Эдс синхронного генератора при холостом ходе

Основными величинами, характеризующими синхронный генератор, являются: напряжение на зажимах, нагрузка, полная мощность, число оборотов ротора в минуту, коэффициент мощности. Важнейшие рабоч

Эдс синхронного генератора при холостом ходе

Режимы работы синхронных генераторов, рабочие характеристики генераторов

Основными величинами, характеризующими синхронный генератор, являются: напряжение на зажимах U , нагрузка I , полная мощность P (кВа), число оборотов ротора в минуту n , коэффициент мощности cos φ .

Важнейшие рабочие характеристики синхронного генератора следующие:

характеристика холостого хода,

Характеристика холостого хода синхронного генератора

Электродвижущая сила генератора пропорциональна величине магнитного потока Ф, создаваемого током возбуждения i в, и числу оборотов n ротора генератора в минуту:

где с — коэффициент пропорциональности.

Хотя величина электродвижущей силы синхронного генератора зависит от числа оборотов n ротора, регулировать ее путем изменения скорости вращения ротора невозможно, так как с числом оборотов ротора генератора связана частота электродвижущей силы, которая должна быть сохранена постоянной.

Следовательно, остается единственный способ регулировки величины электродвижущей силы синхронного генератора — это изменение основного магнитного потока Ф. Последнее обычно достигается путем регулирования тока возбуждения iв с помощью реостата, введенного в цепь возбуждения генератора. В том случае когда обмотка возбуждения питается током от генератора постоянного тока, сидящего на одном валу с данным синхронным генератором, ток возбуждения синхронного генератора регулируется изменением напряжения на зажимах генератора постоянного тока.

Зависимость электродвижущей силы Е синхронного генератора от тока возбуждения iв при постоянстве номинальной скорости вращения ротора ( n = const) и нагрузке, равной нулю ( 1 = 0), называется характеристикой холостого хода генератора.

На рисунке 1 приведена характеристика холостого хода генератора. Здесь восходящая ветвь 1 кривой снята при возрастании тока i в от нуля до i в m , а нисходящая ветвь 2 кривой — при изменении iв от iвm до iв = 0.

Рис. 1. Характеристика холостого хода синхронного генератора

Несовпадение восходящей 1 и нисходящей 2 ветвей объясняется остаточным магнетизмом. Чем больше площадь, ограниченная этими ветвями, тем больше потерь энергии в стали синхронного генератора на перемагничивание.

Крутизна подъема кривой холостого хода на ее начальном прямолинейном участке характеризует магнитную цепь синхронного генератора. Чем меньше расход ампер-витков в воздушных зазорах генератора, тем при прочих одинаковых условиях будет круче характеристика холостого хода генератора.

Внешняя характеристика генератора

Напряжение на зажимах нагруженного синхронного генератора зависит от электродвижущей силы Е генератора, от падения напряжения в активном сопротивлении его статорной обмотки, падения напряжения, обусловленного электродвижущей силой самоиндукции рассеяния Es, и падения напряжения, обусловленного реакцией якоря.

Электродвижущая сила рассеяния Es, как известно, зависит от магнитного потока рассеяния Ф s , который не проникает в магнитные полюса ротора генератора и, следовательно, не изменяет степени намагничивания генератора. Электродвижущая сила самоиндукции рассеяния Es генератора относительно мала, а поэтому практически ею можно пренебречь. В соответствии с этим ту часть электродвижущей силы генератора, которая компенсирует электродвижущую силу самоиндукции рассеяния Es, можно считать практически равной нулю.

Реакция якоря оказывает более заметное влияние на режим работы синхронного генератора и, в частности, на величину напряжения на его зажимах. Степень этого влияния зависит не только от величины нагрузки генератора, но и от характера нагрузки.

Рассмотрим вначале влияние реакции якоря синхронного генератора для случая, когда нагрузка генератора носит чисто активный характер. Для этой цели возьмем часть схемы работающего синхронного генератора, изображенную на рис. 2 ,а. Здесь показаны часть статора с одним активным проводником якорной обмотки и часть ротора с несколькими его магнитными полюсами.

