: , тогда угловая характеристика:

Турбогенератор не развивает мощность при отсутствии тока возбуждения, а явнополюсный – развивает за счет реактивной составляющей активной мощности.

Рассмотрим явнополюсный генератор:

при работе СГ совместно с приводным двигателем существует равенство мощностей: P_ПД = P₁ (пренебрегая потерями).

Совместная работа может проходить в двух точках характеристики: 1 или 2.

Рассмотрим точку 1: при изменении нагрузки генератора,либо при изменении напряжения на зажимах, происходит изменение угла нагрузки θ. Например θ увеличился на ∆θ à мощность возрастает до P₁, увеличился тормозной момент со стороны генератора, и ротор генератора подтормаживается. При прекращении действия возмущения устойчивый режим работы восстанавливается.

Тогда условие статической устойчивости Г:

Рассмотрим точку 2: при увеличении θ, мощность отдаваемая в сеть уменьшилась. При этом уменьшился тормозной электромагнитный момент со стороны генератора. Мощность P_ПД устанавливается больше, чем P₁ à ротор генератора ускоряется. При угле нагрузки, равном 180 градусов прерываются магнитные связи между ротором и полем якоря, и генератор выпадает из синхронизма. Возникает колебательный асинхронный режим. В те моменты, когда магнитные поля статора и ротора совпадают по направлению, ротор как бы ускоряется и втягивается в синхронизм, при встречном действии полей возникают силы отталкивания и ротор ускоряется снова и т.д.

Тогда условие неустойчивой работы Г:

Режим работы генератора с системой считается статически устойчивым, если при возникновении небольших изменений угла нагрузки, ему соответствуют небольшие изменения отдаваемой мощности и после прекращения действия возмущений, устанавливается устойчивый режим работы (точка 1).

При небольших возмущениях между приращением мощности и угла нагрузки существует прямая пропорциональная зависимость:

P_СМ – коэффициент синхронизирующей мощности – под ее действием генератор втягивается в синхронизм.

В пределе:

Чем больше Pсм, тем больше запас устойчивости при работе генератора с системой. При θ = 0, Рсм = max, т.е. запас статической устойчивости является максимальным. При максимальной нагрузке запас устойчивости равен 0.

Запас статической устойчивости генератора характеризуется статической перегружаемостью:

К_П тем больше, чем меньше X_d* и чем больше воздушный зазор машины.

Для турбо- и гидрогенераторов устанавливается стандартом:

Билет № 3 (15)

1. Магнитное поле электрической машины постоянного тока при ХХ и нагрузке. Реакция якоря при расположении щёток на нейтрали

При х.х. магнитное поле создаётся индуктором, является однородным и распределяется по трапециедальному закону.

ГН (геометр. нейтраль)

вращ. в левую сторону,

когда в режиме F_a.

F_a – поле реакции якоря.

Результирующий рис.:

ГН – геометрическая нейтраль

ФН – физическая нейтраль – плоскость,

перпендикулярная этим линиям.

При нагрузке машины при щётках, расположенных на ГН, картины маг. поля искажаются, увеличив плотность магнитного потока под сбегающим краем полюса в Г-е (под сбегающим краем в Д) и ФН смещается относительно геометр. в сторону вращ. якоря в Г-е (сторону, противоположную напр. вращ. Д-ля). ФН – это плоскость, перпендикулярная магнитным силовым линиям, кривая индукции результирующего поля уже не проходит через О в зоне ГН, а проходит в зоне ФН. Если секция замыкается накоротко, щётками в зоне ГН, то под действием возникающей ЭДС в ней протекают достаточно большие токи. В целях улучшения коммутации по этой причине щётки сдвигают из положения ГН в ФН. Кривая МДС реакции якоря представляет собой ступенчатый треугольник с вершинами в точках, где расположены щётки, а кривая индукции поля якоря отличается от кривой МДС наличием седлообразных провалов.

