Что такое двигательный режим генератора

Генераторный и двигательный режимы работы.

Генераторный режим. Обычно синхронные генераторы выполняют с якорем, расположенным на статоре, для удобства отвода электрической энергии. Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3. 2%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух контактных колец не вызывает особых затруднений. Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции; при вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, сцепляется поочередно с каждой из фаз обмотки статора, индуцируя в них ЭДС. В наиболее распространенном случае применения трехфазной распределенной обмотки якоря в каждой из фаз, смещенных друг относительно друга на 120 градусов, индуцируется синусоидальная ЭДС. Соединяя фазы по стандартным схемам «треугольник» или «звезда», на выходе генератора получают трехфазное напряжение, являющееся общепринятым стандартом для магистральных электросетей.

Частота индуцируемой ЭДС [Гц] связана с частотой вращения ротора [об/мин] соотношением:

, где — число пар полюсов ротора.

Часто синхронные генераторы используют вместо коллекторных машин для генерации постоянного тока, подключая их обмотки якоря к трехфазным выпрямителям.

Двигательный режим работы характеризуется преобразованием в электродвигателе электрической энергии питающей сети в механическую энергию вращения якоря, которую используют для привода механизма. Момент, развиваемый электродвигателем и направленный в сторону вращения якоря или статора, принято рассматривать положительным.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт щетка — кольцо), в маломощных — постоянные магниты. Существует обращённая конструкция двигателей, в которой якорь расположен на роторе, а индуктор — на статоре (в устаревших двигателях, а также в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники.)

Для разгона обычно используется асинхронный режим, при котором обмотки индуктора замыкаются через реостат или накоротко, как в асинхронной машине, для такого режима запуска в машинах на роторе делается короткозамкнутая обмотка, которая также выполняет роль успокоительной обмотки, устраняющей «раскачивание» ротора при синхронизации. После выхода на скорость близкую к номинальной (>95%) индуктор запитывают постоянным током.

Также используется частотный пуск, когда частоту тока якоря постепенно увеличивают от 0 до номинальной величины. Или наоборот, когда частоту индуктора понижают от номинальной до 0, т.е. до постоянного тока.

Частота вращения ротора [об/мин] остаётся неизменной, жёстко связанной с частотой сети [Гц] соотношением: , где — число пар полюсов ротора.

Синхронные двигатели при изменении возбуждения меняют импеданс с емкостного на индуктивный. Перевозбуждённые СД на холостом ходу применяют в качестве компенсаторов реактивной мощности. Синхронные двигатели в промышленности обычно применяют при единичных мощностях свыше 300 кВт, при меньших мощностях обычно применяется более простой (и надежный) асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Режимы работы (двигательный, генераторный, торможение) двигателя постоянного тока ДПТ

В двигателях параллельного возбуждения при неизменном то­ке в обмотке возбуждения (I_В = const ) магнитный поток изменяется при нагрузке весьма незначительно, поэтому с некоторым при­ближением можно принять Ф = const . В этом случае электромаг­нитный момент [см. (25.24)] пропорционален току в цепи якоря и механическая характеристика n = f(M) может быть представлена зависимостью n = f(I_a) (рис. 29.8). Если эту характеристику про­должить в обе стороны за пределы осей координат (прямая 1), то можно показать, что электрическая машина в зависимости от ве­личины и знака внешнего момента, действующего на ее вал со стороны связанного с ним механизма, может работать в трех ре­жимах: двигательном, тормозном и генераторном.

При работе двигателя без нагрузки ток в цепи якоря I_a0 не­большой. При этом частота вращения n = n₀ (точка А). Затем с по­явлением на валу двигателя нагрузочного момента, противодейст­вующего вращающему, ток в цепи якоря возрастает, а частота вращения уменьшается. Если увеличить противодействующий момент до значения, при котором якорь двигателя остановится (точка В), то ЭДС E_a = 0 и ток двигателя достигает значения

Если двигатель применяют для привода механизма, на­грузочный момент которого может быть больше вращающегося (например, привод барабана, на который наматывается трос с гру­зом), то при последующем увеличении нагрузочного момента это­го механизма якорь машины вновь начнет вращаться, но теперь уже в другую сторону. Теперь момент, действующий на вал элек­трической машины со стороны нагрузочного механизма, будет вращающим, а электромагнитный момент машины — тормозя­щим, т. е. электрическая машина перейдет в тормозной ре­жим. При работе машины в этом режиме ЭДС якоря действует согласованно с напряжением, т. е.

При использовании машины в тормозном режиме необходимо принять меры для ограничения тока якоря. С этой целью в цепь якоря включают добавочное сопротивление, величина которого обеспечивает получение искусственной характеристики двигателя, пересекающейся с осью абсцисс при токе якоря (штрихо­вая прямая).

