Регулирование активной мощности
После включения генератора в сеть его напряжение U становится равным напряжению сети Uc. Относительно внешней нагрузки напряжения U и Uc совпадают по фазе, а по контуру «генератор - сеть» находятся в противофазе, т. е. Ú = - Úc.
При точном выполнении указанных трех условий, необходимых для синхронизации генератора, его ток Ia после подключения машины к сети равняется нулю. Рассмотрим, какими способами можно регулировать ток Ia при работе генератора параллельно с сетью на примере неявнополюсного генератора.
Ток, проходящий по обмотке якоря неявнополюсного генератора, можно определить из уравнения.
Ía = (É0 - Ú)/(jXсн) = -j(É0 - Ú)/Xсн.
Так как U = Uc = const, то силу тока Iа можно изменять только двумя способами - изменяя ЭДС Е0 по величине или по фазе. Если к валу генератора приложить внешний момент, больший момента, необходимого для компенсации магнитных потерь мощности в стали и механических потерь, то ротор приобретает ускорение, вследствие чего вектор É0 смещается относительно вектора Ú на некоторый угол в направлении вращения векторов. При этом возникает некоторая небалансная ЭДС Е, приводящая к появлению тока Iа. Возникающую небалансную ЭДС É = É0 - Ú = É0 + Úc = jÍa Xсн можно показать на векторной диаграмме. Вектор тока Iа отстает от вектора Е на 90°, поскольку его величина и направление определяются индуктивным сопротивлением Xсн.
При работе в рассматриваемом режиме генератор отдает в сеть активную мощность
Р = mUIacos и на вал его действует электромагнитный тормозной момент, который уравновешивает вращающий момент первичного двигателя, вследствие чего частота вращения ротора остается неизменной. Чем больше внешний момент, приложенный к валу генератора, тем больше угол, а следовательно, ток и мощность, отдаваемые генератором в сеть.
Если к валу ротора приложить внешний тормозной момент, то вектор É0 будет отставать от вектора напряжения Ú на угол. При этом возникают небалансная ЭДС É и ток Ía , вектор которого отстает от вектора É на 90°. Так как угол > 90°, активная составляющая тока находится в противофазе с напряжением генератора. Следовательно, в рассматриваемом режиме активная мощность Р = mUIa cos забирается из сети, и машина работает двигателем, создавая электромагнитный вращающий момент, который уравновешивает внешний тормозной момент; частота вращения ротора при этом снова остается неизменной.
Регулирование реактивной мощности.
Если в машине, подключенной к сети и работающей в режиме холостого хода, увеличить ток возбуждения Iв, то возрастет ЭДС Е0, возникнет небалансная ЭДС
É = - jIа Xсн и по обмотке якоря будет проходить ток Iа, который определяется только индуктивным сопротивлением Хсн машины. Следовательно, ток Ía реактивный: он отстает по фазе от напряжения Ú на угол 90° или опережает на тот же угол напряжение сети Úc. При уменьшении тока возбуждения ток Ía изменяет свое направление: он опережает на 90° напряжение Ú и отстает на 90° от напряжения
Úc .Таким образом, при изменении тока возбуждения изменяется лишь реактивная составляющая тока Iа, т. е. реактивная мощность машины Q. Активная составляющая тока Iа в рассматриваемых случаях равна нулю. Следовательно, активная мощность Р = 0, и машина работает в режиме холостого хода.
При работе машины под нагрузкой создаются те же условия: при изменении тока возбуждения изменяется лишь реактивная составляющая тока Iа, т. е. реактивная мощность машины Q. Режим возбуждения синхронной машины с током Iв.п , при котором реактивная составляющая тока Iа равна нулю, называют режимом полного или нормального возбуждения. Если ток возбуждения Iв больше тока Iв.п, при котором имеется режим полного возбуждения, то ток Iа содержит отстающую от U реактивную составляющую, что соответствует активно-индуктивной нагрузке генератора. Такой режим называют режимом перевозбуждения. Если ток возбуждения Iв меньше тока Iв.п, то ток Iа содержит реактивную составляющую, опережающую напряжение U, что соответствует активно-емкостной нагрузке генератора. Такой режим называют режимом недовозбуждения.
V - образные характеристики.