Поскольку результирующая кривая индукции проходит через О в зоне ФН, щётки сдвигают в машине в положение ФН или противоположном направлении.

При щётках, расположенных на нейтрали, МДС реакции якоря направлена вдоль поперечной оси машины (вдоль ГН) и реакция якоря поперечная. Она не изменяет общего количества магнитных силовых линий, а только искажает форму поля. При сдвиге щёток в направлении вращения в Г-е (противоположном направлении вращения в Д-е) реакция якоря представляет собой действие продольной и поперечной реакции.

Поперечная составляющая F_aq искажает форму поля, продольная реакция уменьшает общее число магнитных силовых линий и является размагничивающей, т. е. магнитное поле ослабляется, что может стать причиной неустойчивой работы.

При сдвиге щёток по направлению вращения в Г-ре (против направления движения Д-ля) результирующий магнитный поток уменьшается вследствие продольной размагничивающей реакции якоря, но щётки оказыв. в полож. ФН там, где результирующая кривая индукции проходит через ноль, следовательно в замыкаемой накоротко секции возникает большой ток. При сдвиге щёток в противоположную сторону против направления вращения в Г-е (по направлению вращения в Д-е) продольная составляющая реакции якоря становится подмагничивающей. В этом случае продольная составляющая МДС реакции якоря F_ad направлена навстречу МДС полюсов и является подмагничивающей. Результирующее магнитное поле увеличивается действием реакции якоря. При работе в Г-ном режиме увеличение тока нагрузки приводит к увеличению напряжения на зажимах Г, это в свою очередь приводит к увеличению тока нагрузки. Поэтому Г-р работает неустойчиво, сдвиг щёток против направления движения Г-а не допуск. Поперечная реакция якоря не изменяет количество магнитных силовых линий. При учёте насыщения оказывается, что и поперечная реакция якоря увеличивает магнитное сопротивление и уменьшает магнитный поток.

2.Регулирование нагрузок и V-образные кривые синхронного генератора при параллельной работе

Для регулирования реактивной нагрузки регул. ток возбуждения Г, для регулирования активной нагрузки регулируют момент приводного двигателя.

1) Г не отдаёт в сеть и не потребляет из сети ни активную, ни реактивную мощность. Он работает параллельно с системой в режиме х.х.

2) Увеличим ток возбуждения Г→↑ЭДС Г, а U_c и U_г останутся такими же, как в (1). ∆Е – разность ЭДС. Появляется ток Г, отстающий от ∆Е на 90◦, т.к. Г₁<<Х_d. По отношению к системе этот ток является определяющим, т.е. Г работает по отношению к системе как батарея конденс. Это режим перевозбуждения – отдаёт реактивную мощность.

3) Уменьшим ток возбуждения - ↓Е_г. Появляется разность ЭДС ∆Е, направленная в другую сторону. Ток Г отстаёт от неё на 90◦. По отношению к напряжению системы этот ток является отстающим. Генератор, как катушка индуктивности или СД, потребляет из сети реактивную мощность. Тока возбуждения сказывается недостаточно до создания магнитного потока. Этот режим называется недовозбуждением – потребляет реактивную мощность.

Задание активной мощности

1) Увеличиваем вращающий момент приводного Д, т.е. увеличиваем подачу пара в Т или топлива в ДВС. При этом ротор ускоряется и вектор ЭДС Г-ра двигается в сторону опережения в пределах синхронной связи.

P₁=3U₁I₁cosφ>0, Г отдаёт в сеть активную мощность.

2) P₁<0. СМ потребляет из сети активную мощность, следовательно, становится двигателем ДВС, работает как компрессор, т.е. потребляет энергию бывшего Г.

V-образные характеристики.

1,2,3 – вект. диагр:

а)режим недовозбуждения (Г потребляет из сети реактивную мощность)

в т. 1 – Г не потребл. и не отдаёт реактивную мощность

б) режим перевозбуждения (Г отдаёт в сеть реактивную мощность)

Билет № 5 (17)