Электромагнитный момент генератора это

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Электромагнитный момент — генератор

Нетрудно установить, что несмотря на наличие тока якоря и магнитного потока Фя при чисто емкостной нагрузке электромагнитный момент генератора равен нулю, под действием поля якоря генератор подмагничивается. [16]

Тормозящий электромагнитный момент растет по мере увеличения угла смещения ротора 0, поэтому новое положение устойчивой работы наступит при таком его значении, при котором действующий момент первичного двигателя и противодействующий электромагнитный момент генератора сравняются. [17]

В генераторе электромагнитный момент действует против вращения и является, следовательно, тормозящим по отношению к первичному двигателю. Момент, создаваемый первичным двигателем, уравновешивает электромагнитный момент генератора и момент, соответствующий механическим и магнитным потерям в генераторе. [18]

Предположим, что исходному установившемуся режиму отвечают некоторая скорость Qo и вращающий момент Мо. При этом вращающий момент турбины уравновешен противодействующим электромагнитным моментом генератора . Предположим также, что в силу каких-либо причин нагрузка генератора уменьшилась. Под влиянием избыточного механического момента ( Ммех — Мэп) агрегат турбина — генератор увеличивает скорость Q. [19]

В энергосистемах генераторы электростанций объединены на параллельную работу сетями различного напряжения. При синхронной работе генераторов вращающие моменты их турбин уравновешиваются соответствующими электромагнитными моментами генераторов . [20]

В энергосистемах генераторы электростанций объединены на параллельную работу электрическими сетями различного напряжения. При синхронной работе генераторов вращающие моменты их турбин уравновешиваются соответствующими электромагнитными моментами генераторов . [21]

Влияние изменения нагрузки на работу гидропривода зависит от следующих причин. Включение в бортовую сеть объекта новых потребителей или изменение режима ранее работавших вызывает изменение электромагнитного момента генератора . В результате на выходном валу 2, а через планетарную передачу и на валу гидромотора изменяется момент и, следовательно, давление в магистрали гидромашин. С увеличением нагрузки давление рн и утечки на этом участке увеличиваются. Вследствие увеличения утечек уменьшается скорость вращения вала нерегулируемой гидромашины, поэтому скорость выходного вала уменьшается. [22]

При этом будет уменьшаться как эдс, так и ток в обмотке якоря, что вызывает уменьшение тормозного электромагнитного момента генератора . В случае увеличения момента первичного двигателя ( MiM, ) число оборотов якоря, а также эдс и ток в его обмотке будут увеличиваться, что вызывает увеличение тормозного электромагнитного момента. [23]

Рассмотрим, например, установку с ИН, в которой источником питания служит электромеханический накопитель, содержащий предварительно разгоняемый маховик и генератор постоянного тока с независимым возбуждением. Роль маховика может выполнять ротор генератора. Угловая частота вращения со определяется из уравнения Мг — Л ( Ло / Л), где Мг гм / Ф, — электромагнитный момент генератора , см const, Л — суммарный момент инерции. [24]

Автоматическая частотная разгрузка ( АЧР) — вид системной автоматики, применяют ее в тяжелых послеаварийных режимах, связанных с потерей генераторных мощностей. На некоторых подстанциях этой системы устанавливают комплекты АЧР, под действием которой очередями ( группами) отключаются потребители, восстанавливается равенство механического момента вращения турбины и противодействующего электромагнитного момента генератора для всех генераторов системы. В результате прекращается снижение скорости вращения генераторов и частоты, восстанавливается ее нормальное значение. В ЭЭС, из которой мощность передавалась, происходит повышение частоты. Посредством автоматических регуляторов числа оборотов, действующих на впускные клапаны ( задвижки) турбин, уменьшается впуск энергоносителя в турбины и восстанавливается нормальная частота. [25]

На рис. 14.11 была рассмотрена модель синхронного вращения диска и кольца. Очевидно, при определенном значении момента пружинка может разорваться. Так же не беспределен синхронизм генератора. Он существует, пока вращающий момент турбины уравновешивается противодействующим электромагнитным моментом генератора . [26]

