Регулирование реактивной мощности синхронной машины

Регулирование активной и реактивной мощности синхронных генераторов при параллельной работе

Рассмотрим способы регулирования мощности на примере неявнополюсного генератора.

Если пренебречь активным сопротивлением R₁, ток якоря можно определить из уравнения напряжения:

Т.к U₁=U_с=const, то силу тока I₁ можно изменить только изменяя ЭДС Е_f по фазе или по вел-не.

При этом генератор отдает в сеть активную мощность
Р=m₁U₁I₁cosφ_1. На его вал действует электромагнитный тормозной момент, который уравновешивает вращающий момент первичного двигателя, и частота вращения ротора остается неизменной. Чем больше внешний момент, приложенный к валу генератора, тем больше угол Θ, а следовательно, ток и мощность, отдаваемые генератором в сеть. Для увеличения активной мощности генератора необходимо увеличивать приложенный к его валу внешний вращающий момент, а для уменьшения нагрузки — уменьшать этот момент.

Рисунок 1 – Упрощенные вект. диагр. неявнополюсного генераторапри парал работе с сетью.

Если к валу ротора приложить внешний тормозной момент, то вектор Е_f будет отставать от вектора напряжения U₁ на угол Θ (рис.1, в). При этом возникают небалансная ЭДС ∆Е и ток I₁, вектор которого отстает от вектора Е_f на 90°. Так как угол φ₁>90°, активная составляющая тока находится в про-тивофазе с напряжением генератора. Следовательно активная мощность Р=m₁U₁I₁cosφ₁ забирается из сети. Машина переходит из генераторного в двигательный режим, создавая электромагнитный вращающий момент, который уравновешивает внешний тормозной момент. Частота вращения ротора при этом остается неизменной.

Регулирование реактивной мощности. Если в машине, подключенной к сети и работающей в режиме холостого хода (рис. 2, а), увеличить ток возбуждения I_f, то возрастет ЭДС Е_f (рис. 2, б). Возникнет небалансная ЭДС ∆Е=-jI₁х₁. По обмотке якоря будет проходить реактивный ток I₁, который определяется только индуктивным сопротивлением х₁ машины. Ток I₁ отстает по фазе от напряжения генератора U₁ на угол 90° и опережает на угол 90°напряжение сети U_с. При уменьшении тока возбуждения ток I₁ изменяет свое направление: он опережает на 90° генератора U₁ (рис. 2, в) и отстает на 90° от напряжения U_с.

При изменении тока возбуждения изменяется лишь реактивная составляющая тока I₁ и реактивная мощность машины Q. Активная составляющая тока I₁ и активная мощность в режиме холостого хода равны нулю.

Рисунок 2 – Упрощ. вект. диагр. неявнополюсного ген-ра при парал-ной работе с сетью при отсутствии активной нагрузки

При работе машины под нагрузкой при изменении тока возбуждения также изменяется только реактивная составляющая тока I₁ и реактивная мощность машины Q.

Суммарный магнитный поток, сцепленный с каждой из фаз, ΣФ = Ф_f + Ф_а + Ф_1σ

не зависит от тока возбуждения и при всех условиях остается неизменным.

Режим возбуждения синхронной машины с током I_fн, при котором реактивная составляющая тока I₁ равна нулю, а cosφ₁=1,0, называют режимом полного нормального возбуждения.

Источник

Регулирование активной мощности синхронного генератора

Характеристиками синхронного генератора, работающего параллельно с сетью, при регулировании активной мощности называют зависимости тока якоря генератора I_я, коэффициента мощности генератора cosφ и тока приводного двигателя I_дв от активной мощности P₂, отдаваемой генератором в сеть при неизменном токе возбуждения генератора I_в, неизменном напряжении U_c и неизменной частоте сети f_c, т.е. I_я, cosφ, I_дв = f(P₂) при I_в = const, U_c = const, f_c = const.

Регулирование активной мощности, отдаваемой синхронным генератором в сеть, осуществляют путем изменения момента приводного двигателя. Опыт проводится при неизменном токе возбуждения генератора. Момент приводного двигателя изменяют при помощи регулировочного реостата R2. Скорость вращения двигателя и генератора остается при этом неизменной, т.к. генератор синхронизирован с сетью. Мощность изменяют от нуля до величины, соответствующей номинальному току якоря генератора, делая при этом 6 — 7 отсчетов тока якоря генератора I_я (амперметр А1), тока якоря приводного двигателя I_дв (амперметр A3) и активной мощности P₂ (ваттметр W). Результаты отсчетов заносят в таблицу 1. Примерный вид зависимостей I_я, cosφ, I_дв = f(P₂)показан на рисунке 6.

