Угловая характеристика синхронного генератора

Электромагнитная мощность неявнополюсного синхронного генератора при его параллельной работе с сетью

, (21.7)

где – угол, на который продольная ось ротора смещена относи­тельно продольной оси результирующего поля машины (рис. 21.4).

Электромагнитная мощность явнополюсного синхрон­ного генератора

, (21.8)

где – синхронные индуктивные со­противления явнополюсной синхронной машины по продольной и поперечной осям соответственно, Ом.

Разделив выражения (21.7) и (21.8) на синхронную частоту вращения , получим выражения электромагнитных моментов:

неявнополюсной синхронной машины

; (21.9)

явнополюсной синхронной машины

, (21.10)

где – электромагнитный момент, Н·м.

Анализ выражения (21.10) показывает, что электромагнитный момент явнополюсной машины имеет две составляющие: одна из них представляет собой основную составляющую электромаг­нитного момента

, (21.11)

другая – реактивную составляющую момента

. (21.12)

Основная составляющая электромагнитного момента яв­нополюсной синхронной машины зависит не только от напряже­ния сети , но и от ЭДС , наведенной магнитным по­током вращающегося ротора Ф в обмотке статора:

. (21.13)

Это свидетельствует о том, что основная составляющая электро­магнитного момента зависит от магнитного потока ротора: . Отсюда следует, что в машине с невозбужденным рото­ром основная составляющая момента .

Реактивная составляющая электромагнитного момента не зависит от магнитного потока полюсов ротора. Для возникновения этой составляющей достаточно двух условий: во-первых, чтобы ротор машины имел явновыраженные полюсы и, во-вторых, чтобы к обмотке статора было подведено напряжение сети . Подробнее физическая сущность реактивного момента.

При увеличении нагрузки синхронного генератора, т. е. с ростом тока происходит увеличение угла , что ведет к изменению элек­тромагнитной мощности генератора и его электромагнитного момен­та. Зависи­мость результирующего электромагнитного момента или электромаг­нитной мощности от угла представленная графиком 3, называется угловой характеристикой синхронной машины.

Максимальное значение электромагнитного момента со­ответствует критическому значению угла .

Как видно из результирующей угловой характеристики (гра­фик 3), при увеличении нагрузки синхронной машины до значе­ний, соответствующих углу , синхрон­ная машина работает устойчиво. Объясняется это тем, что при рост нагрузки генерато­ра (увеличение ) со­провождается увеличе­нием электромагнитно­го момента. В этом слу­чае любой установив­шейся нагрузке соответ­ствует равенство враща­ющего момента первичного двигателя сумме противодействую­щих моментов, т. е. . В результате частота вращения ротора остается неизменной, равной синхронной частоте вращения.

Рис. 96. Угловая характеристика син­хронного генератора

При нагрузке, соответствующей углу , электромагнит­ный момент уменьшается, что ведет к нарушению равенства вращающего и противодействующих моментов. При этом избы­точная (неуравновешенная) часть вращающего момента первично­го двигателя вызывает увеличение частоты вращения ротора, что ведет к нарушению условий синхронизации (машина выходит из синхронизма).

Электромагнитный момент, соответствующий критическому значению угла , является максимальным .

Для явнополюсных синхронных машин эл. град.

Угол можно определить из формулы

. (21.14)

Здесь

. (21.15)

У неявнополюсных синхронных машин , а по­этому угловая характеристика представляет собой синусоиду и угол .

Отношение максимального электромагнитного момента к но­минальному , называется перегрузочной способностью синхронной машины или коэффициентом статической перегружаемости:

. (21.16)

Пренебрегая реактивной составляющей момента, можно записать

, (21.17)

т. е. чем меньше угол , соответствующий номинальной на­грузке синхронной машины, тем больше ее перегрузочная способ­ность. Например, у турбогенератора , что соответст­вует .