Включение генератора параллельно сети на погасание ламп

Рис. 28.

При малой скорости турбины частота ЭДС СГ будет малой. (Сплошная звезда соответствует частоте сети, а пунктирная частоте синхронного генератора). Частота определяет скорость вращения векторов напряжения. Поэтому, при малой скорости турбины частота СГ мала и относительная скорость векторов будет большой. При этом лампы синхроноскопа будут часто вспыхивать и погасать. По мере разгона турбины частота СГ будет возрастать, и относительная скорость векторов будет уменьшаться. Мигание ламп будет замедленное. Если турбина разгонит СГ до частоты близкой к частоте сети, то относительная скорость векторов будет небольшой и лампы будут очень медленно то загораться, то потухать. В момент потухания ламп необходимо быстро включит генератор на сеть. В этот момент сплошная и пунктирная звезды совпадут по фазе. Но этот способ не дает наглядно в какую сторону необходимо регулировать скорость вращения генератора. Для этого используется второй способ.

Включение генератора параллельно сети на бегущий свет

Рис. 29.

При таком включении ламп синхроноскопа лампы находятся под разным потенциалом, рис 30. Если турбина имеет малое число оборотов, то частота ЭДС СГ мала и относительная скорость сплошной и пунктирной звезд будет большой. Вращение загорания ламп будет быстрое. По мере увеличения скорости вращения частота будет расти СГ, а относительная скорость звезд будет уменьшаться, и вращение бегущего света будет замедляться. При скорости вращения близкой к синхронной относительная скорость звезд будет малой и бегущий огонь будет медленно переходить с одной лампы на другую (например, по часовой стрелке) и когда лампа А фазы А потухнет, в этот момент быстро необходимо включить рубильник.

Если, не включая рубильник и дальше разгонять ротор СГ, то пунктирная звезда будет вращаться быстрее сплошной и бегущий свет изменит свое направление (против часовой стрелки).

На промышленных установках обычно используются стрелочные синхроноскопы. Эта синхронизация называется точной. На электростанциях часто используют грубую синхронизацию, так называемую самосинхронизацию. Идея сводится к следующему: турбина разгоняет ротор СГ до скорости близкой к синхронной, после чего включают обмотку статора в сеть (получается как бы асинхронный режим), затем с небольшой выдержкой времени подают напряжение на обмотку возбуждения, которая создает магнитный поток. Так как при этом относительная скорость поля статора и поля обмотки возбуждения мала, то после ряда проскальзываний противоположные полюса статора и индуктора притянутся, и машина втянется в синхронизм. После чего синхронный генератор можно нагружать.

Электромагнитная мощность и момент

Синхронных машин

Электромагнитная мощность – это мощность, которая передается с индуктора на статорную обмотку. Так как потери в обмотке статора, как правило, невелики, то и невелики потери в стали статора. Поэтому практически считают, что электромагнитная мощность равна полезной отдаваемой мощности:

Рэм = Рr = mUIcosf, r = 0 (1)

Для вывода формулы электромагнитной мощности воспользуемся преобразованной диаграммой для явнополюсной машины, рис. 30.

Рис. 30

Выразим угол f через y и Q.

Из диаграммы видно, что

cosf=cos(y-Q) = cosycosQ+sinysinQ

Подставим cosf в уравнение (1) электромагнитной мощности

Pэм = mUIcosycosQ + mUIsinysinQ (2)

Найдем из векторной диаграммы величины Icosy, Isiny

OB=E₀ – IdXd = E₀ – IsinyXd, с другой стороны:

OB = UcosQ, UcosQ = E₀ – IsinyXd, откуда

Isiny = E₀ – UcosQ , далее

Xd

BC = IqXq = IcosyXq = UsinQ, откуда

Icosy = UsinQ

Xq

Подставим произведение Isiny и Icosy в уравнение (2)

Pэм = mU²sinQcosQ + mUE₀sinQ - mU²sinQcosQ, сгруппируем

Xq Xd Xd

mU²sinQcosQ - mU²sinQcosQ = mU²(1/Xq – 1/Xd)sinQcosQ.

Воспользуемся формулой sin2Q = 2cosQsinQ, откуда

cosQsinQ = 1/2sin2Q, тогда окончательно получим выражение электромагнитной мощности синхронного генератора (явнополюсн.)

Pэм = mUE₀sinQ/Xd + mU²(1/Xq – 1/Xd)sin2Q/2

т.е. электромагнитная мощность состоит из основной и добавочной. Если машина неявнополюсная, где Xd=Xq, выражение электромагнитной мощности запишется:

Pэм = mUE₀sinQ/Xd

Получим выражение электромагнитного момента для явнополюсной машины. Так как Pэм = Mw, откуда M = Pэм/w,

M = mUE₀sinQ + mU²(1/Xq – 1/Xd)sin2Q

wXd 2w

, т.е. момент состоит из основной части и добавочного (реактивного) момента. Если генератор неявнополюсной, то выражение электромагнитного момента запишется:

M = mUE₀sinQ/wXd

Зависимости P = A(Q) и M = A(Q) называются угловыми характеристиками синхронной машины. Покажем на рис. 31 угловые характеристики для явнополюсного генератора, а на рис. 32 угловые характеристики для неявнополюсной машины.

Рис. 31 Рис. 32

Из рис. 32 видно, что Qкр<90⁰. Устойчиво машина работает в диапазоне угла Q = 0-Qкр, а для неявнополюсной машины устойчивая работа соответствует углу Q = 0-90⁰.