Современная электроэнергетика
Главная   >>   Современная электроэнергетика

Современная электроэнергетика

3.6. Характеристики генераторов, работающих на автономную сеть

Турбогенераторы и гидрогенераторы большой мощности редко работают на автономную сеть или автономную нагрузку, но эти режимы важны для понимания процессов при включении генераторов в электрические сети, объединяющие несколько генераторов.

Под холостым ходом, или в зарубежной терминологии работа с открытым контуром, понимается режим работы генератора, при котором ток в обмотке статора (якоря) равен нулю. Обмотка статора при этом не присоединена ни к какой нагрузке, ни к какому-либо источнику напряжения. Магнитное поле в генераторе при холостом ходе создается только магнитодвижущей силой (МДС F¦) обмотки возбуждения, иными словами, произведением тока обмотки возбуждения I¦ на число ее витков на одном полюсе ротора. Магнитное поле возбуждения, как уже отмечалось ранее, индуктирует электродвижущую силу (ЭДС) обмотки статора Е1. Характерный вид зависимости Е1 от F¦ (или I¦) называется характеристикой холостого хода (XXX). XXX — это зависимость Е1 от F¦ при постоянной частоте вращения ротора n2 = const, т.е. при постоянной частоте изменения ЭДС обмотки статора.

Начальная часть XXX (рис. 3.9) линейна, а при дальнейшем увеличении тока возбуждения пропорциональный рост Е1 замедляется. Это явление вызвано так называемым насыщением ферромагнитных материалов магнитопроводов электрических машин. Изменение частоты вращения ротора пропорционально сказывается на значениях ЭДС обмотки статора.

Следующее важное семейство характеристик генераторов — это зависимости токов обмотки статора Iк от токов обмотки возбуждения при коротком замыкании зажимов обмотки статора, т.е. характеристики короткого замыкания (КЗ) (рис. 3.10).

В отличие от XXX, эти характеристики строго линейны, так как магнитное поле генератора в этом режиме определяется магнитодвижущими силами двух обмоток, статора и ротора, действующими при КЗ навстречу друг другу. Это приводит к уменьшению результирующего магнитного потока, исчезновению насыщения магнитопроводов и линейности характеристик КЗ. Особенностью характеристик КЗ является неодинаковость токов обмотки статора при различных видах КЗ. Наиболее тяжелым по сравнению с двух- (Iк2) и трехфазным (Iк3) замыканием фаз, т.е. при полном коротком замыкании, является КЗ одной фазы (Iк1) или нескольких ее витков.

Присоединение генератора к нагрузкам с разным соотношением активных и реактивных (индуктивности и емкости) сопротивлений изменяет зависимость напряжения U1 обмотки статора от тока нагрузки I1 (рис. 3.11). Эти характеристики называются внешними.

Наибольшее падение напряжения на зажимах обмотки статора будет при нагрузке, которая по своему характеру совпадает с внутренними сопротивлениями обмоток генератора, а именно, индуктивной (cosj = 0 — индуктивный). При емкостном характере нагрузки [cos(-j) = 0 — емкостной] напряжение будет даже возрастать, что нежелательно, так как может привести к неустойчивому режиму.

При активном характере нагрузки (cosj = 1) напряжение обмотки статора уменьшается, но в меньшей степени, чем при cosj = 0.

Для поддержания постоянного напряжения обмотки статора при нагрузках разного характера необходимо изменять ток обмотки возбуждения по различным законам. Эти характеристики называются регулировочными (рис. 3.12).

Сравнивая внешние и регулировочные характеристики (рис. 3.11 и 3.12), можно легко установить их взаимную зависимость.