Рис. 2. Влияние реакции якоря для нагрузок: а — активного, б — индуктивного, в — емкостного характера

В рассматриваемый момент времени северный полюс одного из электромагнитов, вращающихся вместе с ротором против часовой стрелки, как раз проходит под активным проводником статорной обмотки.

Электродвижущая сила, индуктированная в этом проводнике, направлена к нам из-за плоскости рисунка. А так как нагрузка генератора носит чисто активный характер, то ток I в якорной обмотке совпадает по фазе с электродвижущей силой. Следовательно, в активном проводнике статорной обмотки ток течет к нам из-за плоскости рисунка.

Магнитные линии поля, создаваемого электромагнитами, показаны здесь сплошными линиями, а магнитные линии поля, создаваемого током провода якорной обмотки, — пунктирной линией.

Внизу на рис. 2 ,а показана векторная диаграмма магнитной индукции результирующего магнитного поля, находящегося над северным полюсом электромагнита. Здесь мы видим, что магнитная индукция В основного магнитного поля, создаваемого электромагнитом, имеет радиальное направление, а магнитная индукция В я магнитного поля тока якорной обмотки направлена вправо и перпендикулярно вектору В .

Результирующая магнитная индукция Врез направлена вверх и вправо. Это значит, что в результате сложения магнитных полей произошло некоторое искажение основного магнитного поля. Слева от северного полюса оно несколько ослабилось, а справа — несколько усилилось.

Нетрудно видеть, что радиальная составляющая вектора результирующей магнитной индукции, от которой по сути дела зависит величина индуктированной электродвижущей силы генератора, не изменилась. Следовательно, реакция якоря при чисто активной нагрузке генератора не влияет на величину электродвижущей силы генератора. Это значит, что и падение напряжения в генераторе при чисто активной нагрузке обусловлено только падением напряжения в активном сопротивлении генератора, если пренебречь электродвижущей силой самоиндукции рассеяния.

Теперь допустим, что нагрузка синхронного генератора носит чисто индуктивный характер. В этом случае ток I отстает по фазе от электродвижущей силы Е на угол π/2 . Это значит, что максимум тока возникает в проводе несколько позднее, чем максимум электродвижущей силы. Следовательно, когда в проводе якорной обмотки ток достигнет максимального значения, северный полюс N будет уже не под этим проводом, а сместится несколько дальше в направлении вращения ротора, как это показано на рис. 2 ,б.

В этом случае магнитные линии (пунктирные линии) магнитного потока якорной обмотки замыкаются через два соседних разноименных полюса N и S и направлены навстречу магнитным линиям основного магнитного поля генератора, создаваемого магнитными полюсами. Это приводит к тому, что основное магнитное пате не только искажается, но и делается несколько слабее.

На рис. 2,6 приведена векторная диаграмма магнитных индукций: основного магнитного поля В, магнитного поля, обусловленного реакцией якоря В я, и результирующего магнитного поля В рез.

Здесь мы видим, что радиальная составляющая магнитной индукции результирующего магнитного поля стала меньше магнитной индукции В основного магнитного поля на величину Δ В. Следовательно, стала меньше и индуктированная электродвижущая сила, так как она обусловлена радиальной составляющей магнитной индукции. А это значит, что напряжение на зажимах генератора при всех прочих равных условиях будет меньше, чем напряжение при чисто активной нагрузке генератора.

Если генератор имеет нагрузку чисто емкостного характера, то ток в нем опережает по фазе электродвижущую силу на угол π/2 . Ток в проводниках якорной обмотки генератора теперь достигает максимума раньше, чем электродвижущая сила Е. Следовательно, когда в проводе якорной обмотки (рис. 2,в) ток достигнет максимального значения, северный полюс N еще не подойдет под этот провод.

