Лекция 17 21. 12. 21
 Скачать 0.93 Mb.
|
Лекция №1721.12.21 7. Электрические машины переменного тока7.13. Принцип действия синхронного генератора 7.14. Работа синхронного генератора в энергосистеме 7.15. Регулирование активной мощности 7.16. Регулирование реактивной мощности 7.16. Регулирование реактивной мощности СГ Ток в обмотке возбуждения ротора создает основное магнитное поле B0, которое индуцирует ЭДС в обмотках статора E0. Зависимость действующего значения ЭДС от величины тока возбуждения ротора называется характеристикой холостого хода. Она повторяет по виду кривую намагничивания машины. 0 E0 Iв IВном E0ном При подключении приемника и возникновении тока в обмотках статора возникает магнитное поле рассеяния статора Ba. Это поле, вращаясь с частотой n1, действует на неподвижные проводники обмотки статора. Следовательно, по закону электромагнитной индукции в последних возникает ЭДС рассеяния Ea. Тогда результирующая ЭДС статорной обмотки I рез E0 Ea Eрез 0 a По второму закону Кирхгофа, сумма индуцируемых в фазе обмотки статора ЭДС равна напряжению фазы обмотки статора и падению напряжения на активном сопротивлении этой обмотки. Представим ЭДС, индуцируемую магнитным полем рассеяния статора, падением напряжения на индуктивном сопротивлении обмотки статора. Обычно X >> R, тогда, пренебрегая активным сопротивлением обмотки статора, получаем: I рез 0 a E0 Ea Eрез Схема замещения фазы статора СГЗначит, синхронный генератор – это источник ЭДС, внутреннее сопротивление которого носит индуктивный характер. Уравнению соответствует следующая схема замещения и векторная диаграмма. E0 U режим холостого хода I U I jXI E0 при резистивной нагрузке E0 U jX Энергосистема объединяет большое количество источников и потребителей электроэнергии. В сети поддерживаются постоянными частота и амплитуда напряжения. Источники энергии – синхронные генераторы – соединены между собой параллельно, что позволяет уменьшить их общее внутреннее сопротивление, и сильно увеличить вырабатываемую электрическую мощность. E0 U jX С Е Т Ь Чтобы подключить в сеть отдельный генератор, необходимо избегать бросков тока и увеличения электромагнитного момента на валу, способных вызвать повреждение генератора и нарушение работы энергосистемы. Для этого необходимо определенным образом отрегулировать режим работы генератора в режиме холостого хода до включения в сеть, и в определенный момент включить генератор в сеть. Этот процесс называется синхронизацией генератора. Включение СГ на параллельную работу с сетьюЧтобы синхронизировать генератор с сетью, необходимо обеспечить: равенство ЭДС генератора E0 и напряжения сети UС; равенство частот напряжений генератора fГ и сети fС; совпадение по фазе напряжений генератора и сети; одинаковый порядок чередования фаз генератора и сети. Изменение ЭДС генератора осуществляют путем изменения тока возбуждения ротора, проверяют с помощью вольтметров. Изменения частоты напряжения генератора добиваются, изменяя частоту вращения приводного двигателя. Остальные условия проверяются с помощью специального прибора – синхроноскопа. При выполнении условий синхронизации после включения в сеть генератор остается в режиме холостого хода. Генератор работает параллельно с сетью большой мощности, а значит: Активная электрическая (полезная) мощность синхронного генератора: Активная электромагнитная мощность: Она больше полезной электрической мощности на величину потерь на активном сопротивлении статора Пренебрегая электрическими потерями: Из векторных диаграмм выражаем: Тогда получаем электромагнитную мощность: Величина электромагнитного момента, создаваемого генератором: Максимальный электромагнитный момент: Получили аналитическое выражение угловой характеристики синхронного генератора: зависимости электромагнитной мощности и электромагнитного момента от величины угла рассогласования – PЭМ() и MЭМ(): Активная электромагнитная мощность PЭМ и электромагнитный момент MЭМ пропорциональны ЭДС E0 и синусу угла рассогласования sin, так как остальные параметры практически неизменны. Угловая характеристика синхронного генератора: В установившемся режиме вращающий момент турбины равен электромагнитному моменту сопротивления: . Генератор работает при угле рассогласования 1. 