Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
?ющих на вал ротора, нарушается, ротор продолжает ускоряться, а угол ?возрастать. Возрастание угла ? может привести к двум результатам: 1) машина перейдет в точку устойчивой работы (аналогичную точке А) на последующих положительных полуволнах; 2) ротор по инерции проскочит устойчивые положения и произойдет выпадение из синхронизма, т.е. ротор начнет вращаться с частотой, отличающейся от частоты вращения магнитного поля статора.
Выпадение из синхронизма является аварийным режимом, так как оно сопровождается протеканием по обмотке якоря больших токов. Это объясняется тем, что э.д. с. генератора Е и напряжение сети Uc при указанном режиме могут складываться по контуру генераторсеть, а не вычитаться, как при нормальной работе.
Если внешний момент по какой-либо причине снижается, то при работе машины в точке С угол ? уменьшается, возрастает электромагнитный момент, что приводит к дальнейшему уменьшению угла ? и переходу к работе в устойчивой точке А.
Из рассмотрения рис.1.37, а следует, что синхронная машина работает устойчиво, если dM/d? > 0, и неустойчиво, если dM/d? < 0; чем меньше угол ?, тем более устойчиво работает машина.
Если машина работает в установившемся режиме при некотором угле ?, то малое отклонение ?? от этого угла сопровождается возникновением момента ?M = (dM/d?)??, который стремится восстановить исходный угол ?. Этот момент называют синхронизирующим. Ему соответствует понятие синхронизирующей мощности ?Pэм = (dPэм/d?)??.
Производные dM/d? и dPэм/d? называют соответственно коэффициентами синхронизирующего момента и синхронизирующей мощности (иногда их называют удельным синхронизирующим моментом и удельной синхронизирующей мощностью). При неявнополюсной машине
;.
Коэффициент синхронизирующего момента имеет максимальное значение при ? = 0 и уменьшается с возрастанием ?; при ? ? ?/2 он обращается в нуль, поэтому синхронные машины обычно работают с ? = 2035, что соответствует двукратному или несколько большему запасу по моменту.
Статическая перегружаемость синхронной машины оценивается отношением
.(1.37)
Согласно ГОСТу это отношение для турбогенераторов и гидрогенераторов должно быть не менее 1,61,7, а для синхронных двигателей большой и средней мощности не менее 1,65.
Коэффициент синхронизирующего момента имеет максимальное значение при ? = 0 и уменьшается с возрастанием ?; при ? ? ?/2 он обращается в нуль, поэтому синхронные машины обычно работают с ? = 20 35, что соответствует двукратному или несколько большему запасу по моменту.
Статическая перегружаемость синхронной машины оценивается отношением
Согласно ГОСТу это отношение для турбогенераторов и гидрогенераторов должно быть не менее 1,6 1,7, а для синхронных двигателей большой и средней мощности не менее 1,65.
Влияние тока возбуждения на устойчивость. Устойчивость генератора при заданной величине активной мощности, отдаваемой в сеть, зависит от тока возбуждения. При увеличении тока возбуждения возрастает э.д.с. Е0 и, следовательно, момент Ммакс; при этом увеличивается устойчивость машины.
На рис.1.37, б изображены угловые характеристики М = f (?) при различных токах возбуждения (при различных Е0), откуда следует, что чем больше ток возбуждения, тем меньше угол ? при заданной нагрузке, а следовательно, тем больше отношение Ммакс/Мном и перегрузочная способность генератора.
Обычно электрическая сеть, на которую работают синхронные генераторы, создает для них активно-индуктивную нагрузку (генераторы отдают как активную Р, так и реактивную Q мощности). При этом синхронные генераторы должны работать с некоторым перевозбуждением, обеспечивающим повышение перегрузочной способности. Так, например, согласно ГОСТ в синхронных генераторах при номинальном режиме ток Ia должен опережать напряжение сети с (т.е. отставать от напряжения ) и иметь cos? = 0,8. Однако если сеть создает активно-емкостную нагрузку (например, при подключении к ней большого числа статических или вращающихся компенсаторов), то генератор для поддержания стабильного напряжения должен будет работать с недовозбуждением, т.е. потреблять реактивную мощность. Такой режим будет для него весьма неблагоприятным, так как при уменьшении тока возбуждения и заданной активной мощности Р возрастает угол ? и снижается перегрузочная способность Ммакс/Мном, определяющая статическую устойчивость машины.
Реактивная мощность. Для установления зависимости реактивной мощности Q от угла нагрузки ? в неявнополюсной машине рассмотрим треугольник ОАВ (см. рис.1.34, а). Сторона этого треугольника
или с учетом модулей соответствующих векторов
.(1.38)
Следовательно, реактивная мощность машины
.(1.39а)
При явнополюсной машине (см. рис.1.34, б)
.(1.39б)
Подставляя в (1.39б) значения токов Id и Iq из (1.34), имеем
.
Заменив cos2? и sin2? их значениями через функции двойного угла 2?, получим
.(1.39в)
На рис.1.38 показаны зависимости величин активной Р и реактивной Q мощностей от угла ? для неявнополюсной машины в пределах изменения угла ?/2 < ? < ?/2.
В формуле (1.39в) и на рис.1.38 положительному значению реактив