Если при работе двигателя в режиме х.х. к его валу приложить момент, направленный в сторону вращения якоря, то частота вра­щения, а следовательно, и ЭДС E_a начнут возрастать. Когда ЭДС E_a = U , машина не будет потреблять тока из сети (точка С) и час­тота вращения якоря достигает значения, называемого погранич­ной частотой вращения n_xx

Рис. 29.8. Режимы работы машины постоянного тока:

1 — с параллельным (независимым) возбуждением;

2 — со смешанным возбуждением;

3 — с последовательным возбуж­дением

При дальнейшем увеличении внешнего момента на валу ма­шины ЭДС E_a станет больше напряжения, а в цепи якоря опять возникает ток, но другого направления. При этом машина перей­дет в генераторный режим: механическая энергия, затрачи­ваемая на вращение якоря, будет преобразовываться в электриче­скую и поступать в сеть.

Перевод машины из двигательного в генераторный режим ис­пользуют для торможения двигателя, так как в генераторном ре­жиме электромагнитный момент является тормозящим (рекупера­тивное торможение).

Система генератор — двигатель постоянного тока

В различных станках часто требуется бесступенчатое регулирование частоты вращения привода в пределах более широких, чем те, которые может обеспечить регулирование посредством изменения магнитного потока двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. В этих случаях применяют более сложные системы электропривода.

На рис. 1 представлена схема регулируемого электропривода по системе генератор — двигатель (сокращенно Г — Д). В этой системе асинхронный двигатель АД непрерывно вращает генератор Г постоянного тока с независимым возбуждением и возбудитель В, представляющий собой маломощный генератор постоянного тока с параллельным возбуждением.

Двигатель постоянного тока Д приводит в движение рабочий орган станка. Обмотки возбуждения ОВГ генератора и ОВД двигателя питаются от возбудителя В. Изменяя реостатом 1 сопротивление цепи возбуждения генератора Г, меняют напряжение, подводимое к якорю двигателя Д, и тем самым регулируют частоту вращения двигателя. Двигатель при этом работает с полным и неизменным потоком, так как реостат 2 выведен.

При изменении напряжения U меняется частота вращения n 0 идеального холостого хода двигателя Д. Так как поток двигателя и сопротивление цепи его якоря не меняются, то угловой коэффициент b остается постоянным. Поэтому прямолинейные механические характеристики, соответствующие разным значениям U, расположены одна под другой и параллельны друг другу (рис. 2).

Рис. 1. Система генератор — двигатель постоянного тока (дпт)

Рис. 2. Механические характеристики системы генератор — двигатель постоянного тока

Они имеют больший наклон, чем характеристики такого же электродвигателя, питаемого от сети постоянного тока, так как в системе Г — Д напряжение U при неизменном токе возбуждения генератора с увеличением нагрузки снижается согласно зависимости:

где Ег и r г— соответственно э. д. с. и внутреннее сопротивление генератора.

По аналогии с асинхронными двигателями обозначим

Эта величина характеризует уменьшение частоты вращения двигателя при повышении нагрузки от нуля до номинальной. Для параллельных механических характеристик

Эта величина возрастает по мере уменьшения n0. При больших значениях sн заданные режимы резания будут значительно изменяться при случайных колебаниях нагрузки. Поэтому диапазон регулирования напряжением обычно не превышает 5:1.

С уменьшением номинальной мощности двигателей падение напряжения в них увеличивается, и механические характеристики получают больший наклон. По этой причине снижают диапазон регулирования напряжением системы Г — Д по мере уменьшения мощности (при мощностях менее 1 кВт до 3:1 или 2:1).

С уменьшением магнитного потока генератора на его напряжении в большей степени сказывается размагничивающее действие реакции его якоря. Поэтому характеристики, относящиеся к низким частотам вращения двигателя, фактически имеют больший наклон, чем механические характеристики.

Расширение диапазона регулирования достигается уменьшением магнитного потока двигателя Д посредством реостата 2 (см. рис. 1), производимым при полном потоке генератора Этому способу регулирования скорости соответствуют характеристики, расположенные выше естественной (см. рис. 2).

Общий диапазон регулирования, равный произведению диапазонов регулирования обоими способами, достигает (10 — 15) : 1. Регулирование изменением напряжения является регулированием с постоянным моментом (поскольку магнитный поток двигателя остается неизменным). Регулирование изменением магнитного потока двигателя Д является регулированием с постоянной мощностью.

Перед пуском двигателя Д реостат 2 (см. рис. 1) полностью выводят, и поток двигателя достигает наибольшего значения. Затем реостатом 1 увеличивают возбуждение генератора Г. Это вызывает повышение напряжения, и скорость двигателя Д увеличивается. Если обмотку ОВГ включить сразу на полное напряжение UB возбудителя В, то ток в ней, как во всякой цепи, обладающей индуктивностью и активным сопротивлением, будет нарастать:

где rв — сопротивление обмотки возбуждения, LB — ее индуктивность (влиянием насыщения магнитопровода пренебрегаем).