Мср имеет апериодический характер и сильно отличается от My. Это объясняется тем, что число импульсов момента при его колебаниях согласно расчету по полным уравнениям в процессе к. Это приводит к сильным колебаниям момента Мп после отключения к. В этом случае влияние второго генератора на первый может оказаться довольно сильным и привести к появлению дополнительного момента, который резко увеличивает значение Мср. Таким образом, в моменты времени готкл 0 1; 0 12; 0 14 с значения максимального угла, рассчитанного по полным и упрощенным уравнениям, мало отличаются. Для моментов же отключения г0ТКл 0 11 с и / отнл 0 13 с эта разность резко увеличивается. Однако в действительности ( эксперимент) колебаний бмако в зависимости от torKii не наблюдается, так как появление дуги при отключении сглаживает колебания электромагнитного момента Мпд генератора после отключения к. Таким образом, при расчете электромеханических переходных процессов, когда rlx 0 03, необходимо либо учитывать горение дуги в выключателе, либо применять упрощенные уравнения, что является более целесообразным с точки врения объема вычислений. [28]

Электромагнитный момент генератора это

Электромагнитный момент синхронной машины:

Эта зависимость носит название угловой характеристики синхронной машины (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Угловая характеристика синхронной машины

Если θ>0, то мощность и момент положительны, машина работает в режиме генератора и отдает электрическую мощность, а электромагнитный момент при этом является тормозящим моментом, который преодолевает первичный двигатель. Работа, совершаемая первичным двигателем, преобразуется в электрическую работу, отдаваемую генератором в сеть. При увеличении создаваемого первичным двигателем вращающего момента, ротор машины, вследствие сообщаемого ему ускорения, увеличивает угол θ и после нескольких колебаний около синхронной скорости восстанавливается равновесие вращающегося момента первичного двигателя и тормозящего электромагнитного момента генератора. Таким же образом восстанавливается это равновесие при уменьшении вращающего момента первичного двигателя посредством уменьшения угла θ и вызываемого этим снижения тормозящего электромагнитного момента.

Работа синхронного генератора устойчива при изменении угла θ в пределах от 0 до 90 градусов.

Кривая М э.м. =F(θ) за точкой θ=90 соответствует области неустойчивой работы синхронного генератора. В этих условиях вращающий момент первичного двигателя превышает максимальный тормозящий момент генератора, т. к. увеличение θ свыше 90 приводит к уменьшению тормозящего электромагнитного момента М э.м. Избыток вращающего момента создает дальнейшее ускорение ротора, что обуславливает дальнейшее возрастание θ и новое уменьшение тормозящего момента и т. д. пока генератор не выпадет из синхронизма. В таком случае нарушается автоматическая связь между частотой сети и скоростью вращения ротора; ЭДС машины и напряжение сети перестают уравновешивать друг друга, и токи в обмотках статора могут достигнуть весьма больших значений токов короткого замыкания, т. к. мгновенные значения ЭДС статора и напряжение сети могут теперь складываться, а не вычитаться, как при нормальной работе. При выпадении генератора из синхронизма его отключают от сети приборы автоматической защиты.

Уменьшение вращающего момента первичного двигателя вызывает соответствующее уменьшение угла θ, и когда θ станет равным нулю, тогда первичный двигатель будет лишь покрывать потери синхронной машины; в этих условиях при θ=0 машина не будет отдавать энергию в сеть как генератор и потреблять ее из сети как двигатель. Этот режим является промежуточным между режимами генератора и двигателя.

Если приложить к валу синхронной машины тормозящий момент, то он вызовет некоторое замедление вращения ротора, вследствие чего угол θ станет отрицательным. Это значит, что ротор отстанет на угол θ/р от результирующего поля машины, и последнее станет ведущим, а ротор — ведомым. Перемена знака θ вызовет изменение знака электрической мощности Р и электромагнитного момента М э.м. ; машина переходит в режим двигателя; она потребляет энергию из сети, ее электромагнитный момент стал вращающим моментом, уравновешивающим механический тормозящий момент, приложенный к валу машины.

В этом случае для построения упрощенной векторной диаграммы синхронного двигателя удобно использовать векторы и (Рис. 3.1.7).

Рис. 3.1.7. Упрощенная векторная диаграмма синхронного двигателя

Будем считать, что возбуждение машины при переходе от генераторного режима к двигательному осталось неизменным, и поэтому сохраним в диаграмме двигателя, как и в диаграмме генератора, ту же длину вектора , но отложим теперь отстающим от на угол θ. Направление вектора определяется условием . Чтобы определить направление вектора продолжим (полученное вычитанием из вектора вектора ) и на эту прямую опустим перпендикуляр из начала координат и отложим на нем . Теперь отстает от более чем на 90 градусов. Положительную мощность ток создает не с , а с напряжением сети . Векторы потоков и строим каждый под углом 90 градусов к вектору индуктируемой ими ЭДС (т е. к и ).

