Урок 17 / Расширенный курс

Угол нагрузки, активная и реактивная мощность

Векторная схема генератора, характеристика P–δ и влияние возбуждения.

Третий курс · 100 минут с задачами

Перед началом: урок 16 и комплексная мощность.

После занятия вы сможете: рассчитывать мощность и ток, различать отдачу и потребление реактивной мощности.

Порядок работы: базовый разбор → углублённая теория → самостоятельный расчёт → проверка решения.

1. Источник за реактивностью

Представим неявнополюсную машину постоянной внутренней ЭДС E∠δ за реактивностью X. Шины бесконечной мощности имеют напряжение V∠0 и неизменную частоту. Активное сопротивление и потери опущены. Положительный ток направлен от генератора в сеть.

I = (E·exp(jδ) − V)/(jX)
Iᵣ = E sinδ/X; Iᵢ = (V − E cosδ)/X

2. Мощность на шинах сети

P = EV sinδ/X; Q = (EV cosδ − V²)/X
|I| = √(Iᵣ² + Iᵢ²); |S| = √(P² + Q²)

Здесь Q > 0 — отдача реактивной мощности в сеть. Это мощность на удалённых шинах V, а не непосредственно на зажимах статора, если X включает линию и трансформатор. На внутреннем источнике реактивная мощность больше на X|I|².

При E = 1,2, V = 1, X = 0,6 и P = 0,8 получаем δ = arcsin(0,4) = 23,578°, Q = 0,1664 о.е., |I| ≈ 0,8171 о.е. На базе 100 МВА это 80 МВт и 16,64 Мвар.

3. Возбуждение и предел передачи

При фиксированной активной мощности увеличение E уменьшает устойчивый угол δ и обычно увеличивает отдачу Q. В модели E задаётся вручную и остаётся постоянной во время опыта; это не модель автоматического регулятора возбуждения.

Pmax = EV/X; δ₀ = arcsin(P₀/Pmax); Kₛ = (EV/X) cosδ₀

Ветвь 0 ≤ δ₀ < 90° имеет положительную синхронизирующую жёсткость Kₛ. Вторая точка π − δ₀ неустойчива. Запас Pmax − P₀ не заменяет проверку предельного тока, нагрева и динамической устойчивости.

Задачи для самостоятельного решения

1. Найдите Pmax при E = 1,2, V = 1 и X = 0,6.

Показать решение

Pmax = 2 о.е.; на базе 100 МВА — 200 МВт. Это предел идеализированной угловой характеристики, не номинал оборудования.

2. При E = V = 1, δ = 0 найдите ток и Q.

Показать решение

I = 0, P = Q = 0. Совпадают модуль и фаза источников.

Расчётный эксперимент

Сравните E = 1,0; 1,2; 1,4 при P₀ = 0,8 и нулевом возмущении. Запишите начальные δ, Q и ток. Найдите случай потребления реактивной мощности и объясните его по формуле.

Открыть модель генератора →

Что запомнить

Активная мощность зависит от синуса угла, реактивная — от проекции внутренней ЭДС. Ток и нагрев могут ограничить режим раньше угловой границы.

Модель генератора →

Прогресс хранится только в этом браузере.