В этом случае магнитные линии (пунктирные линии) магнитного потока якорной обмотки замыкаются через два соседних разноименных полюса N и S и направлены попутно с магнитными линиями основного магнитного поля генератора. Это приводит к тому, что основное магнитное поле генератора не только искажается, но и несколько усиливается.

На рис. 2,в приведена векторная диаграмма магнитной индукции: основного магнитного поля В , магнитного поля, обусловленного реакцией якоря Вя, и результирующего магнитного поля B рез. Мы видим, что радиальная составляющая магнитной индукции результирующего магнитного поля стала больше магнитной индукции В основного магнитного поля на величину Δ В. Следовательно, увеличилась и индуктированная электродвижущая сила генератора.А это значит, что напряжение на зажимах генератора при всех прочих одинаковых условиях станет больше, чем напряжение при чисто индуктивной нагрузке генератора.

Выяснив влияние реакции якоря на электродвижущую силу синхронного генератора при различных по своему характеру нагрузках, перейдем к выяснению внешней характеристики генератора. Внешней характеристикой синхронного генератора называется зависимость напряжения U на его зажимах от нагрузки I при постоянной скорости вращения ротора (n = const), постоянстве тока возбуждения (i в = const) и постоянстве коэффициента мощности (cos φ = const).

На рис. 3 приведены внешние характеристики синхронного генератора для различных по своему характеру нагрузок. Кривая 1 выражает внешнюю характеристику при активной нагрузке (cos φ = 1,0). В этом случае напряжение на зажимах генератора падает при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной в пределах 10 — 20% напряжения при холостом ходе генератора.

Кривая 2 выражает внешнюю характеристику при активно-индуктивной нагрузке (cos φ = 0 ,8). В этом случае напряжение на зажимах генератора падает быстрее из-за размагничивающего действия реакции якоря. При изменении нагрузки генератора от холостого хода до номинальной напряжение уменьшается в пределах 20 — 30% напряжения при холостом ходе.

Читайте также  Чем можно обработать ремень генератора чтобы не свистел

Кривая 3 выражает внешнюю характеристику синхронного генератора при активно-емкостной нагрузке (cos φ = 0,8). В этом случае напряжение на зажимах генератора несколько растет из-за намагничивающего действия реакции якоря.

Рис. 3. Внешние характеристики генератора переменного тока для различных нагрузок: 1 — активной, 2 — индуктивной, 3 емкостной

Регулировочная характеристика синхронного генератора

Регулировочная характеристика синхронного генератора выражает зависимость тока возбуждения i в генератора от нагрузки I при постоянстве действующего значения напряжения на зажимах генератора (U = const), постоянстве числа оборотов ротора генератора в минуту ( n = const) и постоянстве коэффициента мощности (cos φ = const).

На рис. 4 приведены три регулировочные характеристики синхронного генератора. Кривая 1 относится к случаю активной нагрузки (cos φ = 1 ) .

Рис. 4. Регулировочные характеристики генератора переменного тока для различных нагрузок: 1 — активной, 2 — индуктивной, 3 — емкостной

Здесь мы видим, что с ростом нагрузки I генератора ток возбуждения растет. Это понятно, так как с ростом нагрузки I увеличивается падение напряжения в активном сопротивлении якорной обмотки генератора и требуется увеличить электродвижущую силу Е генератора путем увеличения тока возбуждения i в , чтобы сохранить постоянство напряжения U.

Кривая 2 относится к случаю активно-индуктивной нагрузки при cos φ = 0 ,8 . Эта кривая поднимается круче, чем кривая 1, вследствие размагничивающего действия реакции якоря, снижающего величину электродвижущей силы Е, и, следовательно, напряжение U на зажимах генератора.

Кривая 3 относится к случаю активно-емкостной нагрузки при cos φ = 0,8. Эта кривая показывает, что с ростом нагрузки генератора требуется меньший ток возбуждения iв генератора для поддержания постоянства напряжения на его зажимах. Это понятно, так как в этом случае реакция якоря усиливает основной магнитный поток и, следовательно, способствует увеличению электродвижущей силы генератора и напряжения на его зажимах.