Рисунок 6 – Характеристики СГ, работающего параллельно с сетью, при
регулировании активной мощности

Результаты опыта и расчета заносят в таблицу 1.

Регулирование реактивной мощности синхронного генератора

Характеристиками синхронного генератора, работающего парал­лельно с сетью, при регулировании реактивной мощности называют зави­симости реактивной мощности Q, тока якоря I_я и коэффициента мощности cosφ от тока возбуждения генератора I_в при неизменном напряжении сети U_c, неизменном значении частоты сети f_c и постоянной величине активной мощности P₂, т.е. Q, I_я, cosφ = f(I_в), при U_c = const, f_c = const, P₂ = const.

Регулирование реактивной мощности синхронного генератора осуществляют путем изменения тока в обмотке возбуждения. Опыт регулирования реактивной мощности проводят при поддержании постоянной величины отдаваемой в сеть активной мощности P₂. Вначале следует увеличить ток возбуждения до значения, при котором ток якоря повысится примерно до номинального. Эту точку принять за исходную, а затем снижать ток возбуждения до величины, пока ток якоря, пройдя минимум, не достигнет опять примерно номинальной величины. В указанном интервале изменения тока возбуждения произвести 10 — 12 отсчетов тока возбуждения, тока якоря и активной мощности. Постоянство активной мощности контролируют по ваттметру W и поддерживают ее неизменной с помощью реостата R2. Значения Q и cosφ вычисляют по данным опыта. Результаты регулирования реактивной мощности заносят в таблицу 2. Примерный вид зависимостей Q, I_я, cosφ = f(I_в) показан на рисунке 7.

Рисунок 7 – Характеристики трехфазного СГ при регулировании реактивной мощности

Обработка результатов исследований

Все построения экспериментальных зависимостей выполняют в именованных единицах. Располагают полученные зависимости так, как показано на рисунках 6, 7. Для построения зависимостей расчеты производятся по следующим формулам.

1. Полная мощность, В∙А,

,

где – линейное напряжение сети, В;

– ток якоря генератора, А.

2. Коэффициент мощности

.

3. Реактивная мощность, В∙А,

.

Оформление отчета

Отчет оформляют в соответствии с нижеприведенными требованиями и выполняют рукописным способом чернилами (пастой) на бумаге формата А4 (210×297мм) без основной надписи и дополнительных граф к ней. Текст отчета можно располагать на обеих сторонах листа. Листы отчета должны быть сброшюрованы. Размер поля на подшивку 35 мм, противоположного – не менее 10 мм, размер верхнего и нижнего полей не менее 20 мм. Расстояние между строками должно быть равным 8 – 10 мм. Абзац начинают отступом на расстоянии 15 – 17 мм от левого поля.

Нумерация страниц отчета должна быть сквозной, первой страницей является титульный лист. Номер страницы проставляют с точкой в верхнем правом углу. На титульном листе отчета номер страницы не ставят. Рисунки, которые располагают на отдельных листах, включают в общую нумерацию.

Рисунки допускается выполнять на белой, клетчатой или милли­метровой бумаге. На поле рисунка должна быть нанесена координатная сетка сплошными тонкими линиями. Рисунки и таблицы должны иметь наименования и в случае необходимости поясняющий текст. Нумерацию рисунков выполняют сквозной в пределах отчета.

Титульный лист отчета должен быть оформлен в соответствии со стандартами [3].

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

— паспортные данные машины;

— электрические схемы исследований;

— формулы для обработки результатов;

— графики полученных зависимостей.

Перед выполне­нием лабораторной работы необходимо знать ответы на первые пять вопросов, ответы на все вопросы – к защите выполненной работы.

1. Какие условия необходимо выполнять при точной синхрониза­ции генератора с сетью?

2. Как проводят точную синхронизацию генератора с сетью?

3. Как проводят грубую синхронизацию с сетью?

4. Как проводят регулирование активной мощности синхронного генератора при параллельной работе с сетью?

5. Как проводят регулирование реактивной мощности синхронного генератора при параллельной работе с сетью?

Библиографический список

3. Общие требования и правила оформления текстовых документов в учебном процессе / Сост. Е.П. Теняков. Новочерк. гос. техн. ун-т.- Но­вочеркасск: НГТУ, 1994.- 24 с.

