Выражение для электромагнитной мощности машины с явно выраже1ными полюсами имеет следующий вид [2]:

£ sine +

sin 20.

Второе слагаемое в выражении для электромагнитной мощности появляется за счет различия магнитных сопротивлений по продольной й поперечной осям полюсов. Оно не зависит от и от тока возбуждения. Ротор стремится ориентироваться в магнитном поле так, чтобы представлять собой наименьшее магнитное сопротивление, что создает добавочную мощность, которая тем больше, чем больше неравенство магнитных сопротивлений по продольной и поперечной осям, т. е. чем больше различие между синхронными реактивными сопротивлениями Xd и Xq.

4.3. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Для повышения КПД генераторов и первичных двигателей и облегчения резервирования станции на электрических станциях устанавливают несколько синхронных генераторов, предназначенных для параллельной работы. В зависимости от потребляемой

генераторов, чтобы на-

о

Рис. 4 5. Уравнительные токи при изменении тока возбуждения синхронного генератора

мощности включается такое количество грузка каждого из них была близка к номинальной.

В свою очередь, электрические станции объединяются между собой для параллельной работы на одну общую энергосистему, позволяющую наилучшим образом решить задачу производства и распределения электрической энергии в техническом и экономическом отношениях.

Положим, что синхронный генератор включен на параллельную работу с сетью бесконечно большой мощности. Такое предположение дает возможность принять напряжение и частоту тока сети постоянными при любых изменениях режима работы генератора, т. е.

= const и /с = const.

Пусть при включении генератора в сеть были выполнены все условия для параллельного включения (см. § 12.5), т. е. £г=--U, что показано на векторной диаграмхме рис. 4.5(7.

Следовательно, сумма ЭДС генератора и напряжения сети равна нулю и ток в обмотке якоря равен нулю, т. е. генератор не нагружен (холостой ход).

Если увеличить ток возбуждения, то ЭДС (рис. 4.56) будет больше напряжения сети. Геометрическая сумма /S.E = Er+U не равна нулю, и под действием результирующей ЭДС протекает Уравнительный ток /. Ток встречает на своем пути только синхроп-

ное реактивное сопротивление генератора Хс, так как активным сопротивлением обмотки якоря за малостью можно пренебречь, а внутреннее сопротивление бесконечно мощной сети равно нулю. Следовательно, уравнительный ток является чисто реактивным и отстает от АЕ на я/2, т. е. IAE/ixc-

Если уменьшить ток возбуждения, то ЭДС генератора (рис. 4.5в) окажется меньше напряжения сети и вектор АЕ будет совпадать с вектором напряжения сети. В этом случае уравнительный ток опережает ЭДС генератора на я/2.

Таким образом, изменение тока возбуждения синхронного генератора при его параллельной работе с мощной сетью меняет реактивные ток и мощность, но активные мощность и составляющая тока якоря остаются неизменными.

Зависимость тока в обмотках якоря от тока возбуждения, при неизменном напряжении сети и неизменной активной мощности, вырабатываемой генератором имеет вид /-образной характеристики. При электро.магнитной мощности, равной нулю (Рф =0), уменьшение тока возбуждения от значения, соответствующего ра-

Рис 4.6. (/-образные кривые синхронного генератора

Рис. 4.7. Уравнительные токи при изменении угла 9

венству Et=Uc до нуля, вызывает увеличение тока в обмотках якоря от нуля до максимального значения, равного (Uc-Еост)1хс (рис. 4.6). При этом ток якоря носит емкостный характер по отношению к генератору и индуктивный по отношению к сети.

Увеличение тока возбуждения от значения, соответствующего равенству Ej.- U, также увеличивает ток якоря. При этом он носит индуктивный характер по отношению к генератору и емкостный по отношению к сети.

Для изменения активной мощности синхронного генератора нужно изменить угол 0, воздействуя на момент первичного двигателя Пусть генератор включен в сеть так, что его ЭДС равна и

противоположна напряжению сети (рис. 4.7а), т. е. £г=-Uc, 6 = 0.

Если увеличить момент первичного двигателя, то ротор получает некоторое ускорение и его поле перемещается относительна

результирующего. Силовые линии магнитного поля в воздушном зазоре растягиваются, т. е. растет электромагнитный тормозной момент Myjf. При восстановлении равновесия моментов первичного двигателя и тормозного генератора магнитные поля вновь становятся неподвижными друг относительно друга, но сдвигаются на угол 6. Вектор ЭДС обмотки якоря (рис 4.76) опережает начальное значение на угол +6. Геометрическая сумма ЭДС генератора и напряжения сети не равна нулю, т. е. появилась результирующая ЭДС /S.E, под действием которой протекает уравнительный ток /, отстающий от на я/2. Вектор тока якоря почти совпадает с вектором ЭДС, т. е. машина вырабатывает электрическую энергию (Рф >0).

Из выражения (4.2) следует, что при постоянном значении электромагнитной мощности =Pti)i >0 fosinS также неизменно. Поэтому изменение тока возбуждения, при неизменной электромагнитной мощности, вырабатываемой генератором, изменяет угол 6. Уменьшение тока возбуждения уменьшает Eq и угол 6 увеличивается. Так как устойчивая работа машины возможна лпшо при изменении угла 6 от О до я/2, то ток возбуждения можно уменьшать до некоторого критического значения /вкр, при которо.м угол 6 равен я/2. При токе возбуждения, меньшем критического, генератор не может развить нужного электромагнитного момента, который бы уравновесил вращающий момент первичного двигателя, скорость вращения непрерывно увеличивается, и генератор выходит из синхронизма. Увеличение электромагнитной мощности увеличивает критические значения тока возбуждения (рис. 4.6).

При увеличении электромагнитной мощности машины увеличивается активная составляющая тока якоря, т. е. -образные характеристики смещаются вверх, а их минимумы смещаются вправо (рис. 4.6), в область больших токов возбуждения. Это объясняется тем, что при увеличении нагрузки генератора, т. е. при увеличении тока якоря, увеличиваются потоки якоря и рассеяния. Для создания неизменных фазных сдвигов, соответствующих минимуму -образной характеристики (созф=1), в машине нулсны неизменные магнитные условия. Поэтому для компенсации реакции якоря и потока рассеяния, при увеличении нагрузки надо увеличивать и поток полюсов, т. е. увеличивать ток возбуждения.

Обычно синхронные генераторы возбуждаются так, что отдают в систему помимо активной мощности реактивную мощность индуктивного характера, необходимую для работы асинхронных двигателей, трансформаторов и других электромагнитных аппаратов, т. е. работают на правой ветви -образной характеристики.

4.4. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО

ДВИГАТЕЛЯ

Синхронный двигатель не имеет принципиальных конструктивных отличий от синхронного генератора. На статоре двигателя помещается трехфазная обмотка, прн включении которой в сеть