12Параметры синхронных машин

В паспортных данных синхронной машины (генератора, компен­сатора, электродвигателя) приводятся следующие параметры, выра­женные или в процентах, или в относительных единицах*: x_d ,x_q- синхронные реактивности в продольной и поперечной осях; x_d ,x_q -переходные реактивности в продольной и поперечной осях (x_q = x_q);x"_d x"_q - сверхпереходные реактивности в продольной и поперечной осях; х₂, х₀ - реактивности обратной и нулевой последовательно­стей; r_a, r_в - активное сопротивление фаз статора и омическое со­противление обмотки возбуждения; r_rd, r_rq - активное сопротивле­ние продольного и поперечного демпферных контуров. В соответствии с наименованиями реактивностей обозначаются ЭДС машины также в относительных единицах: E_q, Е'_q Е"_q - синхрон­ная, переходная и сверхпереходная ЭДС в поперечной оси, соответст­венно; Е',Е" - переходная и сверхпереходная ЭДС, соответственно.

13Харктеристики явнополюного и неявнополюсного синхронного генератора

Характеристики строят в именованных единицах, как показано на рис. 3.3,а. Номинальный угол нагрузки θ_ном определяется графически по характеристике, снятой при I_в=I_ном, причем Р_1ном=S_номcosφ_ном (номинальные мощность и коэффициент мощности берутся из паспорта машины).

Рис. 3.3. Угловые характеристики явнополюсного синхронного генератора: а –экспериментальные, б – расчетные.

 Для определения перегрузочной способности генератора следует провести дополнительные построения основанных на теории синхронных машин. Угловая характеристика трехфазного явнополюсного синхронного генератора с электромагнитным возбуждением описывается уравнением

где Р₁ — электромагнитная мощность, Вт; U₁ — фазное напряжение, В; E₁₀ — фазная ЭДС холостого хода, соответствующая току возбуждения, при котором снималась характеристика, В; х_d, х_q — синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям, Ом.

Уравнение переписать в виде

где P_m1 — амплитудное значение электромагнитной мощности, обусловленной потоком возбуждения; Р_т0 — амплитудное значение электромагнитной мощности, обусловленной магнитной асимметрией ротора. Р_т0 определяется из снятой при нулевом токе возбуждения угловой характеристики как

(Для получения более достоверных результатов значения мощности Р₁ и соответствующего ей угла θ следует брать для точек с наибольшей мощностью.)

Угловая характеристика невозбужденного генератора (рис. 3.3,б) достраивается до угла θ=90° по выражению

Затем графическим путем производят вычитание из угловой характеристики возбужденного генератора (I_в=I_ном) угловой характеристики невозбужденного генератора (I_в=0) в диапазоне углов нагрузки, полученных экспериментальным путем. Полученная таким образом угловая характеристика, должна описываться уравнением

Подставив найденные графическим путем наибольшие Р₁ и соответствующий угол θ, получают величину P_m1

Достраивают угловую характеристику до угла θ=90°.

Статическая перегружаемость W_п и соответствующий ей угол нагрузки q_m могут быть найдены далее двумя способами: графическим и аналитическим. При использовании, графического способа суммируют угловые характеристики, достраивая тем самым угловую характеристику возбужденного генератора до угла θ=90°. По полученной угловой характеристике графически определяют максимальную мощность Р_max и соответствующий ей угол q_m (рис. 3.3,б). Статическая перегружаемость определяется по формуле

Аналитический способ основан на анализе уравнения угловой характеристики. Для определения максимальной мощности следует взять производную от ее выражения и, приравняв ее нулю, получить искомое значение аргумента — угол θ_m. Затем находят величину Р_max и статическую перегружаемость W_п.

Производная от электромагнитной мощности по углу нагрузки равна

Отсюда следует, что P_m1cosθ=-2P_m0cosθq. В рассматриваемой зоне углов нагрузки 60°≤q_m≤90° можно считать, что |cosθ:cos2θ|=2P_m0:P_m1. Зная величины Р_т1 и Р_m0 находят значение угла нагрузки θ_m.

неявнополясный

Принципиальной особенностью синхронного генератора, подключенного к сети постоянного напряжения и постоянной частоты, является способность автоматически (без участия операторов) поддерживать постоянной частоту вращения своего ротора. Мощность, отдаваемая генератором в сеть, будет определяться механическим моментом, развиваемым турбиной, вращающей ротор. В случае изменения этого механического момента, приводящего во вращение ротор, генератор без участия каких-либо внешних сил автоматически изменяет свой собственный электромагнитный момент, который противодействует вращению генератора. Сумма этих двух моментов становится равной нулю, и генератор продолжает вращаться с постоянной, синхронной скоростью. Состояние генератора с новым соотношением вращающего (от турбины) и тормозящего (внутреннего электромагнитного) моментов характеризуется так называемым углом нагрузки (рис. 3.13).

Эта зависимость носит название угловой характеристики и представляет собой функцию тормозящего электромагнитного момента Мэм генератора (или электромагнитной мощности Pэм = Мэм1 где 1 — угловая скорость ротора) от внутреннего угла нагрузки . Для турбогенераторов угловая характеристика очень близка к синусоиде. Рабочая точка, при которой функционирует генератор, обозначена индексом номинального режима ном и Pэм.ном причем ном выбирается таким, чтобы отношение максимума синусоиды Pэм.max к Pэм.ном было в пределах 1,5—1,8. Сама мощность Pэм.max и соответствующий ей максимальный момент Mэм.max — это максимально возможная мощность и максимально возможный тормозящий электромагнитный момент, развиваемые данным синхронным генератором.

В области углов от 0 до 90 ° синхронный генератор способен самостоятельно поддерживать синхронное вращение. За пределами угла 90 ° он теряет эту способность и выпадает из синхронизма. Способность самосинхронизировать свое вращение характеризуется удельной синхронизирующей способностью Рс, которая дана на рис. 3.13 штриховой линией.