§3. Включение синхронных генераторов по методу самосинхронизации.
Рассмотренные выше способы включения в сеть синхронных генераторов относительно сложны, требуют большой точности и, главное, затраты времени. Поэтому в последнее время в наших энергосистемах внедряется включение синхронных генераторов в сеть по методу самосинхронизации. Сущность метода состоит в следующем: генератор приводится во вращение первичным двигателем с частотой вращения, которая может отличаться от синхронной на ± (2 – 3)%, и включается на сеть без возбуждения, причем обмотка ротора, во избежание перенапряжения в момент включения, замыкается накоротко или через некоторое сопротивление; после этого, обычно сейчас же после включения генератора на сеть, подается возбуждение, и генератор впадает в синхронизм.
Таким образом, при включении генератора по методу самосинхронизации разностная э.д.с. равна напряжению сети (ΔЕ = Uc – Eген = Uc), а ротор генератора вращается с частотой, несколько отличающейся от синхронной частоты вращения, с которой вращается магнитное поле статора. В этих условиях в статоре наблюдается бросок тока, в несколько раз превышающий номинальный ток, а на валу генератора возникают механические усилия, но последние невелики и, как показал опыт, не представляют опасности для машины.
Так можно включать явнополюсные и неявнополюсные генераторы. Ток статора снижается до номинального значения в пределах 1 – 7.
Данный метод значительно упрощает процесс включения, легко автоматизируется и требует мало времени.
§4. Работа генератора при М=const и iв=var на сеть с постоянным напряжением и постоянной частотой. U-образные кривые синхронного генератора.
Предположим, что в схеме (рис.1) – включение однофазных генераторов на параллельную работу – генератор I является сетью по отношению к генератору II. Так как мощность сети можно считать бесконечно большой по сравнению с мощностью отдельного генератора, то напряжение сети и её частота не зависят от режима работы генератора II, то есть Uc= const и f = const.
Для замкнутого контура, образованного генераторами I и II получаем
Ė0I + Ė0II = İIZI + İIIZII (1)
или
Ė0I - İIZI = Ůс = -( Ė0II - İIIZII) = -Ůг (2)
Здесь Ė0I и Ė0II – э.д.с., индуцируемые в генераторах I и II основным магнитным потоком; II и III – токи в генераторах I и II; ZI и ZII – полные сопротивления генераторов; Ůс = Ė0I - İIZI – напряжение сети; Uг – напряжение на зажимах генератора.
Согласно условию, напряжение Uc= const, а э.д.с. Е0II мы можем изменять, изменяя ток возбуждения iв. Рассмотрим два случая работы генератора в этом режиме:
а) при холостом ходе;
б) при нагрузке.
А.Генератор идет вхолостую.
В этом случае мощность Рм =0 (электромагнитная) и, следовательно, угол между векторами э.д.с. Е0 и напряжения U равен нулю; это значит, что при работе генератора вхолостую э.д.с. Е0II совпадает по фазе с напряжением генератора II и находится в противофазе с напряжением сети Uc.
Отрегулируем ток возбуждения iв генератора II так, чтобы э.д.с. Ė0II = - Ůс.
Тогда по формуле (2), ток İII=0. Ток возбуждения, соответствующий этому режиму, будем называть нормальным.
Теперь увеличим ток возбуждения относительно нормального, или, как говорят, перевозбудим генератор. Э.д.с. Ė0II и Ůс по-прежнему остаются в противофазе (Рм = 0 и θ=0°), но теперь появляется разностная э.д.с. ΔЕ = Е0II – (-Uc), вектор которой направлен в сторону Ė0II.
Под действием этой разностной э.д.с. (ΔЕ) по генератору II начинает течь уравнительный ток III , отстающий от ΔЕ на 90°. Мы видим, что:
а) при перевозбуждении генератора появляется уравнительный ток, являющийся чисто индуктивным относительно напряжения сети; создавая продольную реакцию якоря, он стремится размагнитить данный регулируемый генератор (в нашем случае генератор II) и намагнитить генераторы, работающие с ним параллельно (сеть);
б) уравнительный ток, являясь чисто реактивным током (практически), не производит никакого перераспределения активной нагрузки.
Если мы уменьшим ток возбуждения относительно нормального или, как говорят, недовозбудим генератор, то все произойдет в обратном.
Таким образом:
а) при недовозбуждении генератора появляется уравнительный ток, являющийся чисто емкостным относительно регулируемого генератора и индуктивным относительно сети; создавая продольную реакцию якоря, он стремится намагнитить генератор и размагнитить сеть;
б) также как и в предыдущем случае, уравнительный ток не производит никакого перераспределения активной нагрузки.
В общем случае мы можем опустить значок «II». Так как уравнительный ток создает только продольную м.д.с. якоря, то, пренебрегая активным сопротивлением обмотки статора, имеем Z = jxd , где xd – продольная реактивность генератора. Тогда по формуле (2)
I
= -j
(3)
Если считать, что хd
= const, то ток I
линейно зависит от ΔЕ и, следовательно,
от э.д.с. Е0 , поскольку напряжение
сети Uc=
const. При Е0 = 0 имеем
;
этим определяется положение на оси
ординат точки а. При Е0 = Uc
ток I = 0; этим определяется
положение точки в на оси абсцисс.
Соединив точки а и в прямой,
построим левую ветвь зависимости I
= f(E0).
Правая ветвь этой зависимости строится
симметрично прямой, поведенной через
точку в параллельно оси ординат.
Зависимость I = f(E0) напоминает собою латинскую букву U и на этом основании называется U-образной кривой.
Большое практическое значение имеет зависимость I=f(iв). Пока генератор ненасыщен, э.д.с. Е0 пропорциональна току iв. Это имеет место, главным образом, в зоне недовозбуждения генератора, т.е. влево от точки в. Поэтому ветвь ав может представить в соответствующем масштабе зависимость I=f(iв).
При перевозбуждении генератора (iв>Ов) начинает все более сказываться насыщение стали; кроме того, увеличивается рассеяние основных полюсов вследствие встречного действия продольной м.д.с. реакции якоря. Поэтому зависимость I=f(iв) вправо от точки в определяется кривой вс, тем сильнее отступающей от прямой I=f(E0), чем больше ток iв.
Б.U-образные кривые генератора при нагрузке (U= const, f= const, М= const, iв=var).
Так как по формуле (2) Ůс=-Ůг , то на диаграмме эти напряжения изображаются двумя равными по величине.
