На рис. 4-64 представлена кривая зависимости P_эм (или М_эм) от угла θ, которая называется угловой характеристикой синхронной машины. При помощи этой характеристики мы можем несколько подробнее исследовать работу синхронной машины, имея в виду ее устойчивость, т. е. ее способность держаться в синхронизме.

Рис. 4-64. Зависимости Р_эм, М_эм и Р_с от угла θ.

Допустим, что машина работает генератором с номинальной нагрузкой Р_эм.н (рис. 4-64). Соответственно этой нагрузке в машине создается электромагнитный момент , который действует против вращения. Если вращающий момент, приложенный к валу синхронного генератора со стороны первичного двигателя, уравновешивается моментом сопротивления М_эм.н, то ротор машины вращается с равномерной частотой. Если вращающий момент, приложенный к валу, возрастет на малую величину и затем спадет до прежней величины, то ротор, получив толчок, забежит несколько вперед; угол между осями результирующего поля и полюсов при этом сделается равным θ_н + θ, и соответственно электромагнитный момент будет равен:

 (рис. 4-64).

Тормозящий момент генератора будет теперь больше момента, приложенного к валу, на величину , поэтому ротор начнет тормозиться.

Равновесие между моментами первичного двигателя и генератора наступает не сразу. Вследствие инерции вращающихся частей угол θ, уменьшаясь, станет меньше угла θ_н, при котором моменты равны. В этом случае тормозящий момент генератора будет меньше момента первичного двигателя. Разность между ними  (рис. 4-64) вызовет ускорение ротора, угол θ начнет увеличиваться.

Таким образом, возникают колебания угла θ около значения θ_н или, что то же, колебания угловой частоты ротора около синхронной угловой частоты ω_с. Эти колебания обычно быстро затухают благодаря тормозящему действию токов, возникающих в замкнутых цепях ротора, так как последний вращается при колебаниях то быстрее, то медленнее поля.

В пределах изменения угла θ от 0 до 90° (чему соответствует жирно начерченная часть синусоиды на рис. 4-64) работа генератора при малых возмущениях, т. е. при малых отклонениях угла θ, будет устойчивой.

При значении θ = 90° получаются максимальная мощность

          (4-71)

и соответственно максимальный электромагнитный момент

.          (4-72)

Мощность Р_эм.м (или момент М_эм.м) определяют собой предел статической устойчивости машины, т. е. ее способности сохранять синхронизм при малых возмущениях режима работы. При постепенном (медленном) увеличении мощности от нуля до Р_эм.м, когда можно считать, что переход от одного установившегося процесса к другому не сопровождается ни появлением токов в контурах ротора, ни приращением кинетической энергии, работа машины будет устойчивой. При дальнейшем увеличении мощности на валу машины сверх Р_эм.м. она выпадет из синхронизма.

Работа генератора в области, соответствующей изменению угла θ от 90^o до 180°, не может быть устойчивой. Если в этой области взять какую-либо точку, например А (рис. 4-64), то работа в этой точке соответствует неустойчивому равновесию. Практически не может длительно существовать равенство вращающих моментов со стороны первичного двигателя и со стороны генератора. Случайное нарушение этого равенства при работе в точке А приведет или к переходу в область устойчивой работы, если тормозящий момент генератора несколько превысит момент первичного двигателя, или к выпадению из синхронизма, если вращающий момент первичного двигателя несколько возрастет. В последнем случае при значении θ от 180° до 360° электромагнитный момент будет направлен в ту же сторону, в какую направлен момент первичного двигателя, что будет способствовать дальнейшему ускорению ротора. Когда ротор пройдет значение θ = 360° (чему соответствует θ = 0), электромагнитный момент снова будет направлен против момента первичного двигателя. Если теперь при изменении угла θ от нуля и далее тормозящий момент сможет затормозить вращение ротора, чтобы при его движении не было перехода через значение θ = 180°, то машина после колебаний будет устойчиво работать в какой-либо точке угловой характеристики, соответствующей изменению θ от 0 до 90°.

Вверх

Глава 5