Статическая устойчивость

Статическая устойчивость синхронной машины, работающей параллельно с сетью – способность сохранять синхронное вращение (т.е. условие ) при изменении внешнего вращающего или тормозного момента М_ВН, приложенного к ее валу.

Оценивают статическую устойчивость и степень перегружаемости по угловой характеристике СМ. Статическая устойчивость обеспечивается только при углах .

Условия статической устойчивости

Допустим, что синхронный генератор работает при некотором внешнем моменте М_ВН, передаваемом его ротору от первичного двигателя. При этом ось полюсов сдвинута на некоторый угол θ относительно оси суммарного потока ∑Ф и машина развивает электромагнитный момент М, который можно считать равным М_ВН( и С)

Если М_ВН возрастает, то ротор генератора ускоряется, что приводит к повышению θ до значения θ+∆θ. При работе в возрастание θ вызывает повышение электромагнитного момента М+∆М (•В). В результате равновесие моментов, действующих на вал ротора восстанавливается и машина продолжает работу с синхронной частотой вращения. Так же происходит при понижении М_ВН, соответственно понижения θ, следовательно, равновесие восстанавливается.

Если машина работает при , то увеличение θ вызывает уменьшение М-∆М, следовательно равновесие моментов, действующих на вал нарушается, ротор продолжает ускоряться, а угол θ повышается. Возрастание угла приводит к двум результатам:

1) машина переходит в точку устойчивой работы (аналогично точке А) на последующих положительных полуволнах; 2) ротор по инерции проскакивает устойчивое положение и выпадает из синхронизма, т.е. ротор вращается с частотой неравной частоте вращения магнитного поля.

Выпадение из синхронизма – аварийный режим, т.к. в обмотке якоря возникают большие токи, т.к. Е_ген и U_сети при указанном режиме могут складываться по контуру «Генератор-Сеть», а не вычитаться как при нормальной работе.

– если М_ВН начинает понижаться, то при работе в точке С угол θ понижается, электромагнитный момент возрастает, что приводит к уменьшению θ и переходу в установившуюся точку А

Синхронная машина работает устойчиво, если и неустойчиво, если ; чем меньше угол θ, тем больший запас по устойчивости имеет машина.

Если машина работает в установившемся режиме при некотором θ, то малое отклонение ∆θ от этого угла сопровождается возникновением момента , который стремится восстановить исходный угол θ. Этот момент называют синхронизирующим.

Ему соответствует понятие синхронизирующей мощности

Производные и называют соответственно удельным синхронизирующим моментом и удельной синхронизирующей мощностью (или коэффициентами синхронизирующего момента и синхронизирующей мощности).

Удельный синхронизирующий момент имеет максимальное значение при θ=0, с возрастанием θ он уменьшается; при он равен нулю, поэтому синхронные машины обычно работают с , что соответствует двукратному или несколько большему запасу по моменту.

Статическая перегружаемость СМ оценивается отношением

По ГОСТу это отношение должно быть не менее 1,6 … 1,7, а для синхронных двигателей большой и средней мощности не менее 1,65.

Устойчивость генераторов при заданном значении активной мощности, отдаваемой в сеть, зависит от I_B. При увеличении I_B увеличивается Е₀, а следовательно и M_max, при этом увеличивается устойчивость машины.

Обычно электросеть, на которую работают синхронные генераторы, является для них активно-индуктивной нагрузкой (генераторы отдают в сеть, как активную мощность, так и реактивную мощность). При этом синхронные генераторы должны работать с некоторым перевозбуждением, обеспечивающим повышение перегрузочной способности. По ГОСТу СГ при номинальном режиме ток I_a должен опережать U_сети (т.е. отставать от напряжения) и иметь Cosφ=0.8. Но если сеть создает активно-емкостную нагрузку, то генератор для поддержания стабильного напряжения работает с недовозбуждением, т.е. при токе I_a, опережающем напряжение (неблагоприятный режим).

В настоящее время применяется автоматическое регулирование тока возбуждения для стабилизации напряжения при изменении нагрузки и повышения статической и динамической устойчивости.

Дата добавления: 2015-08-13