Колебания синхронных генераторов

Предположим, что синхронный генератор, подключенный на параллельную работу к сети, работает ненагруженным. Чтобы на­грузить генератор, увеличивают вращающий момент первичного двигателя до

значе­ния , соответствую­щего повороту оси по­люсов ротора на угол ,и электромагнитному моменту (рис. 21.7, график 1). Однако под действием инерции вращающихся масс синхронной машины и приводного

Рис. 21.6. угловые характеристики моментов (к примеру 21.1)

двигателя ротор повернется на угол >, при кото­ром электромагнитный момент генератора дос­тигает значения М’>M’₁. В результате нарушив­шегося равновесия моментов ротор начнет поворачиваться в на­правлении уменьшения угла, но силы инерции и в этом случае помешают ротору остановиться в положении, соответствующем углу, и переведут его в положение, соответствующее значению угла ,при котором электромагнитный момент генератора окажется меньше вращающего момента . Поэтому ротор не остановится в положении, а будет пово­рачиваться в направлении увеличения угла.

Рис. 21.7. Колебания синхронной машины:

1- угловая характеристика;

2 – график затухающих колебаний ротор

Таким образом, ротор синхронного генератора бу­дет совершать колебательные движения (качания) около среднего положения,

(рис. 21.7, график 2), соответст­вующего равновесию вра­щающего и электромагнит­ного моментов. Если бы колебания ротора не сопровождались потерями энергии, то они продолжались бы неопределенно долго, т.е. были бы незатухающими. Однако в реальных условиях колебания ротора вызывают потери энергии, из которых наибольшее значение имеют магнитные потери, обусловленные возникновением вихревых токов в сердечнике ротора. Объясняется это тем, что при отсутствии колебаний частота вращения ротора постоянна и равна частоте вращения результирующего магнитного поля. Однако при возникновении колебаний ротора частота вращения последнего становится неравномерной, т. е. происходит его движение относительно магнитного поля статора, приведет к возникновению в сердечнике ротора вихревых токов. Взаимодействие этих токов с магнитным полем статора оказывает на ротор «успокаивающее» действие, уменьшающее его колебания. Следовательно, колебания ротора имеют затухающий характер, и поэтому спустя некоторое время ротор займет положение, соответствующее углу, при котором устанавливается равновесие моментов. Причинами, вызывающими колебания ротора, могут быть либо изменения вращающего момента первичного двигателя, либо изменения нагрузки генератора, т. е. электро­магнитного момента М. Колебания ротора, вызванные указанными причинами, называют собственными.

Рис. 11.8. Успокоительная (демпферная обмотка)

Возможны также вынужденные колебания, вызванные неравномерным­ вращением ротора, например в генераторах с приво­дом от поршневых двигателей (дизели, газовые двигатели). Наи­более опасен случай совпадения частоты собственных колебаний с частотой вынужденных (резонанс колебаний). При этом колебания резко усиливаются, так что па­раллельная работа генераторов становится невозможной.

Потери энергии в металлических частях ротора оказывают тормозящее действие на подвижную часть машины и уменьшают ее колебания. Однако значительного уменьшения колебаний дос­тигают применением в синхронной машине успокоительной (демпферной) обмотки. В явнополюсных машинах успокоитель­ную обмотку выполняют в виде стержней, заложенных в пазы полюсных наконечников и соединенных на торцовых сторонах пла­стинами (рис. 21.8). В неявнополюсных машинах колебания уст­раняются лишь действием вихревых токов, наводимых в сердечнике ротора.

В заключение отметим, что изложенное здесь о колебаниях синхронных генераторов в равной мере относится и к синхронным двигателям