Угловые характеристики синхронной машины.

Статическая устойчивость

Зависимости  при постоянных: напряжении сети , частоте сети  и токе возбуждения   называются угловыми характеристи­ками активной мощности и электромагнитного момента син­хронной машины.

Угловые характеристики  явнополюсного генератора изо­бражены на рис.84  сплошной линией, пунктиром показаны составляю­щие ,  и , , соот­ветствующие первому и второму слагаемым в (2) и (3). Генератор развивает номиналь­ную активную мощность при номинальном угле нагрузки , максимальную мощность  - при максималь­ном или критическом угле на­грузки .

Угловые характеристики неявнополюсного генератора представляют собой один полу­период синусоиды (пунктирные линии ,  на рис.84). У таких генераторов , .

В установившемся режиме работы генератора механические момент  и мощность , подводимые к валу машины от приводного двигателя или тур­бины, уравновешены электромагнитными моментом и мощностью .

На практике частота , напряжение , ток возбуждения   и подводи­мая к валу механическая мощность  могут меняться. Небольшие изменения этих величин , , ,  вызывают изменение угла на­грузки .

 Под статической устойчивостью понимают способность синхронного генератора вернуться к исходному установившемуся режиму работы после окончания действия небольших или медленных изменений (возмущений ре­жима работы) , , , .

Если при работе генератора в номинальном режиме в результате не­большого случайного возмущения угол увеличится на , то мощность гене­ратора превысит мощность приводного двигателя на . Вслед­ствие этого на валу генератора возникнет дополнительный тормозной электромагнитный момент . Скорость вращения ротора и угол нагрузки будут уменьшаться под действием  до тех пор, пока не восстано­вится устойчивый установившийся режим работы генератора. Ана­логичные рассуждения справедливы и в том случае, если под действие слу­чайного возмущения угол нагрузки уменьшиться.

Указанные процессы будут происходить в машине только при , что является условием статической устойчивости синхронных машин. Оно выполняется если угол нагрузки находиться в пределах .

Разность  между подводимой к машине мощности и отдаваемой ею мощностью, под воздействием которой устойчивое состояние работы восста­навливается, называется синхронизирующей мощностью, так как за счет Δ P возникает синхронизирующий момент Δ M, под действием которого ротор приходит в положение, соответствующее установившемуся режиму работы синхронного генератора.

Если нагрузить генератор мощностью , то он выйдет из синхро­низма, так как при любом значении угла  механический вращающий момент  преобладает над тормозным электромагнитным моментом . Поэтому максимальная  мощность   генератора при заданных постоянных  и   называется пределом статистической устойчивости.

Запас статистической устойчивости генератора характеризуется отно­шением максимальной мощности  при номинальных токе возбуждения, напряжении и частоте сети к номинальной мощности: .

Величина  называется  перегрузочной способностью генератора. Для большинства генераторов перегрузочная способность должна быть не менее 1,7 ( ≥ 1,7).

§10. U (V)-образные характеристики синхронной машины

Как было показано ранее, изменение ток возбуждения вызывает измене­ние только реактивных составляющих тока обмотки якоря и мощности син­хронной машины.

U -образными характеристиками называются  зависимости тока якоря от тока возбуждения,   при постоянных активной мощности P ₂, напря­жении  и частоте сети.

При непрерывном изменении тока возбуждения, рис.85, ток обмотки якоря (в относительных единицах) и коэффициент мощности  также непрерывно изменяются. При некотором значении  величина  минимальна и =1. При увеличении тока возбуждения (режим перевоз­буждения) и его уменьшении (режим недовозбуждения) относительно указанного значения ток  возрастает, так как возрастает его реактивная со­ставляющая, а коэффициент мощности убывает.

Минимумы характеристик соответствуют работе генератора с активным током якоря  при cos φ = 1,0. С увеличением активной мощ­ности генератора  активная со­ставляющая тока якоря  рас­тет и минимумы характеристик смещаются вверх. Одновре­менно увеличиваются падение напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния.

 IIpи неизмененном токе возбуждения угол  меняется и работа генератора с  не­возможна. Чтобы сохранить по­стоянным , необходимо с ростом мощности генератора  увеличить ток возбуждения для компенсации падения напряжения на индук­тивном сопротивлении рассеяния и действия реакции якоря. Вследствие этого минимумы характеристик смещаются вправо с увеличением активной нагрузки.

Линия АВ, проходящая через минимумы характеристик, совпадает с ре­гулировочной характеристикой машины при активной нагрузке.

Справа от линии АВ генератор перевозбужден (  > 0) и отдает в сеть реак­тивную мощность, слева – недовозбужден (φ < 0) и потребляет реактив­ную мощность из сети.

Линия DF характеризует минимальный ток возбуждения, обеспечиваю­щий при заданной активной мощности устойчивую работу машины и называется  границей статической устойчивости.