Асинхронный ход и результирующая устойчивость

При исследовании будем различать следующие стадии работы генератора: режим синхронных качаний, переход от синхронного к асинхронному режиму, установившийся асинхронный ход. Рассмотрим эти процессы применительно к простейшей системе, рис.1а. Предположим, что в этой системе отключилась одна из цепей ЛЭП. Повторное включение отключившейся линии восстановило условия нормальной работы передачи. Однако полученный генератором толчок, оказался настолько велик, что генератор ускоряясь выпал из синхронизма. В переходном процессе площадка торможения 3'4 5 3' оказывается меньше площадки ускорения 1 2 3 3'1. Ротор проходит участок 4 5, где на него действуют тормозящие силы; пройдя положение, отвечающее точке 5 вновь получает ускорение, непрерывно увеличивающееся и достигающее большой величины при, yглe порядка 200-300. Скольжение обуславливает появление асинхронного момента, среднее значение которого можно определить по выражению:

С ростом скольжения асинхронная мощность непрерывно растет, согласно выражению (!).

Эта зависимость представлена кривой 7 7', рис. 1б. ЗависимостьPас = f(S) при росте скольжения приобретает вид, показанные на рис.2.

Вместе с ростом скорости мощность турбины Рт (кривая 5'-6, рис.1б) уменьшается под действием регулятора скорости турбины. Синхронная мощность во время рассматриваемого процесса будет пульсирующей:

и являясь функцией скольжения вызывает пульсации. При некотором значении скольжения S∞ момент турбины уравновесится средним асинхронным моментом генератора Мт = Мас. Найти это значение скольжения S∞ можно следующим образом. Представляют графически зависимости Mac = φ (S); Mтс = φ (S). Точка их пересечения дает Мас ∞ и S∞.

Если выпавшая из синхронизма машина возбуждена, то кроме уравновешивающих друг друга асинхронного момента и момента турбины на валу агрегата, при асинхронном ходе будет действовать синхронный момент. Этот пульсирующий момент будет создавать и пульсации скольжения от Smin до Smax.

Пульсации скольжения будут тем больше, чем больше синхронный момент. Значение скольжения проходит через минимум при угле близком к 180°.

Относительное движение ротора генератора описывается уравнением:

или, после преобразования левой части:

Предположим, что Мт = f(ω ₀ + S); Мас = φ (ω ₀ + S) заданы как функции угла δ. Тогда согласно (1) соотношение между энергиями:

Значение скольжения в любой момент времени равно:

Если происходящее в процессе пульсации в установившемся асинхронном режиме скольжение пройдет через нуль (S =0), то возникнет возможность ресинхронизации.

Согласно (2) эта возможность появится, если:

Определение S_max согласно (3) не позволяет получить количественные результаты для установления надежных условий синхронизации по двум причинам:

а) выражение (3) не указывает на необходимые и достаточные условия синхронизации;

б) зависимость М = φ (δ) заранее неизвестна и получение количественных результатов требует предположений о ее характере.

Приняв Σ М = М_max sinδ, где δ меняется от 0 до π. Имеем:

Характер процесса при выпадении из синхронизма соответствии с динамическими характеристиками можно представить следующим образом, (рис.3а). При возникновении асинхронного хода и росте скольжения уменьшение впуска энергоносителя в первичный двигатель происходит сначала (при малом скольжении) не по статической характеристике М₀-А₁, а по более пологой характеристике 1.

В точке C₁ среднее значение асинхронного электрического момента и механического момента турбины оказываются равными. Ускорение прекращается, и скольжение начинает уменьшаться. Так как регулятор продолжает действовать, уменьшая впуск энергоносителя, то механический момент будет некоторое время уменьшаться, а затем наступит равенство между электрическим и механическим моментами, но поскольку динамическая характеристика 1 отличается от статической M₀-A, то изменение скольжения будет продолжаться до тех пор, пока в точке G не наступит установившийся режим, соответствующий равенству среднего асинхронного момента и момента первичного двигателя. Оба эти момента определены теперь уже по пересечению статических характеристик. Если при уменьшении скольжения до минимального его значения (точка Д₁) окажется, что пульсации скольжения Δ S равны по величине отрезку Д₁-К, то мгновенье скольжение пройдет через нулевое значение и восстановится синхронный режим, т.е. произойдет ресинхронизация генератора.