На рис. 3, а (кривая 1) представлен график зависимости тока возбуждения от времени. Ток возбуждения нарастает постепенно; скорость нарастания определяется соотношением

где Тв — электромагнитная постоянная времени обмотки возбуждения генератора; имеет размерность времени.

Рис. 3. Изменение тока возбуждения в системе Г—Д

Изменение напряжения генератора при пуске имеет примерно такой же характер, как и изменение силы тока возбуждения. Это дает возможность автоматического прямого пуска двигателя с выведенным реостатом 1 (см. рис. 1).

Нарастание тока возбуждения генератора часто ускоряют (форсируют), прикладывая в начальный момент к обмотке возбуждения напряжение, превышающее номинальное. Процесс нарастания возбуждения будет при этом протекать по кривой 2 (см. рис. 3, а). Когда сила тока в обмотке достигнет величины Iв1 равной установившейся силе тока возбуждения при номинальном напряжении, напряжение на обмотке возбуждения уменьшают до номинального. Время нарастания тока возбуждения до номинального уменьшается.

Для форсирования возбуждения генератора напряжение возбудителя В (см. рис. 1) выбирают в 2—3 раза превышающим номинальное напряжение обмотки возбуждения генератора и вводят в схему добавочный резистор 4. Замыкая на время пуска этот резистор накоротко контактом 5, на обмотку возбуждения подают повышенное напряжение.

Система генератор — двигатель позволяет осуществить торможение с рекуперацией. Для торможения необходимо, чтобы ток в якоре изменил свое направление. Момент при этом также изменит знак и вместо движущего станет тормозным. Торможение возникает при увеличении магнитного потока электродвигателя реостатом 2 или при уменьшении напряжения генератора реостатом 1. В обоих случаях э. д. с. Е двигателя становится выше напряжения U генератора. При этом двигатель Д работает в генераторном режиме и приводится во вращение кинетической энергией движущихся масс, а генератор Г работает в двигательном режиме, вращая со сверхсинхронной скоростью машину АД, которая при этом переходит в режим генератора и отдает энергию в сеть.

Торможение с рекуперацией можно осуществить и без воздействия на реостаты 1 и 2. Можно просто разомкнуть цепь возбуждения генератора (например, переключателем 3). При этом ток в замкнутой цепи, состоящей из обмотки возбуждения генератора и резистора 6, будет постепенно уменьшаться

где R — сопротивление резистора 6.

График, соответствующий этому уравнению, приведен на рис. 3, б. Постепенное уменьшение тока возбуждения генератора в данном случае равносильно увеличению сопротивления реостата 1 (см. рис.1) и вызывает рекуперативное торможение. В данной схеме резистор 6, включенный параллельно обмотке возбуждения генератора, является разрядным. Он предохраняет изоляцию обмотки возбуждения от пробоя в случае внезапного аварийного обрыва цепи возбуждения.

При обрыве цепи возбуждения магнитный поток машины резко уменьшается, наводит в витках обмотки возбуждения э. д. с. самоиндукции настолько большую, что она может вызвать пробой изоляции обмотки. Разрядный резистор 6 создает контур, в котором э. д. с. самоиндукции обмотки возбуждения вызывает ток, замедляющий уменьшение магнитного потока.

Падение напряжения на разрядном резисторе равно напряжению на обмотке возбуждения. Чем меньше величина разрядного сопротивления, тем меньше будет напряжение на обмотке возбуждения при разрыве цепи. Вместе с тем при уменьшении величины сопротивления разрядного резистора возрастают непрерывно протекающий по нему в нормальном режиме ток и потери в нем. При выборе величины разрядного сопротивления должны быть учтены оба указанных положения.

После отключения обмотки возбуждения генератора на его зажимах вследствие остаточного магнетизма сохраняется некоторое небольшое напряжение. Оно может вызвать медленное вращение двигателя с так называемой ползучей скоростью. Для устранения этого явления обмотку возбуждения генератора после отключения от возбудителя присоединяют к зажимам генератора так, чтобы напряжение от остаточного магнетизма вызвало в обмотке возбуждения генератора размагничивающий ток.

Для реверса электродвигателя Д меняют направление тока в обмотке возбуждения ОВГ генератора Г посредством переключателя 3 (или иного аналогичного устройства). Вследствие значительной индуктивности обмотки ток возбуждения при этом постепенно уменьшается, меняет направление, а затем постепенно нарастает.

