Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

При постепенном увеличении вращающего момента на валу при­ водного двигателя М г и, следовательно, подводимой к генератору механической мощности Рг ротор начнет опережать статор, и угол 0 будет увеличиваться. Из рис. 37-11 видно, что при одном и Дом же увеличении угла 0 мощность Рш растет тем меньше, чем больше угол 0 . Так, при изменении 0 от 0 до 15° электромагнитная мощность возрастает до значения Рвт5 = Ршт sin 15° = 0,26 Рэмт. При изменении угла Ѳ от 75 до 90° мощность Рэм возрастает едва заметно (примерно на 3%). При 0 == 90° генератор развивает наибольшую электромагнитную мощность РЭМт = m E aU/xd. Но если и после этого продолжать увеличивать момент Мх и соответственно угол 0, то генератор не только не разовьет большой мощности, но, наоборот, начнет уменьшать развиваемую им мощность Рэм и момент Мш. Избыток вращающего момента М 1 — Мам пойдет на придание уско­ рения ротору, вследствие чего произойдет дальнейшее увеличение угла 0, новое уменьшение момента Мш и т. д.

На рис. 37-12, в это соответствует случаю, когда линии потока, до сих пор упруго сцеплявшие ротор и статор, обрываются, вследст­ вие чего ротор начинает вращаться несинхронно с потоком статора и генератор выпадает из синхронизма, т. е. перестает работать парал­ лельно с сетью. Таким образом, за точкой В синусоиды ОВС электро­ магнитной мощности (рис. 37-11) начинается область неустойчивой работы генератора. Часть OB синусоиды электромагнитной мощности определяет область устойчивой работы генератора. Выпадение его из синхронизма представляет собой аварийный случай, который может повести к расстройству параллельной работы.

37-6. Синхронизирующая мощность

Чтобы генератор мог работать, не выпадая из синхронизма с се­ тью, он должен обладать достаточной синхронизирующей мощног стью, т. е. способностью продолжать работать синхронно с сетью даже при значительных изменениях момента Маы и, следовательно, угла 0. Удельной синхронизирующей мощностью Рсх называется изменение мощности Рсх, рассчитанное на единицу угла 0. Тогда

в пределе Рсх= или после подстановки сюда значения Рш из

формулы (37-5)

(37-6)

т. е. удельная синхронизирующая мощность генератора при задан­ ной э. д. с. Еп, напряжении U и сопротивлении xd пропорциональна косинусу угла 0 (рис. 37-11, линия 2).

При сопоставлении формул (37-5) и (37-6) можно прийти к заклю­ чению, что. когда угол 0 = 0, то электромагнитная мощность генера­ тора Рэи = 0, но его удельная синхронизирующая мощность дости-

427

Наоборот, когда Ѳ = 90°, генератор способен развить наиболь-

itIVto электромагнитную мощность г :1Мт — ш —:—, но его сшіхрони-

x d

зіірующан мощность Рск : - 0, т. е. генератор не может работать параллельно с другими генераторами.

Практически уже задолго до о = 90° генератор начинает работать не вполне устойчиво, в нем возникают колебания, рассматриваемые в § 37-13. Пот почему в синхронных генераторах угол Ѳне превышает

37-7. Перегрузочная способность генератора. Понятие о статической и динамической устойчивости

Под перегрузочной способностью км генератора понимают отно­ шение наибольшей электромагнитной мощности или наибольшего момента, развиваемых генератором при номинальном напряжении Ua и номинальном возбуждении Ів и, к электромагнитной мощности или соответственно моменту номинального режима. Таким образом,

UEп

т. е. перегрузочная способность генератора тем больше, чем меньше угол ѳн. Если мощность генератора Рн и напряжение сети Uс, парал­ лельно с которой он работает, заданы, то, как это следует из фор­ мулы (37-5), можно уменьшить Ѳн Двумя путями: увеличивая э. д. с. Еп, или уменьшая xtl. Первый путь возможен в эксплуатационных условиях, но увеличение Еп возможно только за счет увеличения тока возбуждения / в, а это может повести к перегреву обмотки воз­ буждения. Кроме того, из дальнейшего будет видно, что в этом слу­ чае в генераторе появляется реактивный ток, а это заставляет во избежание перегрева обмотки статора недогружать генератор актив­ ной мощностью.

Второй путь возможен лишь при расчете машины. Чтобы умень­ шить xd, нужно уменьшить продольный поток реакции якоря Фпгі, а для этого нужно увеличить зазор б. По при этом увеличивается сопротивление на пути основного потока. Поэтому, если хотят оста­ вить последний без изменения, то должны увеличить намагничиваю­ щую силу обмотки возбуждения, соответственно увеличив место для обмотки возбуждения. Следовательно, для увеличения перегрузочной способности машины необходимо увеличивать ее размеры; стои­ мость машины при этом возрастает.

Коэффициент перегрузочной способности км характеризует собой так называемую статическую устойчивость синхронного генератора, т. е. ту предельную мощность, которую он может развить при мед­

428

ленном возрастании нагрузки, когда переход от одного установив­ шегося состояния к другому происходит без изменения напряжения U и скорости вращения п.