0 MЭМ 1 PЭМ 2 Mвр /2 Mmax Угловая характеристика синхронного генератора: Амплитуду электромагнитного момента можно регулировать изменением ЭДС, т.е. изменением тока ротора. Тогда и угол рассогласования в установившемся режиме будет меняться. IР2 > IР1, значит, 2 < 1. 0 1 2 Mвр /2 Mmax1 2 Mmax2 0 1 2 Mвр /2 Mmax1 2 Mmax2 Чем больше вращающий момент турбины, тем больше электромагнитная мощность, а значит, и полезная мощность, отдаваемая генератором в сеть. Мощность максимальна при угле рассогласования = 90º. Активная мощность регулируется моментом турбины. Пусть СГ работал в режиме холостого хода. В установившемся режиме: Если вращающий момент турбины начнет возрастать, то изменится угол рассогласования полюсов, увеличится электромагнитный момент СГ и его полезная мощность . 0 MЭМ PЭМ 2 Генератор работает устойчиво, пока: Значит, устойчивая работа СГ возможна при угле рассогласования от 0 до 90º, т.е. на восходящем участке угловой характеристики. При этом частота вращения ротора СГ остается неизменной – синхронной. 0 MЭМ º PЭМ 2 При угле рассогласования = 90º электромагнитный момент генератора максимален, и при дальнейшем увеличении вращающего момента генератор не может создавать необходимого момента сопротивления. Частота вращения ротора начинает возрастать, частота напряжения СГ возрастает, генератор выпадает из синхронизма. 0 MЭМ º PЭМ 2 Чтобы этого избежать, в начале неустойчивой работы надо отключить генератор из сети или увеличить ток ротора. Максимальное значение электромагнитного момента – это предел устойчивости СГ в синхронизме. Чтобы иметь запас по устойчивости, обычно генераторы проектируют на работу в номинальном режиме с углом рассогласования ≤ 30º. 0 MЭМ º PЭМ 2 Рассмотрим синхронный генератор, включенный в энергосистему, при неизменном вращающем моменте приводного двигателя: Построим векторные диаграммы для трех режимов работы СГ с изменяющимся током ротора. MЭМ 0 E0 Iв IВ1 E3 IВ2 IВ3 E2 E1 IВ1 IВ2 IВ3 С увеличением тока ротора будет возрастать ЭДС статорной обмотки, что приводит к увеличению максимального электромагнитного момента и изменению вида угловой характеристики СГ. Mвр 1 2 3 Рассматривая схему замещения фазы статора синхронного генератора и его уравнение электрического состояния, можно сделать вывод, что изменение тока ротора и ЭДС статора влияют на величину тока статора. Для определения тока статора построим векторные диаграммы СГ. I E0 U jX С Е Т Ь При этом будем учитывать: А также: Для удобства полагаем U E1 1 E2 E3 jXI2 jXI1 jXI3 I2 I3 I1 Icos E0sin 1 +1 +j Таким образом, при построении получаем, что с изменением тока ротора происходит изменение величины и характера тока статора. При малом токе ротора ток статора опережает напряжение генератора, а при большом токе ротора ток статора отстает от напряжения. Это показывает изменение характера реактивной мощности, отдаваемой генератором в сеть. При малом токе возбуждения – недовозбуждении – она носит емкостной характер (QC), при большом токе возбуждения – перевозбуждении – она носит индуктивный характер (QL). Зависимость тока статора от тока возбуждения ротора называется V-образной (U-образной) характеристикой. Она строится для определенного значения активной мощности (то есть при постоянном вращающем моменте). Iст Iв P1= const; MЭМ1 = const P0=0 P2> P1 Минимумы кривых соответствуют режиму с активным током статора (нормальное возбуждение), когда cos = 1. Iст Iв P1= const; MЭМ1 = const P0=0 P2> P1 cos = 1 недовозбуждение перевозбуждение QC QL При малом токе возбуждения возможен выход генератора из синхронизма, поэтому кривые не доходят до оси ординат. Iст Iв P1= const; MЭМ1 = const P0=0 P2> P1 граница устойчивости cos = 1 Обычно синхронные генераторы работают с перевозбуждением. Реактивная мощность регулируется током возбуждения ротора. Регулирование реактивной мощности возможно только для СГ, включенного в энергосистему. При автономной работе синхронного генератора изменение тока ротора вызывает изменение напряжения, отдаваемого в нагрузку. Характер тока статора и реактивной мощности определяется при этом характером нагрузки. |