2. Выпадение из синхронизма, Асинхронный ход и ресин­хро­низация

В процессе выпадения из синхронизма будем разли­чать три стадии:

1. режим синхронных колебаний и переход от синхрон­ного к асин­хронному режиму;

2. установившийся асинхронный ход;

3. режим ресинхронизации.

Рассмотрим эти процессы применительно к простейшей системе, схема которой показана на рис. 6.5. Предположим, что в этой системе отключилась одна из цепей ЛЭП. Повторное включение отключившейся линии восста­новило условия нормаль­ной работы передачи. Однако полученный рото­ром генератора толчок ока­зался настолько велик, что генератор, ускоряясь, выпал из синхронизма. Исходя из предположения, что скольжение мало, и пренебрегая асинхрон­ной мощностью, можно провести анализ методом площадей, приняв M = P.

В переходном процессе площадка торможения (4 – 3′ – 5–4) оказывается меньше площадки ускорения (1 – 2 –3 – 3′–1) (рис. 6.5). Ротор проходит участок 4 – 5 , где на него действуют тормозящие силы; пройдя положение, отве­чающие точке 5, он вновь получает ускорение, непрерывно увеличиваю­щееся и становящееся значительным при достижении угла сдвига в 200 – 300˚. Скольжение обусловливает появление асинхронного момента. Сред­нее значение асинхронного момента

M₂ = M_ас = U²rs/[(r² + (x₁ s)²].

Здесь x₁ и r – параметры схемы замещения условно выделенной маши­ной, которую при отрицательном скольжении считаем двигателем, а при положительном – генератором.

Пульсацией асинхронного момента, которая проходит с двойной час­тотой скольжения, пренебрегаем.

Рис. 6.5. Выпадение из синхронизма и переход на синхронный

ход синхронного генератора:

а – схема системы; б – процесс выпадения из синхронизма

В начальной части кривой P_ас = M_ас = φ (s), асинхронная мощность (момент) непрерывно возрастает с ростом скольжения. Вместе с ростом скорости (увеличением скольжения) мощность турбины P_т (кривая 5 - 6΄ на рис. 6.5) уменьшается под действием регулятора скорости турбины. Синхронизирующая мощность во время рассматриваемого про­цесса будет пульсирующей:

Являясь функцией скольжения, она, в свою очередь, будет влиять на процесс, вызывая пульсации. При некотором значении скольжения s_ср момент турбины уравновесится средним асинхронным моментом генера­тора M_т = M_ас.

Установившийся асинхронный ход при отсутствии пульсаций будет характеризоваться скольжением s _ср и асинхронным моментом M_{а ср.} Од­нако, если выпавшая из синхронизма машина возбуждена, то кроме вза­имно уравновешивающих друг друга асинхронного момента и момента турбины на валу агрегата при асинхронном ходе будет действовать также синхронный пульсирующий вращающий момент, создавая пульсации скольжения. Пульсации скольжения, изменяющегося от s_max до s_min , тем больше, чем больше синхронный момент; значение скольжения проходит через минимум при угле, близком к 180˚, если асинхронный момент и момент турбины малы; далее процесс повторяется периодически.

Критерий ресинхронизации. Уравнение движения агрегата турбина ­­– ротор генератора имеет вид

, или .

Полагая, что M_т = f (ω₀ + s); M_ас = φ(ω₀ + s) за­даны как функции угла δ, можем записать уравнение энергии при колеба­ниях угла от δ_max до δ:

_{, где .}

Откуда значение скольжения в любой момент времени:

.

Если происходящее в процессе пульсации в установившемся асин­хронном режиме скольжение пройдет через нуль (s = 0), то появится воз­можность ресинхронизации. Согласно полученному уравнению эта воз­можность появится, когда

.

Значения s_max, определенные в соответствии с послед­ним уравне­нием, не позволяют получить количественные резуль­таты для установле­ния надежных условий ресинхронизации по двум при­чинам:

1. полученное выражение указывает только на возможность ресинхронизации;

2. зависимость М = φ(δ), входящая в формулу, заранее не известна, и получение количественных результатов требует предположений о ее характере.

Принимая ∑М = М sinδ, где δ = 0 – π, будем иметь

; .

В общем случае при других предположениях об изменении угла δ получим

,

где К меняется от 1 до

При получении последних зависимостей были сделаны некоторые до­пущения. Так, например, что установившийся асинхронный момент и условия синхронизации определялись согласно статической характери­стике момента первичного двигателя. В действительности этот режим на­ступает не сразу, и процесс его установления идет в соответствии с дина­мической характеристикой, отличающейся от статической тем сильнее, чем больше ускорение генератора, инерция регулятора скорости и испол­нительного двигателя направляющего аппарата.