Режим двигателя устойчив при изменении θ в пределах от 0 до -90 и неустойчив при θ э.м.max , то произойдет выпадение двигателя из синхронизма — ротор постепенно уменьшит скорость и, наконец, остановится, ЭДС в обмотке уменьшится до 0, а токи достигнут весьма больших значений, во много раз превышающих номинальные. Автоматическая защита отключит двигатель от питания сети.

Работающая параллельно с сетью синхронная машина нагружается как в режиме двигателя, так и в режиме генератора, путем изменения момента, приложенного к валу. Практически используется только кратковременный переход двигателя в режим генератора для быстрого торможения двигателя.

называется синхронизирующей мощностью, а величина

Практически синхронная машина работает сравнительно далеко от предела статической устойчивости, соответствующего θ=90 градусов. У синхронных генераторов угол θ при номинальной нагрузке не превышает 20 градусов, а у двигателей, как менее ответственной машины, этот угол достигает 30 градусов.

Форма угловой характеристики синхронной машины объясняется картиной взаимодействия потоков Ф в и Ф в синхронной машине (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Картина взаимодействия потоков и в синхронной машине: (а) — при

При θ=0 (рис.3.8а) между ротором и статором существует только сила притяжения (между двумя магнитами). Тангенциальная составляющая силы равна 0, Поэтому электромагнитный момент равен 0 . При θ>0 (рис.3.8б) ось потока возбуждения опережает ось результирующего потока на угол θ, вследствие чего тангенциальная составляющая силы создает тормозной момент для внешнего двигателя, приводящего во вращение ротор синхронного генератора. Максимум тормозного момента соответствует θ=90 градусов, когда ось полюсов ротора расположена между осями полюсов статора. При θ

Подключение синхронной машины к сети. При подключении синхронного генератора применяют два способа: точная синхронизация и самосинхронизация.

Первый способ требует предварительную синхронизацию включаемого генератора, которая осуществляется следующим образом (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа

Скорость машины Г доводится примерно до синхронного числа оборотов и ее возбуждение регулируется так, чтобы вольтметр на ее зажимах показал значение, равное напряжению сети. При этом последовательность фаз машины должна соответствовать последовательности фаз сети. Перед подключением машины к сети необходимо более точное регулирование частоты вращения машины и фазы ее ЭДС. Для этой цели используют синхроскопы. В простейшем случае синхроскоп составляется из ламп накаливания. Чем меньше частота генератора отличается от частоты сети, тем медленнее будут происходить колебания света фазных ламп. Достигают совпадения частот, при котором промежутки времени между следующими друг за другом вспышками ламп будут не менее 3. 5 сек. Затем в момент полного затухания ламп замыкается рубильник.

Сущность метода самосинхронизации состоит в том, что генератор включается на сеть без возбуждения, когда его скорость отличается от синхронной на 2. 3%. Обмотка ротора во время такого включения должна быть замкнута накоротко или на некоторое сопротивление. Сейчас же после включения генератора на сеть в ротор подается постоянный ток возбуждения, и генератор сам доходит до синхронной скорости под действием электромагнитных сил.

Вращающий момент синхронного двигателя при пуске равен 0, поэтому пуск двигателя состоит из двух этапов: первый этап — синхронный пуск с помощью короткозамкнутой обмотки, расположенной на роторе, и второй этап — втягивание в синхронизм после включения постоянного тока возбуждения. Во время первого этапа асинхронного пуска обмотка возбуждения отключается от источника постоянного тока и замыкается на активное сопротивление, превышающее активное сопротивление обмотки возбуждения в 10. 15 раз. Не следует оставлять обмотку возбуждения разомкнутой, т. к. вращающееся поле может индуктировать в ней весьма значительную ЭДС, опасную для изоляции. Но с другой стороны, нецелесообразно было бы замыкать эту обмотку накоротко, т. к. в ней возникает значительный однофазный ток, который будет тормозить ротор по достижении им половины синхронной скорости.

Генератор постоянного тока ГПТ: основные понятия.