Процессы пуска, торможения и реверса двигателя в рассматриваемой системе отличаются высокой экономичностью, так как их осуществляют без применения реостатов, включенных в цепь якоря. Двигатель пускают и тормозят с помощью легкой и компактной аппаратуры, управляющей лишь небольшими токами возбуждения. Поэтому данную систему «генератор — двигатель постоянного тока» целесообразно использовать для работы с частыми пусками, торможениями и реверсами.

Основными недостатками системы генератор — двигатель постоянного тока являются относительно низкий коэффициент полезного действия, высокая стоимость и громоздкосгь, определяемые наличием в системе большого числа электрических машин. Стоимость системы превышает стоимость одного короткозамкнутого асинхронного двигателя такой же мощности в 8 — 10 раз. Кроме того, такая система электропривода требует много места.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

§25. Процесс преобразования энергии в электрических машинах. Режимы их работы

Электрические машины разделяют по назначению на два основных вида: электрические генераторы и электрические двигатели. Генераторы предназначены для выработки электрической энергии, а электродвигатели — для приведения в движение колесных пар локомотивов, вращения валов вентиляторов, компрессоров и т. п.

В электрических машинах происходит процесс преобразования энергии. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Это означает, что для работы генератора надо вращать его вал каким-либо двигателем. На тепловозе, например, генератор приводят во вращение дизелем, на тепловой электростанции — паровой турбиной, на гидроэлектростанции — водяной турбиной. Электрические двигатели, наоборот, преобразуют электрическую энергию в механическую. Поэтому для работы двигателя его надо соединить проводами с источником электрической энергии, или, как говорят, включить в электрическую сеть.
Принцип действия любой электрической машины основан на использовании явлений электромагнитной индукции и возникновения электромагнитных сил при взаимодействии проводников с током и магнитного поля. Эти явления имеют место при работе как генератора, так и электродвигателя. Поэтому часто говорят о генераторном и двигательном режимах работы электрических машин.
Во вращающихся электрических машинах в процессе преобразования энергии участвуют две основные части: якорь и индуктор со своими обмотками, которые перемещаются относительно друг друга. Индуктор создает в машине магнитное поле; в обмотке якоря индуцируется э. д. с. и возникает ток. При взаимодействии тока в обмотке якоря с магнитным полем создаются электромагнитные силы, посредством которых реализуется процесс преобразования энергии в машине.

Принцип действия электрического генератора. Простейшим электрическим генератором является виток, вращающийся в магнитном поле (рис. 67, а). В этом генераторе виток 1 представляет собой обмотку якоря. Индуктором служат постоянные магниты 2, между которыми вращается якорь 3. При вращении витка с некоторой частотой вращения п его стороны (проводники) пересекают магнитные силовые линии потока Фив каждом проводнике индуцируется э. д. с. е. При принятом на рис. 67, а направлении вращения якоря э. д. с. в проводнике, расположенном под южным полюсом, согласно правилу правой руки направлена от нас, а э.д.с. в проводнике, расположенном под северным полюсом,— к нам. Если подключить к обмотке якоря приемник электрической энергии 4, то по замкнутой цепи пойдет электрический ток i. В проводниках обмотки якоря ток I будет направлен так же, как и э. д. с. е.

Выясним, почему для вращения якоря в магнитном поле приходится затрачивать механическую энергию, получаемую от дизеля или турбины (первичного двигателя). Как было установлено в главе II, при прохождении тока I по расположенным в магнитном поле проводникам на каждый проводник действует электромагнитная сила F. При указанном на рис. 67, а направлении тока согласно правилу левой руки на проводник, расположенный под южным полюсом, будет действовать сила F, направленная влево, а на проводник, расположенный под северным полюсом,— сила F, направленная вправо. Указанные силы создают совместно электромагнитный момент М, направленный по часовой стрелке.
Из рассмотрения рис. 67, а видно, что электромагнитный момент М, возникающий при отдаче генератором электрической энергии, направлен в сторону, противоположную вращению проводников, поэтому он является тормозным моментом, стремящимся замедлить вращение якоря генератора. Для того чтобы предотвратить остановку якоря, требуется к валу якоря приложить внешний вращающий момент М_вн, противоположный моменту М и равный ему по величине. С учетом же трения и других внутренних потерь в машине внешний вращающий момент должен быть больше электро-

Рис. 67. Принципиальные схемы простейших генератора (а) и электродвигателя (б)

магнитного момента М, созданного током нагрузки генератора. Следовательно, для продолжения нормальной работы генератора к нему необходимо подводить извне механическую энергию — вращать его якорь каким-либо двигателем 5.

