Регулирование реактивной мощности синхронного генератора

Рассмотрим для определенности работу неявнополюсного генератора. Положим для упрощения анализа, что активное сопротивление якоря R_a= 0. Если генератор, подключенный к сети, работает в режиме холостого хода, то ЭДСЕ₀ равна напряжению сети, и ток якоря равен нулю. Если увеличить ток возбуждения, то ЭДСЕ₀ возрастет, превышая напряжение сети, и по обмотке якоря будет проходить ток I₁, величина которого определяется только синхронным индуктивным сопротивлени­емХ_с машины в соответствии с выражением:

. (4.34)

Ток Ī₁ реактивный, поскольку он отстает по фазе от на­пряжения U₁на угол 90° или опережает на тот же угол напря­жение сетиU_c (рис. 4.19,a).

Рис. 4.19. Упрощенные векторные диаграммы неявнополюсного генератора при параллельной работе с сетью

При уменьшении тока возбуждения ЭДС будет меньше напряжения сети, и ток I₁ изменит свое направление: он будет опережать на 90° напряжение U₁ и отставать на 90° от напря­жения сети U_c (рис. 4.19,6).

Таким образом,при изменении тока возбуждения из­меняется лишь реактивная составляющая тока I₁, т. е. изменяется только реактивная мощность машины Q.

Активная составляющая тока I₁ в рассматриваемых случаях равна нулю. Следовательно, активная мощность Р = 0, и маши­на работает в режиме холостого хода.

При работе машины под нагрузкой имеют место те же условия: при изменении тока возбуждения изменяется лишь реактивная составляющая тока I₁ т. е. реактивная мощность машины. Режим возбуждения синхронной машины, при кото­ром реактивная составляющая тока якоря I₁, равна нулю, назы­вают режимом полного или нормального возбуждения.

Если ток возбуждения I_В больше тока I_вп, при котором имеет место режим полного возбуждения, то ток якоря содер­жит отстающую от напряжения U₁, реактивную составляющую, что соответствует активно-индуктивной нагрузке генератора. Такой режим называют режимом перевозбуждения. Пере­возбужденная синхронная машина, работающая в режиме хо­лостого хода по отношении к сети проявляет себя как ем­кость, т. е. выдает в сеть реактивную мощность. Синхронная машина специально предназначенная для работы в режиме холостого хода с перевозбуждением называется синхронным компенсатором.

Рис. 4.20. U-образные характеристики синхрон­ного генератора

Если ток возбуждения I_В меньше тока I_ВП, то ток I₁ содер­жит реактивную составляющую, опережающую напряжение U₁, что соответствует активно-емко­стной нагрузке генератора. Та­кой режим называют режимом недовозбуждения. В этом режи­ме синхронный генератор по­требляет реактивную мощность.

Таким образом, ток якоря зависит от тока возбуждения. Зависимость I₁=ƒ(I_в) называется U-образной характеристикой, так как она похожа на латин­скую букву U.

Кривая 1 на рис. 4.20 соответствует режиму холостого хода генератора (Р₂ = 0). По мере возрастания мощности и момента эстремумы характеристик, как и сами характеристики перемещаются выше по кривой a-b-с (кривые 2 и 3). В указан­ных точках ток I₁ имеет наименьшее значение, a cosφ = 1. С возрастанием нагрузки точки U-образных характеристик, со­ответствующие cosφ= 1, сдвигаются вправо, поскольку необхо­димо некоторое увеличение тока возбуждения для компенса­ции реакции якоря и активного падения напряжения в обмот­ке статора при увеличении тока статора.