В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС E_a. При подключении к генератору нагрузки в цепи якоря возникает ток, а на выводах генератора устанавливается напряжение, определяемое уравнением напряжений для цепи якоря генератора:

сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: обмотки якоря r_a , обмотки добавочных полюсов r_Д , компенсационной обмотки r_к_.о_., последовательной обмотки возбуждения и переходного щеточного контакта r_щ.

При отсутствии в машине каких-либо из указанных обмоток в (28.2) не входят соответствующие слагаемые.

Якорь генератора приводится во вращение приводным двигателем, который создает на валу генератора вращающий момент М₁ Если к генератору не подключена нагрузка (работает в режиме х.х. I_a=0 ), то для вращения его якоря нужен сравнительно небольшой момент холостого хода M₀. Этот момент обусловлен тормозными моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.

При работе генератора с подключенной нагрузкой в проводах обмотки якоря появляется ток, который, взаимодействуя с магнитным полем возбуждения, создает на якоре электромагнитный момент М. В генераторе этот момент направлен встречно вращающему моменту приводного двигателя ПД (рис. 28.1), т. е. он является нагрузочным (тормозящим).

Рис. 28.1. Моменты, действующие в генераторе постоянного тока

При неизменной частоте вращения n = const вращающий момент приводного двигателя M₁ уравновешивается суммой противодействующих моментов: моментом х.х. M₀ и электромагнитным моментом М, т. е.

Выражение (28.3) —называется уравнением моментов для генератора при постоянной частоте нагрузки. Умножив члены уравнения (28.3) на угловую скорость вращения якоря ω, получим уравнение мощностей:

, (28.4)

где P1 = M1ω — подводимая от приводного двигателя к генератору мощность (механическая); P₀ = M₀ω мощность х.х., т. е. мощность, подводимая к генератору в режиме х.х. (при отключенной нагрузке); P_ЭМ = Mω— электромагнитная мощность генератора.

Согласно (25.27), получим

или с учетом (28.1)

где P₂ — полезная мощность генератора (электрическая), т. е. мощность, отдаваемая генератором нагрузке; P_Эa — мощность потерь на нагрев обмоток и щеточного контакта в цепи якоря .

Учитывая потери на возбуждение генератора P_ЭВ, получим уравнение мощностей для генератора постоянного тока:

Следовательно, механическая мощность, развиваемая приводным двигателем P₁, преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность P₂, передаваемую нагрузке, и мощность, затрачиваемую на покрытие потерь

Так как генераторы обычно работают при неизменной частоте вращения, то их характеристики рассматривают при условии n = const.

Рассмотрим основные характеристики генераторов постоянного тока.

Характеристика холостого хода — зависимость напряжения на выходе генератора в режиме х.х. U₀ от тока возбуждения I_В:

Нагрузочная характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбуждения I_В:

Внешняя характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U от тока нагрузки I:

Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуждения I_В от тока нагрузки I при неизменном напряжении на выходе генератора

Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свойства генераторов постоянного тока которые во многом зависят от способа включения генератора в схему, поэтому мы рассмотрим каждый способ включения по отдельности.

Электромагнитный момент генератора это

Выведем зависимость ЭДС генератора от параметров машины, скорости вращения якоря и магнитного потока.

ЭДС, индуцируемая в каждом витке обмотки, может быть определена по формуле

Применительно к машине постоянного тока эта формула (и весь последующий вывод) значительно упрощается введением понятия средней индукции.

Пусть магнитный поток, создаваемый главным полюсом, Ф, тогда при полюсах общий магнитный поток равен . Однако можно с достаточной точностью допустить, что индукция распределена равномерно во всем воздушном зазоре, поэтому для расчетов можно взять ее среднее значение:

где d — диаметр сердечника якоря, I — образующая цилиндра якоря (длина якоря). Тогда средняя ЭДС одного проводника обмотки при равна

где l — длина активной части проводника (равна образующей цилиндра якоря); v — линейная (окружная) скорость движения проводника.

Подставим в формулу (6.3) значение средней индукции и линейной скорости после преобразования получим:

где — скорость вращения якоря.