Исследование параллельной работы трёхфазного синхронного
генератора с сетью бесконечно большой мощности

Составители: Дувакина Ирина Евгеньевна,

Климов Евгений Анатольевич,

Назикян Георгий Артемович.

Темплан 2009 г. Подписано в печать 09.06.2009.

Бумага офсетная. Формат 60´84 . Ризография.

Усл. печ. л 0,93. Уч.-изд.л. 1,0 Тираж 50.

Южно-Российский государственный технический университет

Редакционно-издательский отдел ЮРГТУ

346428, Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования.

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем.

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Источник

РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕАКТИВНОГО ТОКА И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Существенной особенностью синхронных двигателей является то, что они, работая с механической нагрузкой, позволяют в широких пределах изменять потребляемый из сети реактивный ток и реактивную мощность. Осуществляется это путем изменения тока возбужденияI_в с помощью реостата r_р (см. рис. 11.8).

Предположим, что двигатель работает при постоянном моменте статического сопротивления (М_с = const) и что некоторому току возбуждения I_в1 соответствуют ЭДС Е₀₁, ток I₁, углы φ₁ и θ₁(рис. 11.12, а).

Прямым следствием изменения тока I_в является изменение магнитного потока Ф₀, а значит, и ЭДС E₀; последнее приводит к изменению тока якоря I. Так как М = const, то при различных I_вмомент двигателя М и мощность Р_эм будут оставаться также неизменными, поскольку при установившихся режимах работы с различными токами M = M_c = const, а Р_эм = Mω. Если не учитывать потерь мощности I 2 r, то можно считать неизменной и мощность Р_φ.

Очевидно, мощность Р_эм будет постоянной при изменении тока возбуждения, если Е₀ sin θ = const. Последнее означает, что геометрическим местом концов векторов ЭДС при изменении токаI_в является линия АБ, параллельная вектору напряжения U.

На основании выражения Р_φ = 3 UIcos φ можно сделать вывод о том, что мощность Р_φ будет постоянной, если Icos φ = const, т. е. если остается постоянной активная составляющая тока. Геометрическим местом концов вектора тока I при изменении тока I_в является, очевидно, линияВГ, перпендикулярная вектору напряжения U.

Чтобы составить представление о влиянии тока I_в на реактивный ток и реактивную мощность двигателя, на рис. 11.12, а совмещено несколько векторных диаграмм для различных токов возбуждения.

Рис. 11.12. Векторные диаграммы синхронного двигателя при различных токах возбуждения (а) и U-образные характеристики при различных мощностях (б)

При некотором токе возбуждения I_в2 > I_в1 двигатель имеет ЭДС Е₀₂ и токI₂, совпадающий по фазе с напряжением (φ₂ = 0). Реактивные составляющие тока якоря и потребляемой двигателем мощности в этом случае равны нулю. При недовозбуждении (I_в1 0) и потребляемой мощности, а при перевозбуждении (I_в3 > I_в2 и Е₀₃ > Е₀₂) — емкостные составляющие тока (φ₃

При недовозбуждении под действием индуктивной составляющей тока двигатель дополнительно подмагничивается, при перевозбуждении под действием емкостной составляющей тока размагничивается. Степень подмагиичивания или размагничивания двигателя такова, что при всех значениях тока возбуждения в обмотке якоря возникает результирующая ЭДС Е,действующее значение которой остается неизменным, так как Е= U.

Зависимость I (I_в), показывающая, как изменяется ток якоря I при изменении тока возбуждения I_в в случае постоянной мощности, называется U-образной характеристикой синхронного двигателя. Несколько таких характеристик для различных значений мощностей приведены на рис. 11.12, б. Минимальные значения токов I получаются при cos φ = l. Область, расположенная слева от пунктирной линии, соответствует работе с токами, отстающими по фазе от напряжения, справа — с токами, опережающими напряжение.

Рис. 11.13 Векторная диаграмма синхронного компенсатора

Свойство перевозбужденного синхронного двигателя потреблять кроме активной составляющей тока и активной мощности емкостную составляющую тока и емкостную мощность, используют для повышения (компенсации) коэффициента мощности других потребителей, создающих активно-индуктивную нагрузку системы. Используя указанное свойство синхронных двигателей, оказалось возможным создавать синхронные машины, называемые синхронными компенсаторами. Синхронный компенсатор представляет собой по существу синхронный двигатель, рассчитанный на работу с перевозбуждением без механической нагрузки и предназначенный специально для улучшения коэффициента мощности. Если не учитывать относительно небольших потерь мощности в синхронном компенсаторе, можно считать, что им потребляются из сети трехфазного тока чисто емкостный ток и емкостная мощность. Векторная диаграмма синхронного компенсатора при таком допущении приведена на рис. 11.13.

