Угловая характеристика синхронного генератора

Электромагнитная мощность неявнополюсного синхронного генератора при его параллельной работе с сетью

, (21.7)

где – угол, на который продольная ось ротора смещена относительно продольной оси результирующего поля машины (рис. 21.4).

Электромагнитная мощность явнополюсного синхронного генератора

, (21.8)

где – синхронные индуктивные сопротивления явнополюсной синхронной машины по продольной и поперечной осям соответственно, Ом.

Разделив выражения (21.7) и (21.8) на синхронную частоту вращения , получим выражения электромагнитных моментов:

неявнополюсной синхронной машины

; (21.9)

явнополюсной синхронной машины

, (21.10)

где – электромагнитный момент, Н·м.

Анализ выражения (21.10) показывает, что электромагнитный момент явнополюсной машины имеет две составляющие: одна из них представляет собой основную составляющую электромагнитного момента

, (21.11)

другая – реактивную составляющую момента

. (21.12)

Основная составляющая электромагнитного момента явнополюсной синхронной машины зависит не только от напряжения сети , но и от ЭДС , наведенной магнитным потоком вращающегося ротора Ф в обмотке статора:

. (21.13)

Это свидетельствует о том, что основная составляющая электромагнитного момента зависит от магнитного потока ротора: . Отсюда следует, что в машине с невозбужденным ротором основная составляющая момента .

Реактивная составляющая электромагнитного момента не зависит от магнитного потока полюсов ротора. Для возникновения этой составляющей достаточно двух условий: во-первых, чтобы ротор машины имел явновыраженные полюсы и, во-вторых, чтобы к обмотке статора было подведено напряжение сети . Подробнее физическая сущность реактивного момента.

При увеличении нагрузки синхронного генератора, т. е. с ростом тока происходит увеличение угла , что ведет к изменению электромагнитной мощности генератора и его электромагнитного момента. Зависимость результирующего электромагнитного момента или электромагнитной мощности от угла представленная графиком 3, называется угловой характеристикой синхронной машины.

Максимальное значение электромагнитного момента соответствует критическому значению угла .

Как видно из результирующей угловой характеристики (график 3), при увеличении нагрузки синхронной машины до значений, соответствующих углу , синхронная машина работает устойчиво. Объясняется это тем, что при рост нагрузки генератора (увеличение ) сопровождается увеличением электромагнитного момента. В этом случае любой установившейся нагрузке соответствует равенство вращающего момента первичного двигателя сумме противодействующих моментов, т. е. . В результате частота вращения ротора остается неизменной, равной синхронной частоте вращения.

Рис. 96. Угловая характеристика синхронного генератора

При нагрузке, соответствующей углу , электромагнитный момент уменьшается, что ведет к нарушению равенства вращающего и противодействующих моментов. При этом избыточная (неуравновешенная) часть вращающего момента первичного двигателя вызывает увеличение частоты вращения ротора, что ведет к нарушению условий синхронизации (машина выходит из синхронизма).

Электромагнитный момент, соответствующий критическому значению угла , является максимальным .

Для явнополюсных синхронных машин эл. град.

Угол можно определить из формулы

. (21.14)

Здесь

. (21.15)

У неявнополюсных синхронных машин , а поэтому угловая характеристика представляет собой синусоиду и угол .

Отношение максимального электромагнитного момента к номинальному , называется перегрузочной способностью синхронной машины или коэффициентом статической перегружаемости:

. (21.16)

Пренебрегая реактивной составляющей момента, можно записать

, (21.17)

т. е. чем меньше угол , соответствующий номинальной нагрузке синхронной машины, тем больше ее перегрузочная способность. Например, у турбогенератора , что соответствует .

⇐ Назад