Пусть обмотка содержит 2а параллельных ветвей, тогда в каждой параллельной ветви будет — активных проводников. Так как ЭДС генератора равна ЭДС параллельной ветви, то можно записать:

где — ЭДС генератора,

Подставим выражение (6.4) в уравнение (6.3), после сокращения получим:

В полученной формуле выделенная дробь содержит параметры, зависящие от конструкции машины. Для данной конструкции машины эта величина постоянная. Обозначим эту дробь через с, тогда для ЭДС генератора окончательно имеем:

Таким образом, ЭДС генератора постоянного тока пропорциональна значению магнитного потока Ф и скорости вращения якоря п. Следовательно, для поддержания постоянного напряжения на зажимах генератора можно изменять ЭДС либо значением магнитного потока, либо скоростью вращения ротора (либо тем и другим). На практике ротор генератора приводят во вращение двигателем, работающим нормально при определенной скорости вращения вала, а магнитный поток изменяют путем изменения тока в обмотке возбуждения.

Мощность генератора постоянного тока можно представить формулой механической мощности причем под работой А следует понимать работу, затрачиваемую на преодоление

тормозного момента, развиваемого якорем, за один оборот при вращении якоря со скоростью (без потерь). Тогда эту формулу можно записать так:

где F — сила, действующая на якорь.

При таком взаимодействии на каждый проводник обмотки якоря с током I действует сила , а на N проводников обмотки

Учитывая соотношение (6.2), последнее уравнение можно записать следующим образом:

Подставив уравнение (6.10) в уравнение (6.8), получим выражение для мощности:

Так как то окончательно имеем:

Для общего момента машины М можно записать:

где — постоянный для данной машины коэффициент, зависящий от особенностей ее конструкции.

Таким образом, электромагнитный момент машины выражается формулой

Электромагнитная мощность и момент, угловые характеристики синхронных генераторов

Поле якорной обмотки статора 1 имеет полюса N_я и S_я. Вращающееся вместе с ротором поле 2 обмотки возбуждения, имеет полюса N и S. В установившемся синхронном режиме поля обмотки якоря и обмотки возбуждениявращаются с синхронной скоростью n₁. Полюсные системы обмоток якоря и обмотки возбуждения неподвижны относительно друг друга. Между ними происходит постоянное взаимодействие и возникает электромагнитная сила F, стремящаяся ориентировать ротор таким образом, чтобы поля обмоток якорной и возбуждения были направлены согласно.

Силы, возникающие при этом, можно моделировать, используя стремящиеся сократиться резиновые нити 3, натянутые между разноименными полюсами систем якоря и обмотки возбуждения.

Если машина не имеет нагрузки, то разноименные полюса систем якоря и обмотки возбужденияустанавливаются напротив друг друга по одной оси и электромагнитный момент отсутствует. Электромагнитная сила F, действующая между полюсами, имеет радиальное направление.

В генераторном режиме приводной двигатель или турбина создают вращающий момент на валу. Вал генератора вместе с полем ротора поворачивается и опережает поле якорной обмотки на угол Θ. Вследствие этого электромагнитные силы F притяжения полей ротора и статора имеют тангенциальные составляющие F_τ, создающие тормозной электромагнитный момент. С увеличением нагрузки генератора угол Θ увеличивается, т. е. поле статора в большей степени отстает от поля ротора. При увеличении угла Θ в некоторых пределах увеличиваются F_τ и электромагнитный момент генератора. Максимум момента соответствует значению Θ = 90°, когда ось полюсов ротора расположена между осями полюсов суммарного потока.

Если машина переходит в двигательный режим, то на вал действует внешний момент, притормаживающий ротор. Вследствие этого вал двигателя вместе с полем ротора поворачивается и отстает от поля статора на угол Θ. В этом случае тангенциальные составляющие электромагнитных сил меняют направление и возникает вращающий электромагнитный момент двигателя. Таким образом, при переходе из генераторного режима в двигательный установившаяся скорость вращения машины не меняется, а меняется знак угла Θ.

В статоре синхронного генератора имеют место электрические потери в обмотке якоря Р_эя и потери в стали сердечника.

Электромагнитная мощность, передаваемая от ротора к статору электромагнитным полем равна:

В синхронных машинах большой и средней мощности потери в обмотке якоря Р_эя и потери в стали сердечника Р_с малы по сравнению с электрической мощностьюотдаваемой генератором сеть. Если ими пренебречь, то электромагнитная мощность будет равна полезной мощности Р₂, отдаваемой генератором в сеть:

где ₁— количество фаз;

j₁ — угол между током и напряжением ;

— напряжение генератора, оно равно напряжению сети.

Для упрощения допустим, что генератор работает на сеть бесконечной мощности, т.е. и .

