Электромагнитная мощность неявнополюсного синхронного генератора при его параллельной работе с сетью
, (21.7)
где – угол, на который продольная ось ротора смещена относительно продольной оси результирующего поля машины (рис. 21.4).
Электромагнитная мощность явнополюсного синхронного генератора
, (21.8)
где – синхронные индуктивные сопротивления явнополюсной синхронной машины по продольной и поперечной осям соответственно, Ом.
Разделив выражения (21.7) и (21.8) на синхронную частоту вращения , получим выражения электромагнитных моментов:
неявнополюсной синхронной машины
; (21.9)
явнополюсной синхронной машины
, (21.10)
где – электромагнитный момент, Н·м.
Анализ выражения (21.10) показывает, что электромагнитный момент явнополюсной машины имеет две составляющие: одна из них представляет собой основную составляющую электромагнитного момента
, (21.11)
другая – реактивную составляющую момента
. (21.12)
Основная составляющая электромагнитного момента явнополюсной синхронной машины зависит не только от напряжения сети
, но и от ЭДС
, наведенной магнитным потоком вращающегося ротора Ф в обмотке статора:
. (21.13)
Это свидетельствует о том, что основная составляющая электромагнитного момента зависит от магнитного потока ротора:
. Отсюда следует, что в машине с невозбужденным ротором
основная составляющая момента
.
Реактивная составляющая электромагнитного момента не зависит от магнитного потока полюсов ротора. Для возникновения этой составляющей достаточно двух условий: во-первых, чтобы ротор машины имел явновыраженные полюсы
и, во-вторых, чтобы к обмотке статора было подведено напряжение сети
. Подробнее физическая сущность реактивного момента.
При увеличении нагрузки синхронного генератора, т. е. с ростом тока происходит увеличение угла
, что ведет к изменению электромагнитной мощности генератора и его электромагнитного момента. Зависимость результирующего электромагнитного момента или электромагнитной мощности
от угла
представленная графиком 3, называется угловой характеристикой синхронной машины.
Максимальное значение электромагнитного момента соответствует критическому значению угла
.
Как видно из результирующей угловой характеристики (график 3), при увеличении нагрузки синхронной машины до значений, соответствующих углу , синхронная машина работает устойчиво. Объясняется это тем, что при
рост нагрузки генератора (увеличение
) сопровождается увеличением электромагнитного момента. В этом случае любой установившейся нагрузке соответствует равенство вращающего момента первичного двигателя
сумме противодействующих моментов, т. е.
. В результате частота вращения ротора остается неизменной, равной синхронной частоте вращения.
Рис. 96. Угловая характеристика синхронного генератора
При нагрузке, соответствующей углу , электромагнитный момент
уменьшается, что ведет к нарушению равенства вращающего и противодействующих моментов. При этом избыточная (неуравновешенная) часть вращающего момента первичного двигателя
вызывает увеличение частоты вращения ротора, что ведет к нарушению условий синхронизации (машина выходит из синхронизма).
Электромагнитный момент, соответствующий критическому значению угла , является максимальным
.
Для явнополюсных синхронных машин эл. град.
Угол можно определить из формулы
. (21.14)
Здесь
. (21.15)
У неявнополюсных синхронных машин , а поэтому угловая характеристика представляет собой синусоиду и угол
.
Отношение максимального электромагнитного момента к номинальному
, называется перегрузочной способностью синхронной машины или коэффициентом статической перегружаемости:
. (21.16)
Пренебрегая реактивной составляющей момента, можно записать
, (21.17)
т. е. чем меньше угол , соответствующий номинальной нагрузке синхронной машины, тем больше ее перегрузочная способность. Например, у турбогенератора
, что соответствует
.