РАБОТА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ С СЕТЬЮ

Рассмотрим синхронную машину в следующих условиях: машина подключена к шинам энергосистемы, мощность которой значительно больше мощности машины. Это означает, что изменение режима машины не будет влиять на режим энергосистемы, и поэтому принимаем U=const, f=const.

Обсудим установившийся, синхронный режим работы машины с сетью, при этом энергосистему представляем как эквивалентный генератор, выдающий на шины U=const, f=const. Синхронная машина развивает на зажимах обмотки якоря электродвижущую силу Е величина которой управляется током возбуждения.

Для упрощения анализа возьмем неявнополюсную синхронную машину (х_d=x_q) и примем r_а=0, в результате уравнение напряжений синхронной машины (3.1) примет вид

(3.8)

Из полученного уравнения определим ток якоря

. (3.9)

Последнее уравнение определяет физические условия существования тока между синхронной машиной и сетью, и из этого уравнения следует два принципиальных факта:

1- причиной существования тока является разность

2- ток независимо от режимов машины и сети отстает от на 90⁰.

Покажем возможности уравнения (3.9) для анализа режимов синхронной машины. Рассмотрим несколько режимов.

Режим - 1. Напряжение сети и ЭДС синхронной машины совпадают по фазе и равны по амплитуде (рис. 3.15,а). В этом режиме машина нейтральна по отношению к сети, так как и .

Режим - 2. Увеличим вращающий момент на валу синхронной машины (например, на электростанции увеличим подачу пара в турбину), индуктор машины уйдет вперед по отношению к индуктору генератора сети, при этом вектор Е будет опережать вектор U, появляется и согласно (3.9) в якоре появляется ток (рис. 3.15,б). Из полученной диаграммы видно, что активная составляющая тока якоря I_а > 0 , это означает, что машина стала отдавать активную мощность в сеть, и это естественно, так как машина получила активную мощность на вал при увеличении вращающего момента. Но реактивная мощность при этом потребляется машиной.

Увеличим ток возбуждения, что приведет к увеличению ЭДС до значения Е₁ и к изменению положения векторов на диаграмме (рис. 3.15,в). Синхронная машина по-прежнему работает в генераторном режиме, но теперь в ней появился избыток реактивной мощности, который она отдает в сеть (реактивная составляющая тока изменила знак).

Режим-3. Начнем рассуждение от нейтрального режима (рис.3.15,а ). Приложим к валу тормозной момент, это приведет к тому, что вектор Е отстанет по фазе от вектора U, появится и ток I (рис. 3.15,г). Из диаграммы видно, что активная составляющая тока изменила знак, это означает, что машина перешла в режим двигателя, то есть потребляет активную мощность из сети и выдает ее на вал.

Проведя построение диаграммы для нескольких значений Е в двигательном режиме, читатель убедится в том, что поведение синхронной машины по отношению к реактивной мощности не зависит от знака активной мощности.

Выводы: 1) режим работы синхронной машины по активной мощности зависят только от знака приложенного момента;

2) режим работы синхронной машины по реактивной мощности не зависит от того работает машина в двигательном или генератором режиме.

Более точные и строгие соотношения определяются угловыми характеристиками синхронной машины и ее U-образной характеристикой.

Лабораторная работа - 3.3