Источник

Регулирование активной и реактивной мощности синхронного генератора

Активная мощность Р = 3UI_а синхронного генератора, подключенного к системе большой мощности (U = const), регулируется мощностью первичного двигателя Р_мех = ω_рМ_д. При увеличении мощности первичного двигателя, т. е. вращающего момента первичного двигателя М_д (паровой или гидравлической турбины), увеличивается активная составляющая тока генератора I_а (М_д), одновременно с этим увеличивается и угол | θ |, что понижает запас устойчивости π/2 — | θ | генератора. Для того чтобы синхронный генератор не терял запаса устойчивости при увеличении активной мощности, необходимо увеличивать ток возбуждения. Промышленные синхронные генераторы электрической энергии снабжены специальной регулирующей аппаратурой, с помощью которой при изменении активной мощности генератора обеспечивается требуемый запас устойчивости.

Реактивная мощность синхронного генератора Q = 3UI sin φ, подключенного к системе большой мощности (U = const), при постоянной активной мощности Р = const регулируется изменением тока возбуждения I_в. Если значение тока возбуждения равно I_в.гр (P), то реактивная мощность синхронного генератора равна нулю. При значениях тока возбуждения I_в >I_в, _гр (I„

,

где – коэффициент загрузки трансформатора;

при , .

По полученным данным из опыта короткого замыкания можно рассчитать следующие величины:

– коэффициент трансформации ;

– коэффициент мощности короткого замыкания

;

– напряжение короткого замыкания по формуле в процентах;

– полное сопротивление .

Согласно схеме замещения трансформатора в режиме короткого замыкания:

;

Активная и реактивная составляющие полного сопротивления короткого замыкания

Напряжение короткого замыкания в процентах можно также определить по следующему выражению

Тогда активная и реактивная составляющие

при этом, не забывая, что .

В режиме холостого хода Коэффициент трансформации Опыт холостого хода трансформатора проводят для определения коэффициента трансформации, мощности потерь в стали и параметров намагничивающей ветви схемы замещения, проводят его обычно при номинальном напряжении первичной обмотки.

По результатам опыта имеем параметры холостого хода:

Полезная мощность трансформатора P₂ = 0, но потребляемая мощность P₀ расходуется на магнитные потери (потери в стали Р_ст от перемагничивания сердечника) и электрические потери в первичной обмотке ; но так как от I_1Н, то этими потерями в обмотке можно пренебречь.

Потери мощности в сталиP_ст с изменением нагрузки остаются неизменными.

Потери холостого хода затрачиваются на потери мощности от вихревых токов, наводимых в магнитопроводе, и от перемагничивания петли гистерезиса.

Для однофазного трансформаторана основе данных опыта холостого хода можно рассчитать:

– процентное значение тока холостого хода

– активное сопротивление ветви намагничивания r0, определяемое из условия

– полное сопротивление ветви намагничивания

– индуктивное сопротивление ветви намагничивания

Часто определяют также коэффициент мощности холостого хода:

При холостом ходе трансформатора по его первичной обмотке течет ток холостого хода I0. У идеального трансформатора (не имеющего потерь) это будет чисто намагничивающий ток, т. е. ток, создающий намагничивающую силу (ампер-витки), необходимую для образования в магнитопроводе главного магнитного потока Ф, сцепленного с обеими обмотками трансформатора.У реального трансформатора ток холостого хода состоит из реактивной (намагничивающий ток) и активной (компенсирующей потери холостого хода) составляющих.Иногда последовательная схема замещения контура намагничивания заменяется на параллельную, как это показано на рис. 1.4.

Рисунок 1.4 – Активная и реактивная составляющие тока х.х.

Активная составляющая тока холостого хода идет на покрытие потерь мощности:

.

Реактивная составляющая тока холостого хода создает основной магнитный поток:

Ток холостого хода и его составляющие обычно выражают в % от номинального тока.

Что касается намагничивающего тока i_op, то его величина при определенном значении индукции, так же как и потери холостого хода, зависит в первую очередь от сорта применяемой стали и конструкции магнитопровода.Расчет намагничивающей мощности, потребляемой сталью магнитопровода, производится аналогично расчету потерь. Значения удельной намагничивающей мощности q берутся по таблице, составленной для каждого сорта стали на основе опытных данных.

Источник