Провалы напряжения синхронных генераторов

Одним из требований, предъявляемых к судовым электростанциям, является требование обеспечения относительно постоянных параметров электрической энергии. Как уже говорилось ранее, Речной Регистр требует, чтобы напряжение синхронных генераторов при автоматическом регулировании поддерживалось постоянным с отклонением + 2,5% при всех нагрузках от холостого хода до номинальной. Внезапное изменение симметричной нагрузки генератора, работающего при номинальных частоте вращения и напряжении, не должно вызывать снижение напряжения менее 85% и повышение более 120% номинального. После такого изменения нагрузки напряжение генератора должно в течение не более 1,5 с восстанавливаться до номинального с погрешностью ± 3%.

Наиболее характерным примером внезапного наброса симметричной нагрузки для судовой электростанции является подключение к ее шинам асинхронного короткозамкнутого двигателя с мощностью, соизмеримой с мощностью параллельно работающих генераторов:

≥ 0,1

(231)

Действительно, если пускается асинхронный двигатель с мощностью ≥ 0,25 у которого кратность пускового тока (I_п/I_ном) > 4, то судовая электростанция окажется перегруженной:

> 4

(232)

Переходный процесс при внезапном набросе нагрузки в определенной мере напоминает переходный процесс при симметричном КЗ, но протекает с существенно меньшими токами во всех обмотках генератора. Кроме того, вычисляя провалы действующего значения напряжения, можно не учитывать наличие сверхпереходного режима из-за его кратковременности, то есть расчет следует начинать исходя из схемы замещений генератора для переходного режима (рис. 212) и переходя потом к схеме для установившегося режима. В целях упрощения расчетов обычно принимают, что генератор до пуска двигателя работал вхолостую, а пусковой ток электродвигателя чисто реактивный.

Рис. 212. Расчетные схемы для определения провалов напряжения

Напряжение на зажимах генератора в начальный момент включения электродвигателя

(233)

где – переходная ЭДС генератора;

– пусковой ток двигателя;

– переходная продольная синхронная реактивность генератора.

Переходная ЭДС E'd генератора остается неизменной в начальный момент внезапного нарушения режима: = U_х_x, то есть будет равна напряжению генератора при холостом ходе. Отсюда следует, что при включении двигателя напряжение U_нач будет меньше напряжения генератора U_ххпри холостом ходе и это изменение произойдет скачком.

Если учесть, что согласно схеме (рис. 212, а) пусковой ток электродвигателя

(234)

то

U_хх.

(235)

В дальнейшем в процессе протекания переходного процесса реактивное сопротивление генератора будет возрастать от до (рис. 212, б),что при отсутствии регулирования тока возбуждения генератора приведет к снижению напряжения до значения

U_хх.

(236)

Сопротивление электродвигателя Х_кможно считать постоянным, так как за время переходных процессов его изменение будет несущественным. Можно считать, что напряжение (кривая 1, рис. 213) при этом изменяется по экспоненциальному закону, то есть

U =

(237)

где –	постоянная времени обмотки возбуждения при пуске двигателя;
, –	соответственно индуктивность и сопротивление возбуждения.

Рис. 213. Кривые напряжения генератора при пуске асинхронного двигателя: 1 – без регулятора напряжения; 2 – самовозбуждением и амплитудно-фазовым компаундированием; 3 –возбудителем и регулятором; 4 – с регулятором напряжения

Так как судовые синхронные генераторы не имеют возбудителей, а выполняются с системой самовозбуждения с амплитудно-фазовым компаундированием или с электронной системой возбуждения, то напряжение на обмотке возбуждения после включения двигателя быстро нарастает. Напряжение генератора U сразу же после мгновенного скачка до U_нач начинает быстро возрастать (кривая 2,рис. 213).

Следовательно, можно считать, что минимальное значение напряжения у таких генераторов при пуске асинхронных двигателей имеет место в начале пуска и равно начальному значению напряжения: U_min = U_нач. Тогда наибольший провал напряжения, %,