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

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Работа синхронного генератора в режиме холостого хода

Под холостым ходом будем принимать такой режим при котором с помощью приводного двигателя будем вращать индуктор синхронного генератора с частотой вращения n=n1.

Обмотку якоря оставим разомкнутой. В этом режиме магнитное поле в синхронном генераторе будет создаватся током возбуждения, протекающим по обмотке возбуждения.

Первый, это основной магнитный поток возбуждения, который сцепляется со всеми витками обмотки якоря и наводит в этой обмотке ЭДС Е0. Это ЭДС холостого хода обмотки якоря.

Если избавится в кривой этой ЭДС высшими гармониками, то тогда можно получить значение ЭДС Е0 для основной гармоники, изменяющейся по синусоидальному закону.

Ф𝑏 (2)Как видно из выражения эта ЭДС пропорциональна потоку возбуждения.

Для получения синусоидального ЭДС Е0 необходимо: распределить обмотку по фазам, выполнить укорочение обмотки, выполнить скос пазов на якоре.

Второй поток, это поток рассеивания Фов обмотки возбуждения. Этот поток сцеплен только с витками обмотки возбуждения.

В синхронных машинах к ЭДС и напряжениям предъявляются требования, что бы по форме эти величины приближались к синусоидальному распределению. В результате этого токи протекающие по фазам обмотки якоря будут также синусоидальны. В следствии этого суммарные потери генератора и потребителя будут минимальны, так как будут отсутствовать добавочные потери от высших гармоник.

В соответствии с ГОСТом ЭДС считается синусоидальным если коэффициент искажения равный

(𝟑).Для синхронных генераторов мощности до 100 кВ*А этот показатель составляет 10%.

Для получения синусоидального распределения ЭДС и напряжения необходимо что бы поле возбуждения приближалось также к синусоидальному распределению. Так как синхронные машины представлены двумя видами, то каждая из них конструктивно решается эта проблема.

Явнополюсная синхронная машина (рис. 3.5 методичка). Зазор между якорем и индуктором делается неравномерной, под срединой полюса зазор минимальный, а на краю полюса – максимальный.

Неявнополюсная синхронная машина (рис. 3.6 методичка). Как известно в этой конструкции воздушный зазор равномерный, между якорем и индуктором. Однако обмотка возбуждения укладывается, как известно, заполняя две третих всех пазов. В результате такой формы индуктора со свободной частью равной одной трети всех пазов. Распределение поля представляет трапецидальную форму, а огибающая этого поля приближается к синусоиде.

Амплитудное значение основных гармоник МДС и магнитной индукции в воздушном зазоре можно рассчитать по:

Для улучшения формы кривой поля возбуждения индуктор выполняет, как отмечалось, с неполным заполнением обмотки возбуждения в пазах индуктора. Кроме того, обмотку якоря выполняют с дробным числом пазов на полюс и фазу.

В режиме холостого хода важной характеристикой для синхронного генератора является характеристика холостого хода. Представляющая зависимость 𝐸 = 𝑓(𝐼𝑏) или 𝐸 = 𝑓(𝐹𝑏). Данная характеристика показана на (рис. 3.11 методичка). Данная характеристика носит нелинейный характер, что связано с насыщением магнитной системы в генераторе. При токе возбуждения равном нулю, в обмотке якоря наводится остаточная ЭДС 𝐸ост = Фост, которая наводится за счет наличия потока остаточного. Так как остаточный поток небольшой, то и ЭДС небольшая. Составляет 2-3% от номинального напряжения.

Используя характеристику холостого хода можно оценить степень насыщенности магнитной системы, для чего вводится понятие коэффициента насыщения (рис. 1).

Когда отрезок ab характеризует магнитодвижущую силу, которая необходима для проведения магнитного потока через воздушный зазор. Отрезок bc характеризует ту магнитодвижущую силу, которая необходима для проведения того же магнитного потока через стальные участки магнитной системы.

̅

Определив эти величины можно определить степень насыщения.