При отсутствии нагрузки (при разомнутой внешней цепи генератора) имеет место режим холостого хода генератора. В этом случае от дизеля или турбины требуется только такое количество механической энергии, которое необходимо для преодоления трения и компенсации других внутренних потерь энергии в генераторе. При увеличении нагрузки генератора, т. е. отдаваемой им электрической мощности Р_эл, увеличиваются ток i, проходящий по проводникам обмотки якоря, и создаваемый им тормозящий момент М. Следовательно, должна быть соответственно увеличена и механическая мощность Р_мх, которую генератор должен получить от дизеля или турбины, для продолжения нормальной работы.

Таким образом, чем больше электрической энергии потребляется, например, электродвигателями тепловоза от тепловозного генератора, тем больше механической энергии забирает он от вращающего его дизеля и тем больше топлива необходимо подавать дизелю.

Из рассмотренных выше условий работы электрического генератора следует, что характерным для него является:

совпадение по направлению тока i и э. д. с е в проводниках обмотки якоря; это указывает на то, что машина отдает электрическую энергию;

возникновение электромагнитного тормозного момента М, направленного против вращения якоря; из этого вытекает необходимость получения машиной извне механической энергии.

Принцип действия электрического двигателя. Принципиально электродвигатель выполнен так же, как генератор. Простейший электродвигатель представляет собой виток 1 (рис. 67,6), расположенный на якоре 3, который вращается в магнитном поле полюсов 2. Проводники витка образуют обмотку якоря. Если подключить виток к источнику электрической энергии, например к электрической сети 6, то по каждому его проводнику начнет проходить электрический ток i. Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем полюсов, создает электромагнитные силы F. При указанном на рис. 67, б направлении тока на проводник, расположенный под южным полюсом, будет действовать сила F, направленная вправо, а на проводник, лежащий под северным полюсом,— сила F, направленная влево. В результате совместного действия этих сил создается электромагнитный вращающий момент М, направленный против часовой стрелки, приводящий якорь с проводником во вращение с некоторой частотой п. Если соединить вал якоря с каким-либо механизмом или устройством 7 (колесной парой тепловоза или электровоза, станком и пр.), то электродвигатель будет приводить это устройство во вращение, т. е. отдавать ему механическую энергию. При этом внешний момент М_вн, создаваемый этим устройством, будет направлен против электромагнитного момента М.

Выясним, почему при вращении якоря электродвигателя, работающего под нагрузкой, расходуется электрическая энергия. Как было установлено, при вращении проводников якоря в магнитном поле в каждом проводнике индуцируется э. д. с, направление которой определяется по правилу правой руки; следовательно, при указанном на рис. 67, б направлении вращение э. д. с. е, индуцированная в проводнике, расположенном под южным полюсом, будет направлена от нас, а э. д. с. е, индуцированная в проводнике, расположенном под северным полюсом, будет направлена к нам. Из рис. 67, б видно, что э. д. с. е, индуцированные в каждом проводнике, направлены против тока i, т. е. они препятствуют его прохождению по проводникам.

Для того чтобы ток i продолжал проходить по проводникам якоря в прежнем направлении, т. е. чтобы электродвигатель продолжал нормально работать и развивать требуемый вращающий момент, необходимо приложить к этим проводникам внешнее напряжение U, направленное навстречу э. д. с. и большее по величине чем суммарная э. д. с. E, индуцированная во всех последовательно соединенных проводниках обмотки якоря. Следовательно, необходимо подводить к электродвигателю из сети электрическую энергию.

При отсутствии нагрузки (внешнего тормозного момента, приложенного к валу двигателя) электродвигатель потребляет от внешнего источника (сети) небольшое количество электрической энергии и по нему проходит небольшой ток холостого хода. Эта энергия расходуется на покрытие внутренних потерь мощности в машине.

При возрастании нагрузки увеличивается потребляемый электродвигателем ток и развиваемый им электромагнитный вращающий момент. Следовательно, увеличение механической энергии, отдаваемой электродвигателем при возрастании нагрузки, вызывает автоматически увеличение электроэнергии, забираемой им от источника.

Из рассмотренных выше условий работы электрического двигателя следует, что характерным для него является:

совпадение по направлению электромагнитного момента М и частоты вращения п; это характеризует отдачу машиной механической энергии;

возникновение в проводниках обмотки якоря э. д. с. е, направленной против тока i и внешнего напряжения U. Из этого вытекает необходимость получения машиной извне электрической энергии.

Принцип обратимости электрических машин. Рассматривая принцип действия генератора и электродвигателя, мы установили, что устроены они одинаково и что в основе работы этих машин много общего. Процесс преобразования механической энергии в электрическую в генераторе и электрической энергии в механическую в двигателе связан с индуцированием э. д. с. во вращающихся в магнитном поле проводниках обмотки якоря и возникновением электромагнитных сил в результате взаимодействия магнитного поля и проводников с током. Отличие генератора от электродвигателя заключается только во взаимном направлении э. д. с, тока, электромагнитного момента и частоты вращения.

