ЕЛЕКТРОТЕХНІКА У БУДІВНИЦТВІ

Паралельна робота синхронної машини з електричною мережею

У сучасній практиці автономна робота СГ на своє навантаження поза зв'яз­ком з іншими джерелами трифазного струму зустрічається рідко. Звичайним є електропостачання споживачів енергією від енергетичних систем. Енергосистема по лініях високої напруги поєднує для паралельної роботи електричні станції. На­явність енергосистем дає істотні економічні вигоди, головні з яких - підвищення надійності енергопостачання і зниження вартості виробництва електроенергії.

Потужності сучасних енергосистем обчислюються мільйонами і десятка­ми мільйонів кіловат. Кожний з генераторів, включених до енергосистеми, пра­цює в режимі паралельної роботи з загальною мережею великої потужності. При цьому можна вважати, що режим роботи окремого генератора не впливає на режим роботи мережі, оскільки частота і напруга на його затискачах жо­рстко задаються зовнішньою мережею і не залежать від струму збуджен­ня, навантаження і потужності даного генератора. Синхронний двигун завжди включається паралельно мережі живлення.

Для включення генератора на паралельну роботу з мережею необхідно виконати наступні умови:

а) рівність частот - генератор повинен обертатися із строго синхронною швидкістю, при якій частота ЕРС якоря точно збігається з частотою мережі;

б) режим до комутації співпадає з режимом після комутації (режим холо­стого ходу, струм якоря в момент комутації відсутній);

в) рівність напруг - фазні напруги генератора (напруги рівні ЕРС Е0) по­винні дорівнювати відповідним фазним напругам мережі, а за фазою вони по­винні бути протилежними.

Створення зазначених умов з наступним включенням до мережі назива­ють синхронізацією.

На підставі рівняння напруг струм якоря визначається за виразом

• •

/ = E^-U. (12.8)

jX v '

Оскільки напруги генератора і мережі рівні і протилежні за фазою, можна записати

jX

де UM - напруга мережі.

Генератор після включення до мережі працює в режимі холостого ходу. Векторна діаграма, що відповідає цьому випадку, зображена на рис. 12.9,а. При збільшенні струму збудження зростає абсолютне значення ЕРС якоря Е0. Оскі­льки напруга на затискачах задається мережею і залишається постійною, різни­ця напруг, що з'явилася, AU = E0 - U = E0 + UM викличе струм у якорі

(12.10)

Струм якоря при цьому відстає за фазою від AU і Е0 на кут у = 90° (рис. 12.9,б). Режим виходить таким же, як немовби при автономній роботі ге­нератора його навантажили на чисто індуктивне навантаження. Відносно мере­жі генератор в цьому режимі є джерелом реактивної потужності. Навпаки, при зменшенні струму збудження (недозбудження) знижується ЕРС Е0, що приво­дить до зміни фази AU і струму / на протилежну (рис. 12.9,в). Струм якоря при цьому випереджає напругу U і ЕРС Е0 на 90°, а відносно напруги мережі UM ви­явиться відстаючим на такий же кут.

У цьому режимі генератор споживає від мережі реактивну потужність, необхідну для підтримки результуючого поля на одному рівні, оскільки напруга на затискачах жорстко задана. Реакція якоря при цьому буде поздовжньо - намагнічуючою. Навантаження на первинний двигун в обох випадках залиша­ються на рівні холостого ходу, оскільки електромагнітна потужність при у = 90° дорівнює нулю. Таким чином, регулювання струму збудження викликає зміну лише реактивного навантаження генератора.

Щоб навантажити генератор активною потужністю, необхідно впливати на первинний двигун так, щоб додати ротору деяке прискорення. З цією метою збільшується впуск пару або води до турбіни. При прискоренні ротора з'явиться зрушення фаз між ЕРС Е0 і напругою U на кут 0, що є наслідком просторового

в

зрушення між осями поля ротора і результуючого поля на кут —.

Р

Фазове зрушення між ЕРС і напругою обумовить різницю напруг AU, що, в свою чергу, викличе струм якоря:

1 = = ^U. (12.11)

jX jX к J

Цей струм, відстаючи від AU за фазою на 90°, матиме фазове зрушення стосовно ЕРС Е0 на кут у < 90° (рис. 12.10,а). Оскільки 0 > 0, а у < 90°, генера­тор при цьому буде розвивати електромагнітну потужність РЕМ = m E0 U cosy > 0, яка надходить у мережу, і електромагнітний момент:

90°r'AU=ijX

і

Рис. 12.10 - Векторні діаграми СД: а - режим генератора, б - режим двигуна

паралельну роботу синхронної машини не збільшити обертовий момент первинного двигуна, а, на­впаки, зменшити або навіть при­класти до вала гальмовий момент, то ротор трохи сповільниться і відстане від результуючого поля на кут 0/p. При цьому ЕРС Е0 буде відставати від напруги U на кут 0. Це викличе зміну фази AU і стру­му якоря майже на протилежну (рис. 12.10,б). Внаслідок цього зміниться напрямок потоку елект­ромагнітної потужності і електро­магнітного моменту, який з про­тидіючого стане обертовим.

Машина перейде до режиму синхронного двигуна. Обертовий електромагнітний момент зрівноважить гальмовий момент опору і швидкість обертання зали­шиться синхронною.

Таким чином, синхронна машина, включена паралельно з мережею великої потужності, протидіє в межах її статичної стійкості як прискоренню, так і упові­льненню ротора і зберігає швидкість обертання постійною. Змінюється лише кут між осями поля ротора і результуючого поля в межах ±90 електричних градусів. Для усталеної роботи синхронні машини проектують і виготовляють так, що при номінальному навантаженні кут 0 звичайно не перевищує 20±30°. Синхронна машина протидіє також зміні струму збудження відповідною зміною реактивного навантаження, оскільки напруга на затискачах є жорстко заданою.