Устойчивость синхронных машин

Угол нагрузки синхронной машины определяется взаимным положением осей поля якоря и полюсов. Поэтому колебания угла нагрузки связаны с механическими колебаниями ротора, т.к. при параллельной работе с мощной сетью поле якоря вращается строго синхронно с системой. При изменении угла нагрузки под воздействием внешних сил (например, при изменении момента на валу) изменяется ток и возникает синхронизирующий момент, противодействующий изменению скорости ротора.

При увеличении момента увеличивается угловая скорость ротора и угол нагрузки. Возрастает отдаваемая генератором мощность и противодействующий (синхронизирующий) момент. Под его действием происходит замедление ротора. Установление нового угла нагрузки сопровождается затухающими колебаниями скорости, тока, момента.

Поскольку механические колебания ротора протекают сравнительно медленно, можно пренебречь сверхпереходными и апериодическими токами синхронной машины. Выражение угловой характеристики при таком переходном процессе

приобретает вид

,

где второе слагаемое отрицательно.

Если генератор до короткого замыкания работал в точке a с мощностью

, то при коротком замыкании и снижении напряжения на шинах он переходит на работу на новой характеристике в точку b, и отдает в сеть

Рис.3.45.Понятие о динамической устойчивости синхронных машин

мощность , вследствие чего ротор получает ускорение. Разгон продолжается до тех пор, пока в точке «c» не наступит равновесие . Однако, в процессе разгона ротор запас кинетическую, энергию, под действием которой продолжается дальнейший разгон ротора. Он будет продолжаться до тех пор, пока запас кинетической энергии не будет израсходован. Можно считать, что запас кинетической энергии пропорционален площади . Расход кинетической энергии пропорционален площади . Причем площади треугольников равны . Если при израсходовании всего запаса кинетической энергии, конечный угол нагрузки синхронного генератора меньше критического угла нагрузки , генератор динамически устойчив. Условие может рассматриваться как критерий динамической устойчивости. Запас динамической устойчивости может быть автоматически увеличен путем форсировки возбуждения, например при снижении напряжения системы в результате удаленного короткого замыкания, что показано на втором рисунке. В результате форсировки возбуждения увеличивается максимальное значение мощности генератора и конечное значение угла нагрузки становится меньше критического угла.