Рис. 68. Направление э. д. с. Е, тока I, частоты вращения якоря п и электромагнитного момента М при работе электрической машины постоянного тока в двигательном (а) и генераторном (б) режимах

Обобщая рассмотренные процессы работы генератора и электродвигателя, можно установить принцип обратимости электрических машин. Согласно этому принципу любая электрическая машина может работать и генератором и электродвигателем и переходить из генераторного режима в двигательный и наоборот.

Для выяснения этого положения рассмотрим работу электрической машины постоянного тока при различных условиях. Если внешнее напряжение U больше суммарной э. д. с. Г. во всех последовательно соединенных проводниках обмотки якоря, то ток I будет проходить в указанном на рис. 68, а направлении и машина будет работать электродвигателем, потребляя из сети электрическую энергию и отдавая механическую. Однако если по какой-либо причине э. д. с. Е станет больше внешнего напряжения U, то ток I в обмотке якоря изменит свое направление (рис. 68, б) и будет совпадать с э. д. с. Е. При этом изменится и направление электромагнитного момента М, который будет направлен против частоты вращения п. Совпадение по направлению э. д. с. E и тока Iозначает, что машина стала отдавать в сеть электрическую энергию, а появление тормозного электромагнитного момента М говорит о том, что она должна потреблять извне механическую энергию. Следовательно, когда э. д. с. Е, индуцированная в проводниках обмотки якоря, становится больше напряжения сети U, машина переходит из двигательного режима работы в генераторный, т. е. при E U — генератором.

Перевод электрической машины из двигательного режима в генераторный можно осуществить различными способами: уменьшая напряжение U источника, к которому подключена обмотка якоря, или увеличивая э. д. с. E в обмотке якоря.

Форум режимщиков

Генератор в двигательном режиме

Генератор в двигательном режиме

Fiksius » 12 янв 2017, 11:54

Re: Генератор в двигательном режиме

Vikus » 12 янв 2017, 14:29

По каким признакам Вы определили, что генератор ГТУ переходит в двигательный режим?
Генератор в таких условиях в двигательный режим перейти в принципе не может, такое явление может быть только при асинхронном режиме и то по полупериодам. Может Вы путаете — это синхронный двигатель может перейти в генераторный режим
Генераторы на ГЭС могут работать в режиме синхронного компенсатора в принципе — двигатель, но дело в том, что поток воды перекрыт, и он просто потихоньку перемешивает воду.
Другой вариант, ГЭС генераторы которой работают как генераторы, когда спускают воду из резервуара, и как двигатели, когда обратно закачивают в этот резервуар воду, но самое главное там меняется направление движения источника энергии — воды.
В ГТУ направление вращения турбины не меняется — струя раскалённого газа в том же направление вращает турбину.
Давайте рассуждать.
1. Станция имеет избыток мощности.
2. После отделения от ЭС частота задирается до 52 Гц, прикинем избыток порядка — 30-40%.
3. Сомнительно, что за столь короткое время (время действия АПВ) именно ГТУ выравнивает частоту, но если Вы в этом уверены, то дальше.
4. После выравнивания частоты, примем, что мощности между ГТУ и ПТУ распределяться так же, то есть они сбросят свои мощности и ГТУ будет иметь 45-42%, а ПТУ — 20-23%.
5. По непонятным причинам отключается ПТУ, на ГТУ наброс мощности и она начинает притормаживать, но за счёт связи с ЭС частота должна быстро восстановиться.

от 4. Выравнивание частоты идёт за счёт генератора ПТУ (системы регулирования ГТУ очень тихоходные и не могут быстро сбрасывать мощность, а ПТУ за доли секунды), то выходит генератор ПТУ должен полностью сбросить свою мощность, а ГТУ практически нет.
5. На момент и после синхронизации с ЭС, генератор ПТУ практически находится на ХХ, может из-за этого появляется несимметрия (только гипотетически, предположительно) и он отключается.
6. На ГТУ наброс мощности и она начинает притормаживать, но за счёт связи с ЭС частота должна быстро восстановиться.

Но для обоих случаев за счёт низкой манёвренности ГТУ будет долго выходить из переходного режима.
Мой опыт показывает, что лучше малые станции находятся с дефицитом, но с необходимым запасом на случай если происходит отделение от ЭС.

Re: Генератор в двигательном режиме

WindTalker315 » 12 янв 2017, 19:02

вы случайно газотурбинные и газопоршневые установки не путаете ?
ГТУ обладают достаточно высокой маневренностью. Хотя за все типы не поручусь.
Был случай когда при выделении с избытком несколько сот процентов, ГТУшка смогла автоматически разгрузиться и удержала район.
Работа ГТУ в двигательном режима крайне сомнительна ввиду малой массы, низкой инерции(опять таки за все типы не поручусь) и проблемных температурных режимов газовой турбины.
В качаниях конечно возможно все, в том числе и параметры режима как у двигателя, но это именно качания, а не полноценный двигательный режим.

fiksius? а вы в мустанге пытались моделировать ?

