U – образные характеристики синхронного генератора

Рассмотрим работу синхронного генератора, если после подключения его к сети для параллельной работы изменить ток в его обмотке возбуждения, оставив неизменным вращающий момент приводного двигателя? Предположим, что генератор после подключения на сеть работает без нагрузки и его ЭДС уравновешивает напряжение сети . Если при этом увеличить ток в обмотке возбуждения, т. е. пере­возбудить машину, то ЭДС увеличится до значения в цепи генератора появится избыточная ЭДС (рис. 97, а), вектор которой совпадает по направлению с вектором ЭДС . Ток , вызванный ЭДС , будет отставать от нее по фазе на 90° (поскольку ). По отношению к ЭДС этот ток также будет отстающим (индуктивным). С увеличением перевоз­буждения значение реактивного (индуктивного) тока увеличится.

Если же после того, как генератор подключен к сети, умень­шить ток возбуждения, т. е. недовозбудить машину, то ЭДС уменьшится до значения и в цепи генератора опять будет действовать избыточная ЭДС . Теперь вектор этой ЭДС будет совпадать по направлению с вектором напряжения сети (рис. 97, б), и поэтому ток , вызванный этой ЭДС и отстающий от нее по фазе на 90°, будет опере­жающим (емкостным) по отношению к ЭДС генератора .

Рис. 97. Векторные диаграммы ЭДС синхрон­ного генератора,

вклю­ченного на параллельную работу

Показанное на векторных диа­граммах можно объяснить следующим. При перевозбуждении генера­тора увеличивается МДС возбуждения . Это сопровож­дается появлением в обмотке статора реактивного тока , который по отношению к ЭДС является отстающим (индуктивным). Вы­званная этим током продольно-размагничивающая реакция якоря компенсирует избыточную МДС возбуждения так, что ЭДС генератора остается неизменной. Такой же процесс происходит и при недовозбуждении генератора с той лишь разницей, что в обмотке появляется опережающий (емкостный) ток , а вызванная этим током продольно-намагничивающая реакция якоря компен­сирует недостающую МДС возбуждения.

Следует иметь в виду, что ток , отстающий по фазе от ЭДС , по отношению к напряжению сети является опережающим током и, наоборот, ток , опережаю­щий по фазе ЭДС , является отстающим по отношению к на­пряжению .

Рис 98. U – образные характери­стики синхронного генератора

Если при всех изменениях тока возбуждения вращающий момент приводного двигателя остается неизменным, то также неизменной остается активная мощность генератора:

.

Из этого выражения следует, что при активная со­ставляющая тока статора .

Таким образом, степень возбуждения синхронного генератора влияет только на реактивную составляющую тока статора. Что же касается активной составляющей тока , то она остается неизменной.

Зависимость тока статора от тока в обмотке возбуждения при неизменной активной нагрузке генератора выражается графически U – образной кривой. На рис. 98 представлены U – образные характеристики при , построенные для разных значений активной нагрузки: ; и . U – образные характеристики синхронного генератора показы­вают, что любой нагрузке генератора соответствует такое зна­чение тока возбуждения , при котором ток статора , стано­вится минимальным и равным только активной составляющей: . В этом случае генератор работает при коэф­фициенте мощности . Значения тока возбуждения, соот­ветствующие при различной нагрузке генератора, пока­заны на рис. 98 пунктирной кривой. Некоторое отклонение этой кривой вправо указывает на то, что при увеличении нагрузки ток возбуждения, соответствующий , несколько возрастает. Объясняется это тем, что при росте нагрузки необходимо некоторое увеличение тока возбуждения, компенсирующее активное па­дение напряжения.

Необходимо иметь в виду, что при постепенном уменьшении тока возбуждения наступает такое минимальное его значение, при котором магнитный поток обмотки возбуждения оказывается на­столько ослабленным, что синхронный генератор выпадает из синхронизма – нарушается магнитная связь между возбужден­ными полюсами ротора и вращающимся полем статора. Если со­единить все точки минимально допустимых значений тока возбу­ждения на U – образных характеристиках (штриховая линия в левой части рис. 98), то получим линию предела устойчивости рабо­ты синхронного генератора при недовозбуждении.

С точки зрения уменьшения потерь генератора наиболее вы­годным является возбуждение, соответствующее минимальному току статора, т. е. когда . Но в большинстве случаев на­грузка генератора имеет индуктивный характер и для компенсации индуктивных токов (отстающих по фазе от напряжения сети) при­ходится несколько перевозбуждать генератор, создавая условия, при которых ток статора , опережает по фазе напряжение сети . Следует отметить, что для сохранения , неизменным при изменениях активной нагрузки генератора требуется одновремен­ное изменение тока возбуждения генератора.

Лекция № 17