Влияние частоты на работу элементов электрической системы. Статические частотные характеристики нагрузки

Электродвигатели переменного тока при отклонении частоты от номинальной изменяют скорость вращения, а также потребляемую активную мощность:

,

(8.5)

здесь

М – момент на валу двигателя, определяемый приводимыми в движение станками, механизмами и пр.

Если частота повышается, то для вращения двигателя с повышенной скоростью необходимо увеличение активной мощности. При снижении частоты двигатель не может развить нужный момент на валу и начинает тормозиться, т.е. . Такое изменение нагрузки при изменении частоты называется положительным регулирующим эффектом нагрузки, рис. 8.1.

Рис.8.1. Статическая характеристика активной нагрузки по частоте

Реактивная мощность двигателей также зависит от частоты. Так для асинхронного двигателя Q_μ – мощность статора (мощность намагничивания):

.

(8.6)

Мощность ротора (мощность рассеяния) возрастает с ростом частоты:

.

(8.7)

Рис.8.2. Статическая характеристика реактивной нагрузки по частоте

Суммарная потребляемая двигателем реактивная мощность Q_Σ имеет зависимость от частоты, показанную на рис. 8.2, откуда видно, что при частоте, большей критического значения f_кр, наблюдается положительный регулирующий эффект нагрузки по частоте: , а при частоте, меньшей критического значения f_кр, - отрицательный регулирующий эффект: .

Некоторые электроприемники, потребляющие только активную мощность, (лампы накаливания, двигатели постоянного тока, дуговые электропечи, нагревательные элементы) не реагируют на изменение частоты переменного тока, рис. 8.3.

Рис. 8.3. Статическая характеристика потребителей активной мощности

Узлы нагрузок электрических систем питают разнообразные по характеру и мощности потребители. Обобщенные статические характеристики узла нагрузки показаны на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Статические частотные характеристики узла нагрузки

Изменение частоты оказывает влияние и на оборудование собственных нужд электростанций (насосов, дымососов, вентиляторов и др.). Особенно это сказывается на производительности питательных насосов, обеспечивающих непрерывную подачу воды в котлы тепловых электростанций, если эти насосы приводятся в движение электродвигателями, рис. 8.5.

Рис. 8.5. Снижение производительности питательных насосов при снижении частоты

Даже незначительное снижение частоты приводит к снижению скорости двигателей и их производительности (на рис. 8.5 кривая 2), т.е. уменьшению количества подаваемой в котлы воды, а значит, и выработки пара, подаваемого в турбину. В результате электростанции вырабатывают меньшую мощность, что приводит к дальнейшему снижению частоты. В результате возможен полный останов электростанции.

Отклонение частоты от номинальной отрицательно сказывается на работе турбин:

· повышение частоты приводит к дополнительным механическим нагрузкам на все части турбины из-за дополнительного вращающего момента;

· понижение частоты нарушает безударный вход пара в турбину, что приводит к износу лопаточного аппарата.

Кроме того, отклонение частоты от номинальной нарушает экономическое распределение активной мощности между электростанциями, т.к. возникающие при этом приросты мощности не соответствуют минимуму расхода условного топлива, что приводит к дополнительным затратам на топливо.

Значения частоты отражаются на напряжении в электрических сетях. При снижении частоты снижается ЭДС генератора, а значит и U_Г – напряжение на зажимах генератора (формула 8.3), что приводит к снижению напряжения в узлах сети.