2014-02-09
1057
ЛЕКЦИЯ 25
Характеристики синхронного генератора.
Характеристика холостого хода – зависимость ЭДС статора Е 0 от тока возбуждения I в при токе статора I = 0, частоте вращения n = const (что равносильно f = const). Так как основной магнитный поток создается током возбуждения, а между ЭДС Е 0 и потоком Ф 0m имеет место линейная зависимость, то характеристика холостого хода генератора Е 0 = f (I в) имеет тот же вид, что кривая намагничивания.
Внешняя характеристика – зависимость напряжения статора от тока якоря U = f (I я). Она снимается при n = const, I в= const, φ = const. Обычно выбирают такое значение тока возбуждения, чтобы при номинальном токе якоря (токе нагрузки) I ном напряжение также было номинальным Uном. Внешняя характеристика значительно зависит от величины нагрузки и ее характера. При активной и активно-индуктивной нагрузке с ростом тока нагрузки I я напряжение U существенно снижается. В этих случаях U поддерживают
Регулировочная характеристика. Регулировочная характеристика показывает, как следует изменять ток возбуждения I в при изменении тока нагрузки I, чтобы напряжение U оставалось постоянным: I в = f(I) при U = const, φ = const, f = const.
Так как при активно-индуктивной нагрузке с уменьшением тока от I ном до 0 напряжение увеличивается, то для поддержания его постоянным надо уменьшить результирующий магнитный поток путем уменьшения тока возбуждения. При активно-ёмкостной нагрузке – наоборот.
Синхронные генераторы современных электростанций работают параллельно друг с другом, представляя собой как бы единый источник большой мощности. Электростанции также соединяются для параллельной работы с помощью линий электропередачи. Таким образом, ряд электростанций образуют мощную энергосистему, по сравнению с которой мощность одного генератора или двигателя очень мала. Такую энергосистему считают источником бесконечной мощности. Напряжение сети энергосистемы U с и его частота f с
считается неизменными.
На рисунке приведена схема включения синхронной машины для параллельной работы с сетью. Ротор машины приводят во вращение и созданный обмоткой возбуждения основной магнитный поток Ф 0 индуцирует в обмотке машины ЭДС Е 0, частота которой f.
Так как машина работает на холостом ходу, напряжение = 0. Включать машину с помощью выключателя В следует в тот момент, когда мгновенное значение напряжение сети и напряжение обмотки статора равны. Тогда ток в обмотке статора синхронной машины после включения будет оставаться равным нулю. Такое условие включения u c = U cmsin(ωt + Ψuc); u г = U гmsin(ωt + Ψuг) выполняется, если:
1) Значения напряжения синхронного генератора г и сети с равны; 2) Начальные фазы напряжения сети и генератора равны;
3) частота напряжения синхронного генератора равна частоте напряжения сети;
4) чередование фаз синхронного генератора и сети равны.
Если при включении выключателя значения напряжений г и сети с не равны при выполнении всех других условий, то Δ = г – с не равно 0. 
Под действием Δ в цепи протекает уравнительный ток I у, отстающий по фазе от Δ почти на 90°, так как сопротивление контура «сеть – синхронный генератор» практически равно индуктивному сопротивлению Х с генератора.
По отношению к сети и синхронному генератору ток I у является реактивным, поэтому никаких механических толчков или ударов он создать не может.
Если при включении синхронного генератора напряжения г и сети с не совпадают по фазе, но значения их равны, то возникающий ток I у является практически чисто активным током. Поэтому он создает механический момент, являющийся для ротора СГ тормозным. В результате приложения к ротору механического момента произойдет толчок или удар, который может привести к разрушению ротора. Этот механический момент затормозит ротор. Через некоторое время установится режим при ΔU = 0 и
I у = 0.
При неравенстве частот сети fc и генератора fг частоты вращения полей будут также не равны (ωс и ωг). Поэтому значения Δ U изменяются во времени от 0 (когда U с и UГ совпадают по фазе) до 2 U с (когда U с и UГ противоположны по фазе). В этом случае значение тока I у изменится от 0 до значения, превышающего в десятки раз номинальное значение тока. Это создает аварийный режим.
При неодинаковом чередовании фаз сети и генератора при подключении СГ к сети в отдельных фазах возникают Δ U, равные линейному напряжению (см. рис). Возникающий в этих фазах ток I у в несколько раз превышает номинальное значение.
Для проверки выполнения условий включения генератора применяют приборы – синхроноскопы. Простейший ламповый состоит из трех ламп, включенных как показано на рис. Равенство U с и UГ контролируется вольтметром. Если U с и UГ не равны, то изменяют ток возбуждения СГ. Каждая лампа синхроноскопа включена так, что к ней приложено напряжение UГ - Uс. Если выполнены все условия параллельной работы, то все Δ = 0 и лампы не горят. В этот момент можно включать выключатель. На электростанциях для синхронизации мощных генераторов используют стрелочные синхроноскопы.