13.2. Холостой ход синхронного генератора

Режим работы генератора, при котором ток в обмотке якоря (статора) равен нулю, называется холостым ходом. При холостом ходе магнитный поток Ф создается только м. д. с. обмотки возбуждения. Этот поток, проходя через воздушный зазор, сцепляется с обмоткой якоря и при вращении индуктора наводит в каждой фазе обмотки якоря э. д. с. Форма кривой э. д. с., индуцированной в обмотке якоря при холостом ходе, должна быть возможно ближе к синусоиде. Напря­жение (э. д. с.) считается практически синусоидальным, если разность между ординатой действительной кривой напряжения и ординатой идеальной синусоиды в одной и той же точке не превышает 5 % для генераторов мощностью выше 1000 кВА и 10% для генераторов мощностью от 10 до 1000 кВА. Для получения близкой к синусоидаль­ной формы кривой напряжения (э. д. с.) необходимо, чтобы распреде­ление магнитного потока по окружности статора генератора было близким к синусоидальному. Для этого в неявнополюсных машинах обмотку возбуждения распределяют таким образом по окружности сердечника ротора, чтобы снизились амплитуды м. д. с. высших гармоник. В явнополюсных машинах этого добиваются, увеличивая зазор по краям полюсных наконечников. Обмотку якоря трехфазных генераторов обыч­но соединяют звездой, так как при этом отсутствуют третьи гармоники тока и третьи гармоники линейных напряжений, а также уменьшаются потери мощности в машине.

На рис. 13.3 показана схема синхронного генератора, вал ротора 3 которого с помощью первичного двигателя вращается с постоянной частотой n. Ток возбуждения IB, поступающий в обмотку ротора 4 от источника постоянного тока через контактные кольца 2, можно регулировать от нуля до определенного максимального значения, что позволяет изменять магнитный поток ротора в широких пределах. Изменение магнитного потока ротора дает возможность получать различные значения э. д. с., индуцируемых в фазах обмотки статора 1. При трехфазной обмотке статора в фазах индуцируются э. д. с., сдвинутые по фазе на угол 2π/3. Действующее значение синусоидальной э. д. с. Е, индуцируемой при холостом ходе в фазе статора, может быть рассчита­но, как и для асинхронных машин, по формуле

(13.3)

где kоб a — обмоточный коэффициент якоря; wa — число витков в фазе ста­тора, включенных последовательно; Ф — максимальный магнитный поток полюса ротора при токе возбуждения I; f1 — частота э. д. с. статора, определяемая по формуле (13.1).

Большое значение при анализе работы синхронного генератора имеет характеристика холостого хода, представляющая собой зависи­мость э. д. с. Е от тока возбуждения IВ при n = const (рис. 13.4, а). На рис. 13.4,б представлена векторная диаграмма, соответствующая этой характеристике. Согласно (13.3), при n = const (f1 = const) э. д. с. E пропорциональна Ф, значит, той же кривой рис. 13.4, а (но в другом масштабе) можно представить зависимость Ф = f(IB).

При малых значениях тока возбуждения магнитный поток мал, а значит, стальные участки магнитопровода машины не насыщены, благо­даря чему магнитное сопротивление этих участков незначительно. Магнитный поток в этом случае практически определяется магнитным сопротивлением воздушного зазора между ротором и статором, а характеристика ФB= (IB) [или в другом масштабе характеристика холостого хода Е = f(IB)] имеет линейную зависимость (линейный участок на рис. 13.4, а). По мере возрастания магнитного потока сталь­ные участки магнитопровода насыщаются и возрастает их магнитное сопротивление, а при индукции в стали более 1,7 —1,8 Тл сопротивле­ние этих участков настолько велико, что характеристика E = f(IB) становится нелинейной. Обычно номинальный режим синхронных гене­раторов соответствует «колену» кривойE = f(IB) (на рис. 13.4, а точка с координатами IВО и Eон).

Читайте также  Установка автоматический запуск генератора

Работа синхронного генератора при холостом ходе

Х.х. СГ – такой режим работы, при котором ток в обмотке якоря (статора) равен нулю. Следовательно, при х.х. магнитное поле генератора создается только МДС обмотки возбуждения.

