Нагрузка синхронного генератора, включенного параллельно с сетью

Предположим, что мощность включаемого генератора настолько мала по сравнению с мощностью сети, что при любых изменениях режима работы генератора напряжение U_c и частота /_с сети остаются неизменными.

При включении сийхронизированного генератора на сеть ток в его якорной обмотке не возникает, так как ЭДС Е₀ генератора полностью уравновешивает напряжение U_c сети (рис. 6.23.1,о). Поэтому не возникает и дополнительной нагрузки на первичный двигатель. Его энергия расходуется только на покрытие потерь в генераторе.

Если генератор имеет такое возбуждение, при котором E₀-U_c, то реактивного тока в якоре не будет (см. рис. 6.23.1,а).

Если увеличить ток возбуждения генератора, то возрастает и его ЭДС Е'. В цепи якоря появится ток (рис. 6.23.1,6):

Рис. 6.23.1,6,в

Учитывая, что активное сопротивление фазы генератора незначительно, им можно пренебречь и выражение для тока можно записать так:

где X— полное индуктивное сопротивление фазы:

Этот ток является реактивным, и вектор его должен быть повернут относительно вектора АЕ' на угол 90° в сторону отставания, т. е. возникает ток индуктивного характера (относительно вектора U_c).

При уменьшении возбуждения по сравнению с начальным уменьшается и ЭДС генератора до значения Е(рис. 6.23.1,в), и возникает реактивный ток емкостного характера. Появление его, как указывалось ранее, не создает электромагнитного момента, а следовательно, и не изменяет практически вращающего момента, развиваемого первичным двигателем. Поэтому генератор будет попрежнему работать в режиме холостого хода. Действительно, мощность генератора выражается формулой Р = Ш Ico

_а, но <�р= 90°, следовательно, /" = 0 и Р = 0. При этом угол рассогласования 0 между осями полюсов ротора и статора, если пренебречь потерями в генераторе, равен нулю. Между генератором и сетью происходит обмен реактивной энергией, значение которой в цепи, лишенной активного сопротивления, сохраняется.

Таким образом, нельзя изменением ЭДС одного из источников переменного тока, работающих параллельно, перераспределить активную нагрузку между ними, так как при этом изменяется лишь реактивная мощность (и величина обменной энергии):

Для того чтобы создать активную нагрузку на генератор (и нагрузить приводной двигатель), необходимо увеличить вращающий момент приводного двигателя. Тогда нарушится равновесие между вращающим моментом, создаваемым приводным двигателем, и моментом сопротивления, возникающим в генераторе. Ротор генератора получит ускорение, и полюс ротора сместится по направлению вращения относительно полюса статора на некоторый угол 0 (рис. 6.23.2), т. е. между осью полюсов ротора генератора станции и осью полюсов ротора синхронизированного генератора образуется угол 0 (рис. 6.23.3).

Рис. 6.23.2.

Максимум ЭДС в каждой фазе теперь будет наступать раньше на время, необходимое для поворота ротора на угол 0. Следовательно, на такой же угол повернется в сторону вращения и вектор ЭДС Ё₀ (рис. 6.23.4). Теперь ЭДС.

Рис. 6.23.3.

Рис. 6.23.4.

генератора не может уравновешивать напряжение сети. В фазах якоря возникает ток /, пропорциональный векторной разности между ЭДС генератора Ё₀ и напряжением сети й_с:

Если, как и прежде, пренебречь активным сопротивлением R якоря генератора, которое меньше индуктивного сопротивления Х" якоря в 10… 15 раз, то последнее выражение можно переписать так:

Вектор этого тока будет отставать по фазе от вектора АЁ = jXI на угол 90° и опережать вектор напряжения U_c на зажимах генератора (величина которого сохраняется) на угол <�р,. В этом случае активная мощность генератора не будет равна нулю. В фазах генератора появится активный ток, и он создаст противодействующий электромагнитный момент:

где I_a =1 cosip.

Избыточный вращающий момент очень быстро уравновесится противодействующим электромагнитным моментом, и ротор генератора опять станет вращаться с прежней постоянной скоростью, но его полюсы при вращении будут опережать положение полюсов на поверхности статора на угол 0.

Теперь энергия приводного двигателя расходуется не только на покрытие потерь холостого хода генератора, но и на создание электрической энергии. Поэтому можно записать:

где Р_х — мощность приводного двигателя; Р" — мощность потерь холостого хода; Р_эы — электромагнитная мощность генератора.

Следовательно, активная нагрузка синхронного генератора при его параллельной работе с сетью регулируется вращающим моментом первичного двигателя.

Увеличивая вращающий момент приводного двигателя синхронной машины, можно ее перевести из режима холостого хода в режим генератора, а если уменьшить вращающий момент, то синхронная машина из режима холостого хода перейдет в режим двигателя.

Рассмотрим эквивалентную схему синхронного генератора, работающего с сетью (рис. 6.23.5).

Рис. 6.23.5.

Сеть представим в виде источника ЭДС ?_с, на зажимах которого действует напряжение сети U_c. Ток /, протекающий в цепи, отличается jio фазе от напряжения U_c не более чем на я/2 (см. рис. 6.23.4), т. е. p = u_ci=U_cIcos (tp_c -<�р,) величина положительная и сеть является потребителем, а генератор — источником энергии.