Синхронной скорости вращения генератора

Рассмотрим простейшую схему, состоящую из одного генератора, связанного с шинами неизменного напряжения. Начнём с выявления зависимостей активных мощностей от угла δ, называемых угловыми характеристиками. Эти характеристики построены для неявнополюсной машины согласно выражениям (4), (10) и (11) имеют вид, представленный на риунке 5.1

Угловые характеристики мощности, выражены через различные ЭДС.

а) при постоянстве ЭДС E_q (1 – для неявнополюсной машины, 2 – для явнополюсной);

б) при постоянстве ЭДС E'_q;

в) при постоянстве U_гq.

У явнополюсных машин максимум мощности характеристики при E_q = const наступает при меньших углах, чем у неявнополюсных машин, что обусловлено наличием большого активного сопротивления явнополюсных машин.

В генераторах, ток возбуждения которых не регулируется, ЭДС E_q при любых медленных изменениях нагрузки Р остаётся постоянной рис.а. Остальные параметры режима, характеризующие работу генератора (U_г, E'_q, δ, Q), изменяются при изменении нагрузки так, как это показано на рисунке. В этом случае напряжение и результирующее потокосцепление обмотки возбуждения Ψ _рез ≡ E' (и Ψ _рез ≡ E'_q) падают с ростом нагрузки генератора.

Если в генераторе ток возбуждения регулируется так, что ЭДС Ψ _рез = E'q поддерживается неименной рис. б, то предельное значение мощности получается примерно на 30-60% выше, чем при постоянном неизменном токе возбуждения. Если регулирование обеспечивало бы постоянство напряжения на зажимах генератора (U_г = const, рис.в), то предельное значение мощности было бы больше на 50-80%, чем при постоянстве тока возбуждения.

Разумеется, для поддержания неизменной ЭДС E'_q (или напряжения U_г) необходимо увеличение тока возбуждения с ростом нагрузки.

Рис.

а) при постоянстве тока возбуждения;

б) при постоянстве результирующего потокосцепления ОВ и пропорциональной ему ЭДС;

в) при постоянстве напряжения генератора.

Если одновременно с увеличением активной мощности увеличивать ток возбуждения так, чтобы U_г поддерживалось постоянным, то на угловой характеристике P = f(δ) рис. 5.3точка, характеризующая режим, при увеличении угла будет скользить не по синусоиде P = f(δ) (кривая 1), а по характеристике а-е, образованной постепенным переходом рабочей точки а с кривой 1 на кривые 2, 3, 4, 5, 6 и т.д. При более слабом регулировании, когда поддерживается постоянство E’_q угловая характеристика проходит несколько ниже (кривая а-е’). Итак, из всех возможных характеристик режима передачи можно выделить две наиболее существенные.

Статическую характеристику, отвечающую случаю, когда при изменении режима остаётся постоянным ток возбуждения (E_q = const), что имеет место только при медленных изменениях режима нерегулируемой машины.

Динамическую характеристику, получаемую при постоянстве ЭДС (E'_q = const), соответствующую постоянству результирующего потокосцепления обмотки возбуждения по продольной оси. Эта характеристика имеет место в машине, где ток возбуждения регулируется так, что ЭДС E'_q остается неизменной. Эта же характеристика соответствует начальному моменту времени динамического перехода, когда при резких изменениях режима ток возбуждения изменяется за счет появления свободных токов, поддерживающих в первый момент неизменное потокосцепление обмотки возбуждения. Потокосцепление при переходном процессе может быть неизменным только при t = 0, далее оно изменяется по мере затухания свободных токов. Однако часто приближенно считают, что E'_q = const в течение 0, 1-0, 2 сек. Характеристику мощности, получающуюся при E'_q = const, можно назвать динамической характеристикой условно, т.к.она может быть получена и при медленных (статических) изменениях режима с автоматическим регулированием возбуждения (кривая а-е рис.5.3). Разница между статической и динамической характеристиками иллюстрируется зависимостями, показанными на рис. 5.1.

Рис.5.1

Статическая характеристика получена при медленном изменении нагрузки при постоянном токе возбуждения, а динамические – при таком изменении тока возбуждения, которое обеспечивает E'_q = const во время изменения режима. Разновидностью динамической характеристики будет характеристика, отвечающая постоянству напряжения на зажимах генератора (U_г = const).

Рассмотренные характеристики и соответствующие им пределы мощности определялись в предположении, что система, принимающая мощность, представлена шинами неименного напряжения (U = const).

Это допущение справедливо при условии, если мощность передающей станции во много раз меньше мощности приёмной системы. При соизмеримых мощностях напряжение не будет постоянным, а с увеличением передаваемой по линии мощности будет снижаться, в связи с чем в действительности величина предела мощности будет меньше. Характеристики представленные на рис. 5.5 показывают, как под влиянием снижения напряжения на шинах приёмной системы деформируется зависимость P = f(δ). Ход этой кривой зависит от свойств нагрузки и в первую очередь от её так называемого регулирующего эффекта.

Под регулирующим эффектом нагрузки понимают явление, заключающееся в изменениях активной и реактивной мощностей, потребляемых нагрузкой, при изменении напряжения на её шинах. На рис. 5.2 показано поведение нагрузки, имеющей разный регулирующий эффект при снижении напряжения.

Заметим, что на изменение напряжения при росте передаваемой мощности наиболее заметно влияет регулирующий эффект при реактивной мощности. В схеме с преобладающим реактивным сопротивлением изменение реактивной мощности нагрузки всегда сильнее сказывается на изменении напряжения, чем изменение активной мощности. Это очевидно из следующих векторных диаграмм.

Влияние изменений активной Δ Р и реактивной Δ Q мощности нагрузки на величину напряжения в конце линии U_н при постоянном значении эквивалентной ЭДС передающей станции Е_э