Это поле состоит из двух полей: основное поле, магнитные линии которого проходят через воздушный зазор и сцепляются с обмоткой статора; поле рассеяния полюсов, магнитные линии которого сцепляются только с обмоткой возбуждения. Основному полю соответствует поток в воздушном зазоре Ф, который при вращении полюсов наводит в обмотке якоря ЭДС (важно, чтобы эта ЭДС была приближена к синусоиде, особенно для машин большой мощности).

Первая гармоническая ЭДС определяется как и для асинхронной машины , где и — число витков в фазе и обмоточный коэффициент обмотки якоря, -поток первой гармоники магнитного поля возбуждения.

Характеристика холостого хода.При небольшом токе возбуждения магнитный поток мал и стальные участки магнитопровода не насыщены. В этом случае магнитный поток определяется только магнитным сопротивлением воздушного зазора между ротором и статором, а характеристика х.х. или имеет вид прямой линии.

При возрастании потока увеличивается магнитное сопротивление стальных участков магнитопровода. При индукции стали 1,7 – 1,8 Тл магнитное сопротивление возрастает и характеристика х.х. становится нелинейной. Номинальный режим синхронного генератора приблизительно похож на «колено» кривой характеристики x.x., при этом коэффициент насыщения составляет 1,1 – 1,4 ( ).

Такой же вид имеет магнитная характеристика Ф=f(Fв).

Расчет магнитной цепи машины для различных значений потока Ф, а следовательно, ЭДС – воздушный зазор, зубцовый слой статора, ярмо статора, полюса (зубцовый слой ротора для неявнополюсной машины), ярмо ротора. Зная сечения этих участков, определяют индукцию в них. По кривым намагничивания для различных сортов стали находят напряженность поля Н. умножив Н на l находим магнитные напряжения, сумма которых определяет МДС обмотки возбуждения. Наибольшая МДС в воздушном зазоре 86-92% от суммарной МДС при Ео=Uн.

Для облегчения математического анализа работы СМ не учитывают нелинейность кривой х.х. – прямая 1 соответствует работе машины при отсутствии насыщения, прямая 2 — учитывает среднее насыщенное состояние магнитной цепи М.

В теории СМ используют систему относительных единиц. Основные параметры (I — ток, U — напряжение, Р — мощность , R-сопротивление) выражают в долях соответствующей базисной величины. В качестве базисной величины при построении характеристики х.х. принимают Uном машины и Iвo , при котором ЭДС . При этом относительное значение ЭДС и тока возбуждения ; .

Характеристики х.х. в о.е. для различных СГ при неодинаковых коэффициентах насыщения совпадают. Поэтому характеристику х.х. в о.е. можно принимать единой для всех генераторов; разница в базисных единицах и коэффициентах насыщения.

Форма кривой напряжения.

Напряжение, индуцированное в обмотке якоря при х.х., должно быть синусоидальным. Чтобы получить кривую напряжения, близкую к синусоидальному, желательно иметь в машине синусоидальное распределение магнитного поля.

Для этого в неявнополюсной машине обмотку возбуждения распределяют так, чтобы были уменьшены амплитуды МДС высших гармонических (как в АМ). В явнополюсных машинах это достигается путем увеличения зазора под краями полюсных наконечников.

Обмотку якоря выполняют распределенной с укороченным шагом (у ) Чтобы исключить третьи гармонические токи и уменьшить потери мощности в машине, обмотку якоря в трехфазных генераторах соединяют по схеме Y. (Укорачивать больше шаг нерационально, т.к. при существенно снижена первая гармоника.)

Это позволяет на выходе машины получить синусоидальное ЭДС, поэтому далее рассматривается поток только первой гармоники магнитного поля . Поток первой гармоники магнитного поля возбуждения ФВ называют потоком возбуждения или потоком взаимоиндукции.