Чтобы установить, как зависит электромагнитная мощность Р_эм явнополюсной синхронной машины от угла нагрузки Θ, рассмотрим упрощенную векторную диаграмму, построенную при R₁ = 0.

Рис. Упрощенная векторная диаграмма явнополюсного синхронного генератора

Из векторной диаграммы:

Подставляем в полученное выражение значения I₁_d и I₁_q. С учетом, что

Из уравнения видно, что электромагнитная мощность явнополюсного синхронного генератора состоит из 2 частей. Первая (основная) составляющая связана с возбуждением в машине и зависит от ЭДС Е_f. Вторая (реактивная) составляющая существует и при отсутствии возбуждения и обусловлена наличием в явнополюсной машине чисто магнитного момента из-за стремления ротора ориентироваться по оси магнитного поля (подобно магнитной стрелке).

В неявнополюсной машине , а реактивная составляющая электромагнитной мощности равна нулю. Тогда

Электромагнитный момент явнополюсного синхронного генератора:

Кривые Р_эм = f(Θ) и М_эм = f(Θ) называют угловыми характеристиками синхронной машины.

Мощность синхронного генератора зависит от угла q. Поэтому его называют нагрузочным углом. Угол q, соответствующий максимальному электромагнитному моменту М_max , называется критическим.

У неявнополюсных синхронных машин угловая характеристика представляет собой синусоиду. Величина критического угла .

Для явнополюсной машины:

где .

Расчет нормального режима работы синхронного генератора. Схема замещения и расчет ее параметров. Выбор и проверка выключателей, страница 2

Электромагнитная мощность и момент, угловые характеристики синхронных генераторов

Поле якорной обмотки статора 1
имеет полюса
Nя
и
Sя
. Вращающееся вместе с ротором поле
2
обмотки возбуждения, имеет полюса
N
и
S.
В установившемся синхронном режиме поля обмотки якоря и обмотки возбуждениявращаются с синхронной скоростью
n1.
Полюсные системы обмоток якоря и обмотки возбуждения неподвижны относительно друг друга. Между ними происходит постоянное взаимодействие и возникает электромагнитная сила
F
, стремящаяся ориентировать ротор таким образом, чтобы поля обмоток якорной и возбуждения были направлены согласно.

Силы, возникающие при этом, можно моделировать, используя стремящиеся сократиться резиновые нити 3,

натянутые между разноименными полюсами систем якоря и обмотки возбуждения
.

Если машина не имеет нагрузки, то разноименные полюса систем якоря и обмотки возбужденияустанавливаются напротив друг друга по одной оси и электромагнитный момент отсутствует. Электромагнитная сила
F,
действующая между полюсами, имеет радиальное направление.

. Вследствие этого электромагнитные силы
F
притяжения полей ротора и статора имеют тангенциальные составляющие
Fτ,
создающие тормозной электромагнитный момент. С увеличением нагрузки генератора угол
Θ
увеличивается, т. е. поле статора в большей степени отстает от поля ротора. При увеличении угла
Θ
в некоторых пределах увеличиваются
Fτ
и электромагнитный момент генератора. Максимум момента соответствует значению
Θ
= 90°, когда ось полюсов ротора расположена между осями полюсов суммарного потока.

В этом случае тангенциальные составляющие электромагнитных сил меняют направление и возникает вращающий электромагнитный момент двигателя. Таким образом, при переходе из генераторного режима в двигательный установившаяся скорость вращения машины не меняется, а меняется знак угла
Θ.
В статоре синхронного генератора имеют место электрические потери в обмотке якоря Рэя

и потери в стали сердечника.

Электромагнитная мощность, передаваемая от ротора к статору электромагнитным полем равна:

В синхронных машинах большой и средней мощности потери в обмотке якоря Рэя

и потери в стали сердечника
Рс
малы по сравнению с электрической мощностьюотдаваемой генератором сеть. Если ими пренебречь, то электромагнитная мощность будет равна полезной мощности
Р2
, отдаваемой генератором в сеть:

Угловая характеристика генератора. Принцип регулирования реактивной мощности генератора.

Часто работу генератора удобно анализировать, если его активная и реактивная мощности выражены не через угол между векторами тока и напряжения φ

, а через угол
δ
— угол между вращаемым ротором и вращающимся магнитным полем статора. На векторной диаграмме генератора это будет угол между векторами фазной ЭДС возбуждения и соответствующим фазным напряжением.

