Статическая устойчивость С.Г

Допустим, что установившейся режим соответствует точке В на угловой характеристике. Тогда при малейшем приращении мощности первичного двигателя ротор С.Г. получит приращение угла q, при котором электромагнитная мощность Р_ЭМ и соответственно тормозной электромагнитный момент окажутся меньше, чем в предыдущем режиме. Благодаря этому возникнет дальнейшее увеличение угла q, поэтому частота вращения ротора возрастает и С.Г. выйдет из синхронизма. При попытке уменьшить мощность Р_ДВ тормозной момент М_ЭМ станет больше вращающего момента первичного двигателя, ротор уменьшит частоту вращения, соответственно уменьшится угол q

и режим работы С.Г. перейдет в точку А. Это значит, что точка В соответствует неустойчивому положению равновесия.

В точке А С.Г. будет работать устойчиво, поскольку положительному изменению вращающего момента М_ДВ соответствует положительное изменение тормозного момента М_ЭМ. При уменьшении вращающего момента уменьшается и тормозной момент за счет уменьшения угла q.

Устойчивость работы С.Г. в рассмотренном выше варианте называют статической устойчивостью при малых медленных отклонениях (возмущениях). Математическим критерием статической устойчивости является выполнение неравенств:

; .

Физическую сущность способности С.Г. устойчиво работать параллельно с мощной сетью можно показать на рисунках и на макете синхронного генератора, имея в виду, что при нагрузке С.Г. в обмотке статора протекают токи и существует магнитное поле статора, неподвижное относительно ротора, и они вращаются синхронно с угловой скоростью Ω₁.

В режиме холостого хода Р_ЭМ = 0; М_ЭМ= 0 и q = 0.

При увеличении мощности первичного двигателя угол q возрастает в положительном направлении, возникают силы взаимодействия полей статора и ротора, силовые линии результирующего поля как бы натягиваются и стремятся увлечь за ротором и поле статора. При этом создается тормозной электромагнитный момент. По мере увеличения угла q эти силы возрастают до определенного предела. Критическим значением угла q является q = + 90° (смотри рисунок 5, а).

При уменьшении мощности первичного двигателя относительно режима холостого хода угол q возрастает в отрицательном направлении и в этом случае магнитное поле статора как бы тянет за собой ротор и машина переходит в режим синхронного двигателя (смотри рисунок 5, б).

C увеличением угла q свыше + 90° возникают силы взаимного отталкивания одноименных полюсов, электромагнитные связи между полями статора и ротора как бы рвутся и ротор будет вращаться

с несинхронной скоростью, что соответствует аварийному режиму работы машины.

Таким образом, устойчивая работа синхронной машины возможна при условии, что угол q находится в пределах

.

При значениях угла q больше критической величины _KP = ± 90° электромагнитная мощность Р_ЭМ и электромагнитный момент М_ЭМ оказываются меньше механической мощности Р_МЕХ и механического момента М_МЕХ соответственно, поэтому основное условие установившегося режима работы Р_МЕХ = Р_ЭМ и М_МЕХ = М_ЭМ не выполняется.

Итак, пределом статической устойчивости неявнополюсных синхронных машин является значение q = q_КР = ± 90°.

В реальных условиях номинальное значение угла q выбирают в пределах q_Н = ± (25° - 35°). Чтобы машина работала с некоторым запасом по мощности, который определяют коэффициентом перегрузки или перегрузочной способностью К_П:

.

Учитывая формулу электромагнитной мощности , можно видеть, что увеличения Р_{ЭМ max} и соответственно перегрузочной способности машины можно достигнуть либо форсировкой возбуждения за счет увеличения Е_г, либо уменьшением индуктивного сопротивления Х_С и соответственно увеличением . Последнее достигается только на стадии проектирования машины.