Регулирование реактивной мощности. U-образные характеристики

Реактивная мощность синхронного генератора, работающего параллельно с сетью при U = const и Р = const,регулируется изменением тока в обмотке возбуждения. Для иллюстрации сказанного рассмотрим параллельную работу генератора при Р=0. После включения генератора в сеть его ЭДС Е₀ уравновешивает напряжение сети U_с и ΔŮ= Ů_c+ Ė₀=0 (рис. 3.7, а). В этом случае ток в цепи якоря также будет равен нулю.

Если увеличить ток возбуждения (перевозбудить машину), то ЭДС Е₀ возрастет и ΔŮ= Ů_c+ Ė₀≠0. Вследствие этого в цепи якоря возникает ток (рис. 3.7, б), который будет отставать от ΔU и Е₀ на угол ψ=90⁰. При этом токе электромагнитная мощность mЕ₀Icos ψ =0 и генератор вырабатывает только реактивную мощность, которую отдаёт в сеть. Ток якоря и реактивная мощность, вырабатываемая генератором, будут увеличиваться с возрастанием ЭДС Е₀, а следовательно, и тока возбуждения.

Если от точки равновесия, когда Е₀=U_c(рис. 3.7, а), начать уменьшать ток возбуждения и ЭДС Е₀ (недовозбуждать машину), то здесь также появится ΔU, но противоположного чем прежде, направления (рис. 3.7, в). Поэтому ток якоря I отставая от ΔU на угол 90°, будет опережать Е₀ на тот же угол. Реактивная мощность изменит свое направление и будет поглощаться из сети. Ток в якоре будет тем больше, чем меньше будет ток возбуждения.

Рис. 3.7. Упрошенные векторные диаграммы неявнополюсного генератора, работающего параллельно с сетью при холостом ходе

Таким образом, изменение возбуждения генератора вызывает лишь появление реактивного тока. При перевозбуждении генератор будет работать с отстающим током, а при недовозбуждении — с опережающим (по отношению к Е₀).

На рис. 3.8 представлена кривая изменения тока в якоре при регулировании тока возбуждения. Эта кривая имеет U-образный характер. Зависимости I= f(I_в) при Р = const и U_с = const носят название V- или U -образных характеристик.

Объяснение U-образного характера зависимости I= f(I_в) можно получить, если исходить из постоянства результирующего магнитного потока Ф_рез, сцепленного с обмоткой якоря. Для конкретной машины при U_с=U= const результирующий поток практически сохраняет свое значение, так как U≈ 4,44fw₁k_w Ф_рез ~ Ф_рез. Если увеличивать ток возбуждения I_в, то будет возрастать и поток возбуждения Ф_в. Чтобы результирующий поток остался неизменным, в машине должна возникнуть размагничивающая реакция якоря, которая в генераторе появляется при отстающем токе. Поэтому при увеличении I_в будет расти реактивный отстающий ток в якоре.

Рис. 3.8. U-образная характеристика при Р=0

При уменьшении I_в и Ф_в для сохранения неизменным результирующего потока появляется намагничивающая реакция якоря, которую создает опережающий ток якоря. Следовательно, при уменьшении тока возбуждения должен расти реактивный опережающий ток в якоре.

Рост реактивной составляющей тока якоря при изменении тока возбуждения I_в будет происходить не только при холостом ходе, но и при активной нагрузке генератора.

На рис. 3.9. построены U - образные характеристики синхронного генератора при различных значениях Р =const.

Рис. 3.9. U - образные характеристики синхронного генератора при различных значениях Р

Минимуму тока якоря на U-образной характеристике соответствует cos φ = 1. Изменяя ток возбуждения, можно регулировать cos φ синхронного генератора, работающего параллельно с сетью.

При увеличении активной мощности, отдаваемой генератором в сеть, U-образные характеристики будут располагаться выше (рис. 3.9), при этом точки, соответствующие минимальному току якоря (активному току I_а) и cos φ = 1, будут перемещаться вправо. Объясняется это тем, что при увеличении I_а возрастает падение напряжения в якоре I_ах_с,и при U = const, чтобы уравновесить это падение напряжения, потребуется увеличение Е₀ и тока I_в, так как

Е₀= U+jIx_c