§ 102. РОБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПІД НАВАНТАЖЕННЯМ
Якщо синхронний генератор не навантажений, т. Е. Працює вхоло-просту, то струму в обмотках статора немає. Магнітний потік полюсів, створений струмом збудження, індукує в трифазній обмотці статора е. д. з.
При навантаженні генератора в обмотці статора протікає струм. При симетричному навантаженні струми в фазах обмотки статора рівні і зрушені на 1/3 періоду. Токи статора створюють обертове маг-нітних поле, швидкість обертання якого
т. е. магнітне поле, створене струмами в обмотці статора, обертає-ся синхронно з магнітним полем полюсів.
В обмотці статора синхронного генератора створюється Е.Д. с, величина якої залежить від магнітного потоку полюсів. Якщо магнітний потік полюсів дуже малий, то і Е.Д. з також мала. При збільшенні магнітного потоку зростає і е. д. з. машини. Таким чином, при постійній швидкості обертання ротора е.р.с. пропор-нальних магнітному потоку, який збуджується постійним струмом, що протікає по провідникам обмотки збудження. Якщо підвищити струм в обмотці збудження, то зросте і магніт-ний потік полюсів, що викличе збільшення е. д. з. машини. Следо-вательно, зміна струму в обмотці збудження викликає соот-ветствующее зміна е. д. з. машини та дозволяє регулювати напругу на затискачах генератора.
Якщо синхронний генератор не навантажений (працює вхолосту), то струму в обмотках статора немає і напруга на затискачах генера-тора одно е.р.с, индуктированной в обмотці статора.
При навантаженні генератора струм в обмотці статора не дорівнює нулю і, отже, напруга на затискачах генератора не дорівнює Е.Д. с, так як в опорі (активному і реактивному) обмотки статора виникає падіння напруги. Крім того, струми, проте-кається за обмоткам статора ', створюють потік реакції якоря, кото-рий впливає на потік полюсів, так що при навантаженні магніт-ний потік не буде дорівнює магнітному потоку полюсів при холостий Роботі генератора. Тому зміна навантаження, т. Е. Струму в статорі генератора, буде викликати зміна напруги на затискачах генератора в разі, якщо струм в обмотці збудження залишається незмінним.
На рис. 128 зображені зовнішні характеристики синхронного генератора при активній і реактивній навантаженнях. Ці характеристики показують залежність напруги на затискачах генерал тора від струму навантаження при незмінних швидкості обертання ротора і струмі збудження. Різний вигляд цих характеристик при активній, індуктивної та ємнісної навантаженнях пояснюється не однаковим впливом поля реакції якоря на магнітний потік полюсів.
Будь-приймач електричної енергії вимагає сталості напруги мережі. Щоб забезпечити постійну напругу мережі при зміні навантаження в синхронному генераторі, змінюють і струм збудження.
Залежність, що показує, яким чином необхідно изме-нитка струм в обмотці збудження для того, щоб при зміні навантаження генератора напруга на його затискачах залишалося нез-менним, називається регулювальної характеристикою (рис. 129), При активному навантаженні збільшення струму в статорі викликає незна- чительное зниження напруги, так як реакція якоря незначи-кові зменшує магнітний потік. При цьому навантаженні потрібно трохи збільшити струм збудження для забезпечення по-стоянства напруги. При індуктивному навантаженні створюється про-Дольни розмагнічуюче поле реакції якоря, що зменшує потік полюсів. Тому, щоб створити сталість напруги (т. Е. Для сталості результуючого магнітного потоку), необ-ходимо більш значно збільшити струм збудження для компен-сації розмагнічуючого поля реакції якоря. При ємнісний навантаження відбувається посилення магнітного поля і для сталості напруги необхідно зменшити струм збудження при збільшен-ня струму в статорі.
Найбільш часто синхронні генератори працюють на загальну потужну мережу електростанції або енергосистеми. Напруга такої мережі Uc частота струму в ній незмінні. Напруга на зажи-мах генератора одно і протилежно напрузі мережі Uг = -Uс.
Результуюче магнітне поле ФР статора, що обертається з числом оборотів в просторі, випереджає напругу Uг на 90 ° (рис. 130).
