Характеристики электромагнитного момента и активной мощности синхронного генератора

При объяснении и расчете протекающих в электрических системах электромеханических процессов с успехом можно использоватьхарактеристики электромагнитного момента и активной мощности генератора, в дальнейшем просто характеристики момента и мощности генератора, которые представляют зависимости развиваемых генератором электромагнитного момента и активной мощности от пространственного положения его ротора по отношению к ротору другого параллельно работающего с ним генератора, определяемого углом между продольными осями этих генераторов. Применительно к генератору Г, работающему в составе электрической системы (рис.2.1), его характеристикой момента (мощности) является зависимость развиваемого им момента М (активной мощности Р) от угла d.

Развиваемая генератором активная мощность Р равна работе, совершаемой электромагнитным моментом М против момента турбины Мт в единицу времени. Сама же эта работа в стационарном режиме при постоянстве электромагнитного момента М прямо пропорциональна последнему. Поэтому зависимости мощности Р и момента М от угла d имеют одинаковый характер. Памятуя о синусоидальном характере распределения индукции Вс магнитного поля в воздушном зазоре генератора Г (рис.3.2) и определяющем его влиянии на величину электромагнитного момента М, приходим к выводу и о синусоидальном характере зависимости электромагнитного момента М, а следовательно и развиваемой генератором Г активной мощности Р от угла d (рис.4.1).

Собственно характеристикой момента (мощности) генератора Г является часть изображенной на рис.4.1 зависимости, ограниченная углом d=p. Другая часть этой зависимости, соответствующая углам d от p до 2p, является характеристикой момента (мощности) синхронного двигателя.

При положении ротора генератора Г, соответствующем углу d=p/2 (рис.4.2), активные части его обмотки возбуждения находятся в наиболее сильном поле Вс, на ротор при этом действует электромагнитный момент М наибольшей величины и генератор Г развивает максимально возможную активную мощность Рm (рис.4.1), которая при принятых допущениях получила название идеального предела мощности генератора.

С учетом сказанного характеристику мощности генератора можно представить аналитически в виде

P = Pm sind (4.1)

Следует помнить, что генератор не в состоянии развить активную мощность больше предела Рm, какую бы мощность не развивала при этом вращающая его турбина. Другое дело, что на практике должно обеспечиваться условие превышения предела мощности Рm над максимальной мощностью, которую может развить турбина.

Ранее было показано, что развиваемая генератором активная мощность Р прямопропорциональна развиваемому им электромагнитному моменту М, который, в свою очередь, с одной стороны, прямопропорционален току в обмотке возбуждения или ему пропорциональной ЭДС Ег, с другой стороны, прямопропорционален индукции Вс магнитного поля или ей пропорциональному току Ic, определяемому из схемы замещения (рис.2.7) как отношение напряжения Uc на шинах приемной системы к индуктивному сопротивлению х. Все это позволяет рассчитывать предел мощности Рm генератора по выражению

Pm = k Eг (Uc / x), (4.2)

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от единиц измерения, входящих в выражение величин.

Подставляя значение предела мощности Рm из выражения (4.2) в выражение (4.1) и учитывая величины в системе СИ (коэффициент k=1) выражение для характеристики мощности генератора Г приводим к виду

P = Eг (Uc / x) sind. (4.3)

В заключение следует подчеркнуть, что характеристика мощности генератора показывает только лишь способность генератора развить ту или иную мощность. Мощность же, развиваемая генератором в стационарном режиме, всецело определяется мощностью вращающей генератор турбины.