Магнитное поле возбуждения характеризуется рядом коэффициентов, с помощью которых реальное распределение индукции в воздушном зазоре приводится к синусоидальному.

коэффициент формы кривой поля возбуждения: — отношение амплитуды первой гармоники индукции поля возбуждения в воздушном зазоре к амплитуде B действительного распределения этой индукции.

коэффициент потока возбуждения: — отношение потока Ф создаваемого обмоткой возбуждения в воздушном зазоре, к потоку первой гармоники Фв этого поля (потоку взаимной индукции)

Для неявнополюсной машины

При распределении обмотки по пазам и зависят только от относительной длины γ обмотанной части полюсного деления ротора τ, т.е. от коэффициента полюсного перекрытия γ

Для явнополюсной машины.

Форма распределения магнитного поля и коэффициент зависят от коэффициента формы воздушного зазора (он неравномерный).

§88. Режимы работы синхронного генератора и его характеристики

Холостой ход. Э. д. с, индуцированная в каждой фазе обмотки якоря синхронного генератора, при холостом ходе

cE — постоянная величина, зависящая от конструкции машины (числа витков обмотки якоря, числа полюсов и др.);

Фв — магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения.
Регулирование напряжения и частоты. Из формулы (88) следует, что регулировать э. д. с. (напряжение генератора) можно двумя способами: изменением частоты вращения п или изменением магнитного потока возбуждения Фв. Для изменения потока возбуждения в цепь обмотки возбуждения включают регулировочный реостат (см. рис. 284) или автоматически действующий регулятор напряжения, которые позволяют изменить ток возбуждения, поступающий в эту обмотку, а следовательно, и создаваемый ею поток. Регуляторы напряжения широко применяют для регулирования возбуждения генераторов, работающих при переменной частоте вращения, т. е. генераторов, приводимых во вращение от дизеля (на тепловозах) или от колесной пары (на пассажирских вагонах). При изменении частоты вращения п и нагрузки машины они автоматически изменяют ток возбуждения Iв, т. е. поток Фв, так, чтобы напряжение генератора было стабильным или изменялось по заданному закону.

Регулирование частоты f1, как следует из формулы (86), осуществляется изменением частоты вращения ротора.

Работа машины при нагрузке. При увеличении нагрузки синхронного генератора напряжение его изменяется. Это изменение происходит по двум причинам. При протекании тока нагрузки по обмотке якоря создается так же, как и в асинхронной машине, вращающееся магнитное поле, т. е. свой магнитный поток якоря Фя. Поток якоря Фя и поток возбуждения Фв вращаются с одинаковой частотой и создают, следовательно, некоторый результирующий поток Фрез = Фяв. В результате э. д. с. машины Е = сЕФрезn, т. е. будет отличаться от э. д. с. Е при холостом ходе.

Воздействие потока якоря на результирующий поток синхронной машины называется реакцией якоря. Так как под действием реакции якоря изменяется результирующий поток в машине, то и напряжение генератора будет зависеть от тока, проходящего по обмотке якоря, и его сдвига фаз относительно напряжения. Когда ток в обмотке якоря совпадает по фазе с э. д. с. холостого хода Е (рис. 288,а), поток Фя действует по поперечной оси машины q — q; он размагничивает одну половину каждого полюса и под-магничивает другую. Результирующий поток Фрез в этом случае из-за насыщения магнитной цепи машины несколько уменьшается по сравнению с Фв.

В случае когда ток в обмотке якоря отстает от Е на 90° (рис. 288, б), поток якоря Фя действует по продольной оси машины против Фв, т. е. уменьшает результирующий поток (размагничивает машину); если ток в обмотке якоря опережает Е на 90° (рис. 288, в), поток Фя совпадает по направлению с Фв, т. е. увеличивает поток Фрез (подмагничивает машину). Если ток якоря отстает или опережает э. д. с. Е на угол, меньший 90°, то это можно рассматривать как сочетание рассмотренных случаев. В общем случае если ток якоря отстает от напряжения, то реакция якоря действует размагничивающим образом. Она уменьшает результирующий поток и напряжение генератора. Когда ток опережает напряжение, то реакция якоря увеличивает результирующий поток и напряжение генератора.