Интересующие нас зависимости Р

и
Q
от
δ
получим на основе простейшей схемы замещения неявнополюсного турбогенератора, работающего на сеть (Рис.5.6а) и его векторной диаграммы (Рис.5.6б), построенной для одной фазы .При этом генератор будем представлять только его фазной ЭДС возбуждения
Ef
и индуктивным синхронным сопротивлением по продольной оси
Xd
, которым генератор характеризуется в установившихся режимах работы. В силу высокого КПД генератора активным сопротивлением статора в нашем случае пренебрежем.

Рис. 5.6.Схема замещения и векторная диаграмма турбогенератора, работающего на сеть.

Диаграмма на Рис.5.6б построена в предположении, что в обмотке статора протекает ток I

и вызывает в обмотке статора падение напряжения
Ixd,
а на зажимах генератора присутствует напряжение
U
.

Для активной мощности РФ

одной фазы можно записать:

Для реактивной мощности QФ

Для получения полной активной и реактивной мощностей генератора выражения (5.12) и (5.13) надо умножить на 3, по числу фаз. Для Р

получим ряд выражений:

– линейное напряжение на зажимах генератора.

Аналогично для полной реактивной мощности генератора Q

Зависимость (5.14) во всем диапазоне углов δ называется угловой характеристикой активной мощности синхронной машины и для неявнополюсной машины имеет вид синусоиды. Будем считать, что если Р>0

, т.е. при 0 0
, т.к. мы говорим о синхронном генераторе.

Рис.5.7. Зависимости Р=f(δ)

и
Q=f(δ)
для турбогенератора при заданных напряжении статора
U
и токе возбуждения
If
.

На рис.5.7 приведены зависимости P=f(δ)

и
Q=f(δ)
, здесь же показано, что к генератору поступает мощность от турбины
РТ
, представленная прямой линией, так как мощность турбины не зависит от угла
δ.
Как было рассмотрено ранее, активная мощность, отдаваемая генератором в сеть, без учета потерь в самом генераторе, должна равняться мощности поступающей от турбины. Из рис.5.7 видно, такое равенство может наступить в двух точках: а и b, которым соответствует два значения угла: δа и δb.

В какой из точек равновесия а или b может работать генератор, определяется таким понятием как статическая устойчивость.

Под статической устойчивостью понимают способность системы самостоятельно восстановить исходный режим работы при малом возмущении

При работе в точке а (рис. 5.7), мощности генератора и турбины уравновешивают друг друга. Если допустить, что угол δа получает небольшое приращение Δδ, то мощность генератора, следуя синусоидальной зависимости от угла, так же изменится на некоторую величину ΔР, причем, как вытекает из рис. 5.7, в точке а положительному приращению угла Δδ соответствует также положительное изменение мощности генератора ΔР. Что же касается мощности турбины, то она не зависит от угла δ и при любых изменениях последнего остается постоянной и равной РТ. В результате изменения мощности генератора равновесие моментов турбины и генератора оказывается нарушенным и на валу машины возникает избыточный момент тормозящего характера, поскольку тормозящий момент генератора в силу положительного изменения мощности ΔР преобладает над вращающим моментом турбины.

Под влиянием тормозящего момента ротор генератора начинает замедляться, что обусловливает перемещение связанного с ротором вектора ЭДС генератора Ef

в сторону уменьшения угла δ. В результате уменьшения угла вновь восстанавливается исходный режим работы в точке
a и, следовательно, этот режим должен быть признан устойчивым. К тому же выводу можно прийти и при отрицательном приращении угла Δδ в точке a.
Совершенно иной получается картина в точке b. Здесь положительное приращение угла Δδ сопровождается не положительным, а отрицательным изменением мощности генератора ΔP

. Изменение мощности генератора вызывает появление избыточного момента ускоряющего характера, под влиянием которого угол δ не уменьшается, а возрастает. С ростом угла мощность генератора продолжает падать, что обусловливает дальнейшее увеличение угла и т. д. Процесс сопровождается непрерывным перемещением вектора ЭДС
Ef
относительно вектора напряжения приемной системы
U
и генератор выпадает из синхронизма. Таким образом, режим работы в точке
b статически неустойчив и практически неосуществим.
Итак, точка а и любая другая точка на возрастающей части синусоидальной характеристики мощности отвечают статически устойчивым режимам и, наоборот, все точки падающей части характеристики — статически неустойчивым.

В области углов δ