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 Qμ – 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 QΣ имеет зависимость от частоты, показанную на рис. 8.2, откуда видно, что при частоте, большей критического значения fкр, наблюдается положительный регулирующий эффект нагрузки по частоте:
, а при частоте, меньшей критического значения fкр, - 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 UГ – напряжение на зажимах генератора (формула 8.3), что приводит к снижению напряжения в узлах сети.