Еще большее значение имеет динамическая устойчивость синхрон­ ного генератора, под которой понимают способность генератора вы­ держивать внезапные изменения нагрузки без выпадения из син­ хронизма. Предельным случаем внезапного изменения нагрузки является короткое замыкание в сети. При этом напряжение ее U обычно сильно понижается, соответственно чему понижается и степень устойчивости параллельно работающих генераторов. Одним из наиболее действенных средств избежать расстройства работы системы является форсировка возбуждения, т. е. увеличение тока

Хорошим средством повышения устойчивости синхронного гене­ ратора с одновременным автоматическим регулированием напряже­ ния в сети является компаундирование синхронных генераторов, по­ лучившее широкое распространение. Принципиальная схема ком­ паундированного генератора приведена на рис. 37-13. Здесь 1 — син­ хронный генератор; 2 — последовательный трансформатор, вклю­ ченный в один из линейных проводов; 3 — выпрямитель, соединен­ ный по мостовой схеме; 4 — возбудитель, к обмотке возбуждения которого приключен выпрямитель.

При соответствующей настройке схемы она обеспечивает доста­ точную устойчивость напряжения, реагируя на изменения нагрузоч­ ного тока синхронного генератора. Однако эксплуатационный опыт показал, что компаундирование синхронных генераторов хорошо справляется со своей задачей при относительно медленно происхо­ дящих процессах. Там же, где требуется наибольшая быстрота отзьш-

429

чивости при значительном потолке напряжения, она является недо­ статочной. В особенности это относится к генераторам, работающим на дальние линии передачи. Для обеспечения устойчивой работы таких генераторов к их системе возбуждения предъявляют повышен­ ные требования как в отношении потолка возбуждения, так и быстроотзывчивости системы.

Так, например, система возбуждения генераторов, установлен­ ных на Волжской ГЭС имени В. И. Ленина, работающих на дальнюю

(КвМакс/£/вн 4), достигаемый за время 0,5—0,8 сек, т. е. со скоростью нарастания напряжения на контактных кольцах ротора 2000 вісек. Эти требования привели к коренному пересмотру системы возбужде­

добавочного напряжения номинальной мощности 900 кет с регулиров­ кой напряжения от —800 до +800 в, приводимый во вращение асинх­ ронным двигателем со скоростью 745 об/мин. В номинальном режиме работы генератора машина добавочного напряжения имеет напря­

напряжения изменяется от —400 до +800 в и, следовательно, сов­ местно с главным возбудителем дает 800 + 800 = 1600 в, т. е. четы­ рехкратное напряжение возбуждения по отношению к номиналь­ ному. Чтобы ускорить протекание процесса, в цепь обмотки возбу­ ждения машины добавочного напряжения включаются активные со­ противления, рассчитанные так, чтобы постоянная времени форсировочного процесса Т = LIR была не более 0,1—0,2 сек.

Из 20 генераторов, установленных на Волжской ГЭС имени В. И. Ленина, И имеют описанное выше машинное возбуждение. Остальные 9 генераторов имеют ионное возбуждение, базирующееся на металлических ртутных выпрямителях.

430

Принципиальная упрощенная схема системы ионного возбужде­ ния генераторов Волжской ГЭС имени В. И. Ленина показана на рис. 37-14. Здесь 1 — главный генератор; 2 — обмотка возбуждения главного генератора; 3 — вспомогательный трехфазный генератор мощностью 2548 кет, расположенный на валу 1; обмотка статора 3 рассчитана на напряжение 1385 в с отпайкой на 460 в; 4 и 5 — группы ртутных выпрямителей, соединенные но трехфазной мосто­ вой схеме (на рис. 37-14 показана одна фаза). Обе выпрямительные группы включены параллельно. Группа выпрямителей 4 работает от напряжения 460 в и обеспечивает возбуждение главного генера­ тора в нормальном режиме. Регулирование тока возбуждения про­ изводится изменением угла зажигания анодов. Группа выпрямите­ лей 5 включена на полное напряжение вспомогательного генера­ тора 1385 в; в нормальном режиме работы генератора 1 угол зажига­ ния анодов достигает 125° и выпрямители обтекаются небольшим током, необходимым для подогрева анодов. При форсировке возбу­ ждения угол зажигания анодов этой группы выпрямителей умень­ шается до нуля и происходит быстрое нарастание тока возбуждения главного генератора, 6 — возбудитель вспомогательного генератора. Одновременно с форсировкой возбуждения главного генератора про­ изводится 2,5-кратная форсировка возбуждения вспомогательного генератора.

37-8. Синхронные генераторы с самовозбуждением

Применение возбудителя — генератора постоянного тока для синхронной машины — значительно увеличивает размеры, вес и стоимость агрегата, в особенности при небольшой мощности его.

Кроме того, наличие коллектора и щеток требует квалифицирован­ ного обслуживания агрегата в процессе эксплуатации.

Для устранения этих недостатков были разработаны схемы самовозбуждения синхронных генераторов с применением механи­ ческих или полупроводниковых выпрямителей.

На рис. 37-15 приведена принципиальная схема самовозбужде­ ния синхронного генератора с полупроводниковыми выпрямителями.

431