U-образные характеристики синхронного генератора

Ранее мы рассматривали параллельную работу синхронного генератора при неизменном токе возбуждения. Что же произойдет в синхронном генераторе, 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 . Е этом увеличить ток в обмотке возбуждения, т. е. пере­возбудить машину, то ЭДС  увеличится до значения  и в цепи генератора появится избыточная ЭДС  (рис. 21.10, 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. 21.10, б), и поэтому ток , вызванный этой ЭДС и отстающим от нее по фазе на 90°, будет опере­жающим (емкостным) по отношению к ЭДС генератора .

Показанное на векторных диаграммах можно объяснить следующим При перевозбуждении генератора увеличивается МДС возбуждения .

Рис. 21.10. Векторные диаграммы ЭДС синхронного генератора, включённого на параллельную работу.

Это сопровождается появлением в обмотке статора реактивного тока , которым по отношению к ЭДС является отстающим (индуктивным). Вы званная 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.

Рис. 21-11. U-образные характеристики синхронного генератора.

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 .

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. 21.11 представлены U-образные характеристики  при  = const, построенные для разных значений активной нагрузки:  = 0;  = 0,5  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 =1. Значения тока возбуждения, соответствующие =1 при различной нагрузке генератора, показаны на рис. 21.11 пунктирной кривой. Некоторое отклонение этой кривой вправо указывает на то, что при увеличении нагрузки ток возбуждения, соответствующий =1, 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. 21.11), 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 =1. 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.