При постійній напрузі мережі UС амплітуда магнітного потоку Фр результуючого магнітного поля ста-тора також незмінна. При активному навантаженні генератора струм статора сов-падає по фазі з напругою Uг. Як і ток реакції якоря ФЯ збігається по фазі з струмом I, так що вектор струму в статорі I в іншому масштабі визначить вектор ФЯ. Результуючий магніт-ний потік створюється дією потоку полюсів Фт і потоку реакції якоря ФЯ і може бути представлений геометричний-ської сумою цих магнітних потоків.
Зміна струму збудження гені-ратора не викликає зміни його активної потужності, так як потужність, споживана їм від первинного двигуна, залишається незмінною (крутний момент первинного двигуна і швидкість обертання постійні). Тому актив-ная складова струму статора постійна і кінець вектора I (ФЯ) знаходиться на прямій АВ, паралельної горизонтальній осі. Якщо збільшити струм збудження, то збільшиться потік полюсів Ф'т. вектор якого знаходиться між прямою АВ і кінцем неіз-ного вектора Фр.
В цьому випадку зміниться як за величиною, так і за направле-ня вектор I 'і Ф'я, т. Е. Струм виявиться відстаючим по фазі від на-напруги генератора.
При зменшенні струму збудження зменшиться також і потім полюсів Ф "т, що призведе до зміни струму в статорі I" (Ф "я) як за величиною, так і за фазою. Таким чином, зміна струму збудження генератора, що працює на потужну мережу, викликає зміна реактивної складової струму в статорі, т. е. змінюємо реактивну потужність, що виробляється генератором.
Для зміни активної потужності необхідно змінити крутний момент первинного двигуна, який приводить в обертання ротор синхронного генератора. Під дією крутного моменту первинного двигуна М1 ротор машини з поміщеними на ній полюсами приводиться в обертання з числом оборотів в хвилину n. Результуюче поле статора обертається в тому ж напрямку з числом оборотів n1 = n (рис. 131, а). Отже, поле полюсів і результуюче поле статора обертаються синхронно, залишаючись нерухомими один щодо одного, і між цими полями встановлюється взаємодія. Магнітні лінії, розтягуючись прагнуть наблизити поле ротора до поля статора, створюючи електромагнітний гальмівний момент Ме, врівноважує момент первинного двигуна.
При рівновазі момент М1 = МЕ кут між осями магнітних полів в залишається незмінним.
Якщо збільшити момент первинного двигуна М'1 (рис. 131, б), то він виявиться більше гальмівного, і ротор, отримавши деяке прискорення, почне переміщатися щодо поля статора, що обертається з постійною швидкістю (частота струму мережі постійна). При цьому кут між осями магнітних полів ротора і статора 61 збільшиться, і магнітні лінії, розтягуючись в біль-ший ступеня, збільшать гальмівний електромагнітний момент М'е так, що знову відновиться рівновага моментів, т. Е. М1 = Ме. Для включення генератора в мережу необхідно:
1) однакове чергування фаз в мережі і генераторі;
2) рівність напруги мережі і е. д. з. генератора;
3) рівність частот е. д. з. генератора і струму мережі;
4) включати генератор в той момент, коли е.р.с. генератора в кожній фазі спрямована зустрічно напрузі мережі.
Невиконання цих умов веде до того, що в момент вклю-чення генератора в мережу виникають струми, які можуть виявитися більшими і небезпечними для генератора. При включенні генерато-рів в мережу використовують спеціальні пристрої - синхроноскопи. Найпростішим Синхроноскопи є три лампи розжарювання, що включаються між зажимами генератора і мережі. Лампи повинні бути розраховані на подвійне напруга мережі і до включення гені-ратора будуть одночасно загорятися і згасати.
У момент, коли Е.Д. с. генератора дорівнює і направлена зустрічей-но напрузі мережі, лампи згаснуть, так як напруга на лам-пе дорівнює нулю. При згасанні ламп замиканням рубильника ге-нератор включається в мережу.
До включення генератора в мережу е.р.с. його вимірюється вольт-метром і регулюванням струму збудження встановлюється рав-ної напруги мережі. Частота е.р.с. генератора регулюється через трансформаційних змін швидкості обертання первинного двигуна.