2tom151

5. MASZYNY ELEKTRYCZNE 304

Praca kompensatorowa występuje wówczas, gdy prąd jest przesunięty w fazie względem napięcia o kąt 90°; przy opóźnieniu prądu kompensator oddaje do sieci moc bierną indukcyjną; jeżeli wyprzedza — pobiera moc bierną indukcyjną. Kompensatory pracują bez napędu i pobierają z sieci moc czynną na pokrycie strat występujących w maszynie. Czasami dla ułatwienia rozruchu kompensatora są stosowane silniki rozruchowe.

5.3.3. Charakterystyki i zależności podstawowe

Charakterystyka biegu jałowego jest zależnością siły elektromotorycznej indukowanej przy biegu jałowym E„ od prądu wzbudzenia l_;. Na rysunku 5.43 podano uogólnione charakterystyki biegu jałowego wyrażone w wartościach względnych. Jako wartość odniesienia dla sem przyjęto napięcie znamionowe, zaś dla prądu wzbudzenia — prąd l_fo odpowiadający znamionowemu napięciu przy biegu jałowym (tabl. 5.48). Charakterystyki te z dużą dokładnością (±5%) pokrywają się z rzeczywistymi charakterystykami biegu jałowego maszyn niezależnie od wartości mocy i napięcia; można z nich korzystać przy obliczeniach ruchowych maszyn.

Rys. 5.43. Uogólnione charakterystyki biegu jałowego    Rys. 5.44. Charakterystyka biegu jałowego i zwarcia

1 — turbogeneratora, 2 — hydrogeneratora    oraz wyznaczenie stosunku zwarcia

Tablica 5.48. Uogólniona charakterystyka biegu jałowego maszyn synchronicznych, wg [5.17]

	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
E,	0	0.58	1,0	Ul	1,33	1,4	1,46	1,51	turbogeneratory
^e‘ U"	0	0,53	1.0	1,23	1,30	-		-	hyd regeneratory

Charakterystyka zwarcia jest zależnością ustalonego prądu zwarcia trójfazowego od prądu wzbudzenia (rys. 5.44). Charakterystyka ma przebieg prostoliniowy i w szerokim zakresie prędkości obrotowej praktycznie nie ulega zmianie. Położenie charakterystyki zwarcia względem charakterystyki biegu jałowego określa stosunek zwarcia k_k.

Stosunek zwarcia k_k jest ilorazem ustalonego trójfazowego prądu zwarcia I_ko P^rzy prądzie wzbudzenia i_f<1 do prądu znamionowego (rys. 5.44). Stosunek zwarcia można wyrazić także jako iloraz odpowiednich prądów wzbudzenia

k_t=~^L = y^Ł    (5.58)

¹S    'fk

przy czym: /_/o — prąd wzbudzenia w stanie biegu jałowego przy napięciu znamionowym; I_fk — prąd wzbudzenia w stanie zwarcia przy prądzie znamionowym.

Stosunek zwarcia poszczególnych typów maszyn wynosi:

0,35 -t-0,7—dia turbogeneratorów,

0,7 -t- 1,4 — dla hydrogeneratorów,

0,5 -s-1,0 —dla kompensatorów.

Maszyny o dużej wartości stosunku zwarcia charakteryzują się większą stabilnością pracy w systemie energetycznym. Mają one większą szczelinę przytwornikową, małe oddziaływanie twornika, dużą przeciążalność statyczną, mały zakres regulacji wzbudzenia przy przejściu od biegu jałowego do obciążenia znamionowego oraz większe wymiary (maszyna jest droższa). W turbogeneratorach bardzo dużej mocy, ze względu na ograniczenie wymiarów zewnętrznych, istnieje tendencja do stosowania małej wartości stosunku zwarcia k_k. Zmniejszenie tego stosunku jest ograniczone statecznością pracy prądnicy w systemie energetycznym.

Charakterystyka elektromagnetycznego momentu obrotowego w warunkach pracy ustalonej zależy od rodzaju maszyny i nazywa się charakterystyką kątową M_e = /(,9_;J.

W maszynie z cylindrycznym wirnikiem charakterystyka kątowa wyraża się zależnością

M.

9,55

E_fU . „ —-—sm ,9,

(5.59)

w której: E_s — siła elektromotoryczna fazowa odpowiadająca przepływowi wzbudzenia 0_f na zastępczej prostoliniowej charakterystyce biegu jałowego—rys. 5.54; U — napięcie fazowe sieci; X_d — reaktancja synchroniczna podłużna; 9_L — kąt obciążenia; m — liczba faz; % — znamionowa prędkość obrotowa, obr/min.

Kąt obciążenia przy stałym napięciu i wzbudzeniu jest miarą obciążenia maszyny. W warunkach obciążenia znamionowego 9_LN = 25 -f- 40°. Obszar pracy stabilnej jest

zawarty w przedziale kąta obciążenia: przy pracy prądnicowej ( 0-^ -i— ), zaś przy pracy

silnikowej

o*-f¹

Moment maksymalny występuje przy

9^ = - i zależy od

wzbudzenia maszyny (rys. 5.45).

W maszynie z wirnikiem o biegunach wystających

9,55 f E_fU    u² ( 1    1 \ I

^M*'v"br^s,nS*⁺^(^“^)"²'^,ŁJ    ^,5-⁶⁰’

przy czym X_ą — reaktancja synchroniczna poprzeczna.

We wzorze (5.60) pierwszy składnik wyraża moment wytworzony przez strumień uzwojenia wzbudzającego; drugi zaś stanowi moment reluktancyjny powodowany asymetrią magnetyczną wirnika. Obszar pracy stabilnej jest zawarty w przedziale od — ,9^ do +9cg (rys. 5.46) i jest mniejszy niż w maszynie z cylindrycznym wirnikiem.

Moment reluktancyjny występuje nawet w maszynie niewzbudzonej, gdy X_d # X_q (asymetria magnetyczna wirnika) i jest zależny od parametrów maszyny (X_d, X_q) oraz napięcia zasilającego. Według tej zasady są budowane małe silniki synchroniczne, które nie mają uzwojenia wzbudzającego (zegary elektryczne, silniki gramofonowe, silniki w układach automatyki) (p. 5.6.3).

20 Poradnik inżyniera elektryka tom 2