Нагрузка генератора, включенного на параллельную работу

1.

Нагрузка генератора,
включенного на параллельную работу
Обычно совместно на одну сеть работают несколько
синхронных генераторов и мощность любого из них
намного меньше суммарной мощности всех остальных
генераторов.
Если считать, что синхронный генератор подключают на
параллельную работу с другими генераторами,
суммарная мощность которых настолько велика по
сравнению с мощностью подключаемого генератора, что
при любых изменениях параметров этого генератора
напряжение сети и ее частота остаются неизменными.
Рисунок– Векторные диаграммы синхронного
генератора, включённого на параллельную работу в
сеть большой мощности:
а – при работе без нагрузки;
б – при работе с нагрузкой.

2.

Нагрузка генератора,
включенного на параллельную работу
После подключения генератора в сеть при
соблюдении всех условий синхронизации его
ЭДС равна по значению и противоположна по
фазе напряжению сети, поэтому ток в цепи
генератора равен нулю, т. е. генератор работает
без нагрузки. Механическая мощность
приводного двигателя P1 в этом случае
полностью затрачивается на покрытие потерь
холостого хода.
Рисунок – Электромагнитный момент
синхронного генератора
Отсутствие тока в обмотке статора синхронного
генератора приводит к тому, что обмотка
статора не создает вращающегося магнитного
поля и в генераторе действует лишь магнитное
поле возбуждения, вращающееся вместе с
ротором с угловой частотой, но не создающее
электромагнитного момента.

3.

Нагрузка генератора,
включенного на параллельную работу
Электромагнитный момент М, возникающий на роторе генератора
направлен встречно вращающему моменту приводного двигателя, т. е.
он является тормозящим моментом. На преодоление этого момента
затрачивается часть мощности приводного двигателя, которая
представляет собой электромагнитную мощность
где w1 – угловая частота вращения ротора.
Таким образом, с появлением тока I1 в обмотке статора синхронного
генератора, работающего параллельно с сетью, генератор получает
электрическую нагрузку, а приводной двигатель (турбина, дизельный
двигатель и т. п.) получает дополнительную механическую нагрузку.

4.

Колебания синхронных генераторов
Предположим, что синхронный генератор, подключенный на параллельную работу к
сети, работает ненагруженным, чтобы нагрузить генератор, увеличивают вращающий
момент первичного двигателя до значения, соответствующего повороту оси полюсов
ротора и электромагнитному моменту.
В реальных условиях колебания ротора вызывают потери энергии, из которых
наибольшее значение имеют магнитные потери, обусловленные возникновением
вихревых токов в сердечнике ротора. Объясняется это тем, что при отсутствии
колебаний частота вращения ротора постоянна и равна частоте вращения
результирующего магнитного поля.
Рис. Угловые характеристики
моментов
Однако при возникновении колебаний ротора частота вращения становится
неравномерной, т. е. происходит его движение относительно магнитного поля статора,
это приведет к возникновению в сердечнике ротора вихревых токов. Взаимодействие
этих токов с магнитным полем статора оказывает на ротор «успокаивающее»
действие, уменьшающее его колебания.
Следовательно, колебания ротора имеют затухающий характер, и поэтому спустя
некоторое время ротор займет положение, соответствующее углу, при котором
устанавливается равновесие моментов. Причинами, вызывающими колебания ротора,
могут быть либо изменения вращающего момента первичного двигателя, либо
изменения нагрузки генератора, т. е. электромагнитного момента М. Колебания ротора,
вызванные указанными причинами, называют собственными.

5.

Переходные процессы и синхронизирующая
способность синхронных машин
При параллельной работе нескольких синхронных генераторов и каждом из них
возникает некоторая сила, удерживающая генератор в состоянии устойчивой
работы, т. е. предотвращающая выход этого генератора из синхронизма.
Другими словами, синхронный генератор, включенный на параллельную работу,
обладает синхронизирующей способностью.
Физический смысл синхронизирующей способности синхронных генераторов
состоит в следующем:
В процессе работы синхронного генератора в нем действуют два
вращающихся магнитных поля: поле статора и поле ротора. Оба поля
вращаются синхронно и создают и машине результирующее вращающееся
магнитное поле. Так как обмотки статоров всех генераторов, включенных
на параллельную работу, электрически связаны между собой, то также
«связанными» оказываются и результирующие магнитные поля всех
генераторов, которые вращаются с синхронной частотой вращения n1.

6.

Переходные процессы и синхронизирующая
способность синхронных машин
Рис. Синхронизирующая способность синхронной машины.
При этом роторы продолжают вращаться с синхронной частотой
вращения. Лишь при смещении ротора какой-либо из параллельно
работающих машин на угол, выходящий за указанные пределы, связь
ротора этой машины с роторами других машин нарушается и машина
выходит из синхронизма.
Для количественной оценки синхронизирующей способности
синхронной машины вводят понятия удельной
синхронизирующей мощности и удельного синхронизирующего
момента.
Удельная синхронизирующая мощность определяется отношением
приращения мощности к соответствующему приращению угла:

7.

Переходные процессы и синхронизирующая
способность синхронных машин
Удельный синхронизирующий момент
Величины удельной синхронизирующей мощности и удельного синхронизирующего момента тем больше,
чем круче подъем угловой характеристики. Внеустойчивой области угловой характеристики
значения удельной синхронизирующей мощности и удельного синхронизирующего момента
отрицательны, поэтому устойчивая работа синхронной машины соответствует положительным значениям.
При изменениях нагрузки нарушается равенство между мощностью приводного двигателя и мощностью
генератора. Возникающий при этом небаланс мощностей представляет собой синхронизирующую мощность.
Синхронизирующей мощности соответствует синхронизирующий момент:
Этот момент оказывает на ротор генератора действие, предотвращающее выход машины из синхронизма.
Синхронизирующей способностью обладают не только синхронные генераторы, но и синхронные двигатели.

8.

задача
Трехфазный синхронный генератор мощностью
Sном=500 кВА работает параллельно с сетью
напряжением U1=Uс=0,4 кВ в режиме точки с
координатами I1*=0,6 и Iв*=1,9 на U-образной
характеристике (рис.), построенной в
относительных единицах.
Требуется определить: силу тока в цепи статора I1 и
его активную и реактивную составляющие;
мощность Sг, отдаваемую генератором в сеть, и ее
активную и реактивную составляющие;
коэффициент мощности генератора cosφг.