Re: Генератор в двигательном режиме

Fiksius » 13 янв 2017, 09:41

Прилагаю пару годографов мощности по ПГУ (через несколько дней удалю на всякий случай, потом через личку если кто заинтересуется), получены из РАС станции, процесс видим урывками, когда отключался паровой генератор, и потом газовый. Газовый отключился защитой от обратного перетока, в момент его отключения видим что активная мощность устойчиво находится в области отрицательных значений.

По тем данным, которые есть видно, что в первый момент после отделения и ГТУ и ПГУ сбрасывают мощность одинаково, но потом ПТУ восстанавливает свою практически полностью и регулирование частоты берет на себя ГТУ.

Частоту стабилизировали не за пару секунд, около минуты, АПВ со стороны ПГУ ждал пока частота и угол будут в рамках допустимых в течении 3 сек (от ЭС опробование ВЛ было успешным). Обычный АПВ КС, даже не АПВ УС. Не думал что можно так четко держать частоту в изолированном острове, но ПГУ справилось.

Больше всего и смущает ,что после отключения ПТУ, ГТУ был в параллель с ЭС, но его затянуло в двигательный режим. Думаю с чем это связано, с технологией ПГУ или какая то автоматика «помогла»

Re: Генератор в двигательном режиме

Fiksius » 13 янв 2017, 09:44

Re: Генератор в двигательном режиме

Vikus » 13 янв 2017, 11:56

@вы случайно газотурбинные и газопоршневые установки не путаете ?
ГТУ обладают достаточно высокой маневренностью. Хотя за все типы не поручусь.
Был случай когда при выделении с избытком несколько сот процентов, ГТУшка смогла автоматически разгрузиться и удержала район.@

Я не путаю,
просто мощность не известна была, если ГТУ 160 МВт то для неё допустимое изменение мощности порядка 0,1.. 0,25 МВт/с, если как в вашем случае — 2-3 МВт, то конечно быстро. Например, газомоторка 5,6 МВт с нуля до номинала выходит за 3 с после нажатия кнопки пуска.
Ваш случай вообще из области фантастики для ГТУ большой мощности, если так было бы, то мне бы ни кто в проектах не запрещал применять как средство ПАУ ИРТ-ДРТ и ФМТ на ГТУ.

По этому случаю, если ГТУ отключилась от обратной мощности, то это очевидно и есть первый цикл АР, но это как раз и свидетельствует о том, что ГТУ неуправляема и сама не успевает справится с регулированием мощности. Защита от обратной мощности устанавливается на генераторах малой мощности иностранного производства.

С мощностью понятно! Ну очень маленькая станция и сбросы, и набросы мощности возможны и безопасны, так как в обоих случаях от резкого изменения пламени горелки и потока газовой смеси корпус турбины не треснет.
Вопрос. Станция работает именно параллельно с ЭС в традиционном смысле или при подключенном состоянии к ЭС в ведомом режиме, а когда отключается от ЭС в, так называемом, островном?

Re: Генератор в двигательном режиме

Vikus » 13 янв 2017, 11:58

Что такое двигательный режим генератора

Электрической машиной называется устройство, служащее для преобразования механической энергии в элек­трическую или, наоборот, электрической энергии в механиче­скую. В первом случае машина называется электрическим ге­нератором, во втором случае — электродвигателем.

В основу работы электрических генераторов положен прин­цип электромагнитной индукции. Известно, что если провод­ник пересекает магнитное поле, то в нем будет наводиться электродвижущая сила (э.д. с.), которая по законам электро­магнитной индукции зависит от интенсивности магнитного по­ля, длины проводника, скорости его движения и угла между вектором поля и вектором движения проводника. Если этот проводник замкнуть, то в цепи появится электрический ток. Так как причиной наведения электродвижущей силы в проводнике является пересечение им магнитных силовых линий, той в том случае, когда проводник неподвижен, а движется (из­меняется) магнитное поле, в проводнике также будет наводиться э. д. с.

Это физическое явление и положено в основу работы элек­трических генераторов. Любой генератор состоит из устройства, служащего для создания магнитного потока (например, элек­тромагнита), и электрической обмотки, в которой наводится э. д. с. У генераторов постоянного тока обмотка обычно раз­мещается на вращающейся части, называемой якорем. Якорь располагается между полюсами, создающими магнитное поле. При вращении якоря механическим двигателем в этом магнит­ном поле в обмотке наводится э. д. с., которая прямо пропор­циональна скорости вращения и величине магнитного потока. С помощью коллектора ток подается во внешнюю цепь.

