Колебания синхронных генераторов

Предположим, что синхронный генератор, подключенный на параллельную работу к сети, работает ненагруженным. Чтобы на­грузить генератор, увеличивают вращающий момент первичного двигателя до

значе­ния , соответствую­щего повороту оси по­люсов ротора на угол , и электромагнитному моменту (рис. 21.7, график 1). Однако под действием инерции вращающихся масс синхронной машины и приводного

Рис. 21.6. угловые характеристики моментов (к примеру 21.1)

двигателя ротор повернется на угол >, при кото­ром электромагнитный момент генератора дос­тигает значения М’>M’₁. В результате нарушив­шегося равновесия моментов ротор начнет поворачиваться в на­правлении уменьшения угла , но силы инерции и в этом случае помешают ротору остановиться в положении, соответствующем углу , и переведут его в положение, соответствующее значению угла , при котором электромагнитный момент генератора окажется меньше вращающего момента . Поэтому ротор не остановится в положении , а будет пово­рачиваться в направлении увеличения угла .

Рис. 21.7. Колебания синхронной машины:

1- угловая характеристика;

2 – график затухающих колебаний ротор

Таким образом, ротор синхронного генератора бу­дет совершать колебательные движения (качания) около среднего положения ,

(рис. 21.7, график 2), соответст­вующего равновесию вра­щающего и электромагнит­ного моментов. Если бы колебания ротора не сопровождались потерями энергии, то они продолжались бы неопределенно долго, т.е. были бы незатухающими. Однако в реальных условиях колебания ротора вызывают потери энергии, из которых наибольшее значение имеют магнитные потери, обусловленные возникновением вихревых токов в сердечнике ротора. Объясняется это тем, что при отсутствии колебаний частота вращения ротора постоянна и равна частоте вращения результирующего магнитного поля. Однако при возникновении колебаний ротора частота вращения последнего становится неравномерной, т. е. происходит его движение относительно магнитного поля статора, приведет к возникновению в сердечнике ротора вихревых токов. Взаимодействие этих токов с магнитным полем статора оказывает на ротор «успокаивающее» действие, уменьшающее его колебания. Следовательно, колебания ротора имеют затухающий характер, и поэтому спустя некоторое время ротор займет положение, соответствующее углу , при котором устанавливается равновесие моментов. Причинами, вызывающими колебания ротора, могут быть либо изменения вращающего момента первичного двигателя , либо изменения нагрузки генератора, т. е. электро­магнитного момента М. Колебания ротора, вызванные указанными причинами, называют собственными.

Рис. 11.8. Успокоительная (демпферная обмотка)

Возможны также вынужденные колебания, вызванные неравномерным­ вращением ротора, например в генераторах с приво­дом от поршневых двигателей (дизели, газовые двигатели). Наи­более опасен случай совпадения частоты собственных колебаний с частотой вынужденных (резонанс колебаний). При этом колебания резко усиливаются, так что па­раллельная работа генераторов становится невозможной.

Потери энергии в металлических частях ротора оказывают тормозящее действие на подвижную часть машины и уменьшают ее колебания. Однако значительного уменьшения колебаний дос­тигают применением в синхронной машине успокоительной (демпферной) обмотки. В явнополюсных машинах успокоитель­ную обмотку выполняют в виде стержней, заложенных в пазы полюсных наконечников и соединенных на торцовых сторонах пла­стинами (рис. 21.8). В неявнополюсных машинах колебания уст­раняются лишь действием вихревых токов, наводимых в сердечнике ротора.

В заключение отметим, что изложенное здесь о колебаниях синхронных генераторов в равной мере относится и к синхронным двигателям (см. § 22.1).