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. Будем 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.

Рис. 94. Векторные диаграммы синхронного генератора, вклю­ченного на параллельную работу в сеть большой мощности:

а – при работе без нагрузки; б – при работе с нагрузкой

После подключения генерато­ра в сеть при соблюдении всех ус­ловий синхронизации его ЭДС равна по значению и противопо­ложна по фазе напряжению сети (рис. 94, а), поэтому ток в цепи генератора равен нулю, т. е. гене­ратор работает без нагрузки. Меха­ническая мощность приводного двигателя в этом случае полно­стью затрачивается на покрытие потерь х.х.: .

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.

Если же увеличить вращающий момент приводного двигателя то ротор машины, получив некоторое ускорение, сместится относительно своего первоначального положения на угол в на­правлении вращения. На такой же угол в окажется сдвинутым вектор ЭДС генератора относительно своего положения, соответствующего режиму х.х. генератора (рис. 94, б).

Рис. 95. К понятию об электро­магнитном моменте синхронного генератора

В результате в цепи статора появится результирующая ЭДС , кото­рая создаст в цепи обмотки статора генератора ток . Если пре­небречь активным сопротивлением обмотки статора и считать со­противление этой обмотки чисто индуктивным, то ток , отстает по фазе от на угол 90° (рис. 94, б) и отстает по фазе от ЭДС на угол .

Ток создает магнитное поле, вращающееся синхронно с ро­тором и создающее вместе с полем ротора результирующее маг­нитное поле синхронной машины. Ось этого результирующего поля не совпадает с продольной осью полюсов ротора : в синхронном генераторе ось полюсов ротора опережает ось результирующего поля машины на угол (рис. 95, а).

Известно, что разноименные магнитные полюсы взаимно при­тягиваются, поэтому между намагниченными полюсами ротора и неявно выраженными полюсами вращающегося поля статора воз­никают силы магнитного притяжения (рис. 95, б).

Вектор этой силы на каждом полюсе ротора, направленный под углом к оси полюса, имеет две составляющие: – нормальная со­ставляющая, направленная по оси полюсов, и – тан­генциальная составляющая, направленная перпендикулярно оси полюсов ротора. Совокупность тангенциальных составляющих , на всех полюсах ротора создает на роторе синхронного генератора электромагнитный момент, направленный встречно вращающему­ся магнитному полю:

, (21.1)

где – диаметр ротора.

Из полученного выражения следует, что электромагнитный момент синхронной машины является синусоидальной функцией угла и может быть представлен выражением

, (21.2)

где: – максимальное значение электромагнитного момента, соответствующее значению угла эл. град.

Электромагнитный момент , 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

, (21.3)

где – угловая частота вращения ротора.

Таким образом, с появлением тока 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. При этом механическая мощность при­водного двигателя расходуется не только на покрытие потерь х.х. генератора , но и частично преобразуется в электромагнит­ную мощность генератора , т. е.

. (21.4)

Следовательно, электромагнитная мощность синхронного генератора представляет собой электрическую активную мощ­ность, преобразованную из части механической мощности при­водного двигателя:

Что же касается активной мощности на выходе синхронного генератора , отдаваемой генератором в сеть, т. е.

,

то она меньше электромагнитной мощности на значение, рав­ное сумме электрических потерь в обмотке статора и добавочных потерь при нагрузке

. (21.5)

Следовательно, мощность на выходе синхронного генератора (активная нагрузка) при его параллельной работе с сетью регулируется изменением вращающего момента приводного двигателя:

,

где: – угловая синхронная скорость вращения ротора синхронной машины, рад/с.

Если все слагаемые уравнения (21.4) разделить на угловую частоту , то получим уравнение моментов

. (21.6)

Из этого уравнения следует, что вращающий момент раз­виваемый приводным двигателем на валу генератора, равен сумме противодействующих моментов: момента х.х. , обусловленного потерями х.х. , и электромагнитного момента , обусловленного нагрузкой генератора.

Момент х.х. Мо для данного генератора постоянен , поэтому нагрузка синхронного генератора возможна лишь за счет вращающего момента приводного двигателя, когда его значение превышает момент х.х., т. е. при