Аналогичным образом устроены и генераторы переменного тока, только у них основная обмотка, как правило, размещается на неподвижной части, называемой статором, а магнитное по­ле создается полюсами, расположенными на »вращающейся части (роторе).

Очевидно, что для получения электроэнергии якорь (ротор) генератора должен .вращаться каким-либо двигателем, являю­щимся источникам механической энергии.

Действие электродвигателей основано на свойстве провод­ника с током двигаться в магнитном поле. Известно, что если проводник с электрическим током поместить в магнитное поле, то на него со стороны поля будет действовать сила F, завися­щая от интенсивности магнитного поля, длины проводника и ве­личины тока в нем. Таким образом, пропуская электрический ток по обмотке якоря электрической машины, можно заставить его вращаться в магнитном поле.

Характерным свойством электрических машин является их обратимость. Действительно, если якорь машины постоянного тока вращается в магнитном поле полюсов механическим дви­гателем, то машина будет источником электрической энергии. Та же машина может использоваться и как источник механи­ческой энергии. Для этого к обмотке якоря с помощью щеток и коллектора нужно подвести электрическую энергию, и якорь придет во вращение.

Таким образом, для электродвигателей возможны два основ­ных режима работы: двигательный и генераторный, часто называемый также тормозным режимом.

В двигательном режиме (рис. 1,а) к зажимам электродвигателя подводится электрическая энергия, преобразуемая им в механиче­скую. Создаваемый при этом вращающий момент принято считать положительным, так как направле­ние момента совпадает с направ­лением вращения.

При работе электродвигателя в тормозном режиме (рис. 1, б) к валу подводится механическая энергия, которая машиной преобразуется в электрическую. Создаваемый при этом вращающий момент будет отрицатель­ным, так как он препятствует вращению машины.

Любой электродвигатель может работать в любом из этих режимов при определенных условиях. При работе в двигатель­ном режиме к валу электродвигателя приложены два момента: момент, развиваемый электродвигателем, и момент, создавае­мый приводимым в движение механизмом. Последний называ­ют статическим моментом или моментом сил сопротивления на валу электродвигателя. В дальнейшем момент, развиваемый в двигательном режиме, будем называть вращающим, а момент, развиваемый в генераторном режиме, — тормозным.

Вращающий момент любого электродвигателя, прямо про­порционален магнитному потоку и току в обмотке якоря (ро­тора). Статический момент, создаваемый приводимым механизмом, определяет нагрузку электродвигателя и может быть по­ложительным и отрицательным. Статический момент положи­телен, когда его направление совпадает с направлением движе­ния, и отрицателен, когда он направлен против движения. В первом случае статический момент называется движущим, а во вторам — моментом сопротивления.

Отрицательные статические моменты создаются силами тре­ния, силами сопротивления резанию, сжатию, растяжению и скручиванию неупругих тел, а также силой тяжести при подъе­ме груза. Положительные статические моменты создаются на валу электродвигателя силой тяжести при спуске груза. Ста­тический момент может также состоять из нескольких слагае­мых, имеющих разные знаки. Например, при спуске груза си­ла тяжести создает положительный статический момент, а си­ла трения будет создавать отрицательный статический момент. Знак результирующего статического момента будет зависеть от величины первого и второго слагаемых.

Условимся момент, развиваемый электродвигателем (вра­щающий или тормозной), обозначать М, а статический момент (движущий или момент сопротивления) — M _c .

Когда электродвигатель работает в установившемся режи­ме, т. е. ) при равномерном движении, всегда поддерживается равенство

±М=± М _с . (1)

В общем случае связь между моментом электродвигателя и статическим моментом выражается уравнением

±М±М _с = М _j , (2)

где М — момент, развиваемый электродвигателем, кГм;

М _с — статический момент, создаваемый механизмом на валу электродвигателя, кГм;

М _j — динамический или избыточный момент на валу электро­двигателя, кГм.

Динамический момент является результирующим моментом рассматриваемой механической системы. Он определяется по выражению

где J — момент инерции движущих частей, приведенный к валу электродвигателя, кГм·сек 2 ;

d? / dt — угловое ускорение электродвигателя, рад/сек 2 .

Угловое ускорение двигателя определяется величиной и зна­ком динамического момента, который может быть ускоряющими тормозным.

При ± М ± М _с > 0 угловое ускорение d?/dt >0 и, следователь­но, скорость двигателя увеличивается (динамический момент яв­ляется ускоряющим); при ±М=± М _с = 0 угловое ускорение d?/dt = 0 (имеет место установившийся режим работы электродви­гателя); при ±М=± М _с d?/dt М _с . Если же М> М _c , то имеет место ускоренное вращение электродвигателя, а при М М _c — замедленное вращение электродвигателя.