U-образные кривые синхронного генератора

Ранее мы рассматривали параллельную работу синхронного генератора при неизменном токе возбуждения. Что же произой­дет в синхронном генераторе, если после подключения его к сети для параллельной работы изменить ток в его обмотке возбуж­дения, оставив неизменным вращающий момент приводного двигателя? Предположим, что генератор после подключения на сеть работает без нагрузки и его ЭДС Ео уравновешивает напря­жение сети Uc. Если при этом увеличить ток в обмотке возбуж­дения, т. е. перевозбудить машину, то ЭДС Ео увели­чится до значения £б и в цепи генератора появится избыточная ЭДС АЕ — Ео— Uc.(рис. 21.10, а), вектор которой совпадает по направлению c. вектором ЭДС Ео- Ток Id, вызванный ЭДС АЕ, будет отставать от нее по фазе на 90° (поскольку пдаО). По отношению к ЭДС Ео этот ток также будет отстающим (индук­тивным). С увеличением перевозбуждения значение реактивного (индуктивного) тока увеличится.

Если же после того, как генератор подключен к сети, умень­шить трк возбуждения, т.е. недовозбудить машину, то ЭДС Ё0 уменьшится до значения Ё'о и в цепи генератора опять будет действовать избыточная ЭДС АЕ—0С — Е". Теперь вектор этой ЭДС будет совпадать по направлению с вектором напряже­ния сети (Ус (рис. 21.10,6), и поэтому ток \d, вызванный этой ЭДС и отстающий от нее по фазе на 90°, будет опережающим (емкостным) по отношению к ЭДС гене­ратора Ео.

Показанное на векторных диаграммах можно объяснить следующим. При пере­возбуждении генератора увеличива­ется МДС возбуждения F0 = /вдав. Это сопровождается появлением в обмотке статора реактивного тока ld, который по отношению к ЭДС является отстающим (индуктивным). Вызванная этим током продольно-размагничивающая реакция якоря компенсирует избыточную МДС возбуждения так, что ЭДС генератора остается неизменной. Такой же процесс Рис. 21.10. Векторные происходит и при недовозбужде- диаграммы ЭДС синхрон- н и и генератора с той лишь разницей, что в обмотке появляется опережающий работу

(емкостный) ток Id, а вызванная этим

током продольно-намагничивающая реакция якоря компенси­рует недостающую МДС- возбуждения.

Следует иметь в виду, что ток Id, отстающий по фазе от ЭДС Е, по отношению к напряжению сети Uc является опережающим током и, наоборот, ток 1а, опережающий по фазе ЭДС Е₀, явля­ется отстающим по отношению к напряжению 0С.

Если при всех изменениях тока возбуждения вращающий мо­мент приводного двигателя остается неизменным, то также неиз­менной остается активная мощность генератора:

Р2 = m1UcI1cosφ1 = const.

Из этого выражения следует, что при Uc = const активная составляющая тока статора I_q= I1 cosφ1 = const.

Рис. 21.11. U-образные характерис­тики синхронного генератора

Таким образом, степень воз­буждения синхронного генератора влияет только на реактивную сос­тавляющую тока статора. Что же касается активной составляющей тока Iq = I₁ cosφ1, то она остается неизмелной.

Зависимость тока статора I1 от тока в обмотке возбуждения Iв при неизменной активной нагруз­ке генератора выражается графи­чески U-образной кривой. На рис. 21.11 представлены U-образные кривые I1 = f(I) при Р2 — const. Кривые построены для разных значений активной нагрузки: Р2 = = 0; Р2=0,5Рном и Р2=Рном. U-образные кривые синхронного генератора показывают, что любой нагрузке генератора соответствует такое значение тока возбуждения Iв', при котором ток статора I1 становится минималь­ным и равным только активной составляющей: Ilmin = I1 cosφ1 = Iq. В этом случае генератор работает при коэффициенте мощности cosφ1= 1. Значения тока возбуждения, соответствующие cosφ1= 1 при различной нагрузке генератора, показаны на рис. 21.11 пунктирной кривой. Некоторое отклонение этой кривой вправо указывает на то, что при увеличении нагрузки ток возбуждения, соответствующий cosφ1 = l, несколько возрастает. Объясняется это тем, что при росте нагрузки необходимо некоторое увеличе­ние тока возбуждения, компенсирующее активное падение напря­жения.

Необходимо иметь в виду, что при постепенном уменьшении тока возбуждения наступает такое минимальное его значение, при котором магнитный поток обмотки возбуждения оказывается настолько ослабленным, что синхронный генератор выпадает из синхронизма — нарушается магнитная связь между возбужден­ными полюсами ротора и вращающимся полем статора. Если соединить все точки минимально допустимых значений тока воз­буждения на U-образных кривых (штриховая линия в левой ча­сти рис. 21.11), то получим линию предела устойчивости работы синхронного генератора при недовозбуждении.

С точки зрения уменьшения потерь генератора наиболее вы­годным является возбуждение, соответствующее минимальному току статора, т. е. когда cosφ1= 1. Но в большинстве случаев нагрузка генератора имеет индуктивный характер и для компен­сации индуктивных токов (отстающих по фазе от напряжения сети) приходится несколько перевозбуждать генератор, создавая условия, при которых ток статора İ1 опережает по фазе напряже­ние сети Uc. Следует отметить, что для сохранения coscpi неиз­менным при изменениях активной нагрузки генератора требуется одновременное изменение тока возбуждения генератора.

Глава