a) Trường hợp máy phát điện làm việc trong hệ thống điện công suất vô cùng lớn
Ở trƣờng hợp này U và f không đổi nên nếu giữ dòng điện kích thích it không
đổi thì E0 là hằng số và theo biểu thức (1-38) thì P là hàm số của góc tải và đƣờng biểu diễn của nó có dạng nhƣ đã biết trên hình 1.44. Ở chế độ làm việc xác lập, công suất tác dụng P của máy tƣơng ứng với góc nhất định phải cân bằng với công suất cơ trên trục làm quay máy phát điện. Đƣờng biểu diễn công suất cơ của động cơ sơ cấp biểu thị bằng đƣờng thẳng song song với trục hoành và cắt đặc tính góc ở điểm A nhƣ trên hình 1.44. Nhƣ vậy muốn điều chỉnh công suất tác dụng P của máy phát điện thì phải thay đổi góc tải , nghĩa là thay đổi giao điểm A bằng cách thay đổi công suất cơ trên trục máy.
Công suất tác dụng cực đại Pm mà máy phát điện có thể cung cấp cho hệ thống điện ứng với dP/d = 0. Áp dụng điều kiện đó đối với biểu thức (1-38) của máy phát điện đồng bộ cực ẩn suy ra đƣợc m = 900 và Pm =mU E0
xd .
Hình 1. 44 Công suất tác dụng và công suất chỉnh bộ của máy phát điện cực ẩn
Cũng nhƣ vậy đối với máy cực lồi, từ (1-36) có thể xác định đƣợc góc m bởi:
cosm = A 2+8B2−A 4B Trong đó: A = m E0U xd , B = mU2 1 xq −x1 d Và: Pm =mU E0 xd sinθm +mU 2 2 1 xq − 1 xd sin2θm (1-65)
Khi điều chỉnh công suất tác dụng cần chú ý rằng máy phát điện đồng bộ chỉ làm việc ổn định tĩnh khi 0 < <m. Để thấy rõ điều đó, giả sử rằng máy đang làm việc ở giao điểm A tƣơng ứng với 1 < m. Nếu do một nguyên nhân nào đó công suất cơ Pcơ của động cơ sơ cấp tăng lên trong một thời gian ngắn, sau đó trở về trị số ban đầu thì roto của các máy phát điện sẽ quay nhanh lên. Nhƣ vậy góc sẽ tăng thêm một lƣợng + và tƣơng ứng công suất P sẽ tăng thêm P. Vì lúc đó công suất cơ Pcơ đã trở về trị số ban đầu nên P+P > Pcơ, kết quả là roto sẽ bị ghìm và máy phát điện trở lại làm việc ở góc ban đầu sau vài chu kỳ dao động. Trái lại nếu máy phát điện làm việc xác lập ở 2 > m, ví dụ điểm B trên hình 1.44 thì khi công suất cơ thay đổi nhƣ
trên, góc tăng thêm sẽ làm cho P của máy phát điện giảm, nhƣ vậy P < Pcơ, kết quả là roto quay nhanh thêm, góc càng tăng và máy phát điện sẽ mất đồng bộ với lƣới điện.
Từ những điều nói trên ta thấy rằng, khi điều chỉnh công suất tác dụng mà muốn giữ cho máy phát điện làm việc ổn định thì phải có điều kiện: dP
dθ > 0. Pcb A B Pm 0 θ θ2 θm θ1 ΔP
Trong đó dP
dθ đƣợc gọi là công suất chỉnh bộ đặc trƣng cho khả năng giữ cho máy làm việc đồng bộ trong lƣới điện và đƣợc ký hiện bằng Pcb.
Đối với máy cực ẩn: Pcb =mU E0
xd cosθ (1-66)
Đối với máy cực lồi:
Pcb =mU E0 xd cosθ+ mU2 1 xq −x1 d cos2θ (1-67)
Trên thực tế vận hành, để đề phòng trƣờng hợp U hoặc E0 giảm hoặc những nguyên nhân khác làm cho công suất P đƣa ra lƣới điện giảm theo nhƣng vẫn duy trì đƣợc đồng bộ, máy phát điện thƣờng làm việc với công suất định mức Pđm ứng với < 300.
Nhƣ vậy khả năng quá tải của máy phát điện đồng bộ đƣợc xác định bằng tỷ số:
km = Pm
Pđm gọi là hệ số năng lực quá tải. Đối với máy cực ẩn km = 1
sinθđm. (1-68)
Theo quy định cần đảm bảo km > 1,7 và muốn nhƣ vậy thì tỷ số ngắn mạch K phải lớn, nghĩa là xd phải nhỏ (khe hở không khí lớn).
Cần chú ý rằng khi điều chỉnh công suất tác dụng P, do thay đổi nên công suất phản kháng cũng thay đổi theo.
b) Trường hợp máy phát điện công suất tương tự làm việc song song
Giả sử có hai máy phát điện công suất bằng nhau làm việc song song. Ở trƣờng hợp này, trong điều kiện tải của lƣới điện không đổi, khi tăng công suất tác dụng của một máy mà không giảm tƣơng ứng công suất tác dụng của máy kia thì tần số của lƣới điện sẽ thay đổi cho đến khi có sự cân bằng mới và khiến cho hộ dùng điện phải làm việc trong điều kiện tần số khác định mức. Vì vậy, để giữ cho tần số không đổi thì khi tăng công suất tác dụng của một máy thì phải giảm công suất tác dụng của máy kia. Chính cũng bằng cách đó mà có thể thay đổi sự phân phối công suất tác dụng giữa hai máy.