Второй причиной изменения напряжения генератора при его нагрузке являются внутренние падения напряжения в обмотке

Читайте также  Шланг генератора форд транзит

Рис. 288. Реакция якоря синхронной машины при различном характере нагрузки

якоря — активное и реактивное. Эти падения напряжения возникают в синхронной машине по тем же причинам, что и в асинхронном двигателе и трансформаторе.

Внешние характеристики синхронного генератора (рис. 289) представляют собой зависимости изменения напряжения генератора U от тока нагрузки Iя при постоянных значениях т, Iв и cos?. Коэффициент мощности cos?, при котором работает генератор, определяется характером его нагрузки (соотношением между активным и реактивным сопротивлениями потребителей). При активной нагрузке напряжение генератора с ростом тока нагрузки уменьшается по кривой 2, а при активно-индуктивной — по кривой 1; чем больше угол сдвига фаз ? между током Iя и напряжением U, тем сильнее размагничивающее действие реакции якоря и тем ниже идет кривая напряжения. При активно-емкостной нагрузке, когда ток Iя опережает по фазе напряжение U, реакция якоря подмагничивает машину и напряжение U может даже возрастать по сравнению с U = E при холостом ходе (кривая 3).

В синхронных генераторах из-за значительной реакции якоря изменение напряжения во много раз больше, чем в трансформаторах. Обычно генераторы работают при cos? = 0,85-0,9 при отстающем токе, при этом ?U= 35-25% от Uном. При столь большом изменении напряжения для нормальной работы подключенных к генератору потребителей требуется применять специальные устройства для стабилизации его выходного напряжения, например быстродействующие регуляторы возбуждения.

Отдаваемая генератором мощность при одних и тех же значениях тока зависит от коэффициента мощности cos?, при котором работает генератор, т. е. от характера его нагрузки. Однако проводники генератора рассчитываются на определенный ток, а его изоляция и магнитная система — на определенное напряжение и магнитный поток независимо от cos ср нагрузки. По этой причине номинальной мощностью генератора считается его полная мощность S в киловольт-амперах (кВ*А), на которую рассчитана машина по условиям нагревания и длительной безаварийной работы. Регулировать активную мощность синхронного генератора при работе его на какую-либо нагрузку можно путем изменения сопротивления нагрузки или напряжения машины.

При передаче энергии от вала ротора синхронного генератора в обмотку статора в различных элементах машины возникают потери мощности (рис. 290). Потери имеют место в обмотках статора и ротора — электрические потери ?Рэл, в стали их сердечников — магнитные потери ?Рм и в трущихся элементах (подшипники, вентиляторы и пр.) — механические потери ?Рмх. К. п. д. синхронных машин находится в пределах от 0,85 до 0,95, т. е. имеет примерно те же значения, как и у асинхронных машин.

Короткое замыкание. При коротком замыкании синхронного генератора ток короткого замыкания Iк ограничивается внутренним сопротивлением обмотки якоря, которое имеет в основном индуктивный характер. Поэтому ток Iк отстает от напряжения

Рис. 289. Внешние характеристики синхронного генератора при различной нагрузке

Рис. 290. Энергетическая диаграмма синхронного генератора

на угол, близкий к 90°, и реакция якоря сильно размагничивает машину и резко уменьшает поток Фрез и э. д. с. генератора Е. В результате установившийся ток короткого замыкания в синхронных машинах сравнительно невелик (в некоторых машинах он меньше номинального), но из этого нельзя делать вывод, что короткое замыкание не опасно для генератора.

При внезапном коротком замыкании и уменьшении результирующего потока машины Фрез в обмотках возбуждения и демпферной индуцируются э. д. с. и возникают токи, которые согласно правилу Ленца препятствуют изменению потока Фрез. Поэтому этот поток и э. д. с. генератора уменьшаются сравнительно медленно, хотя машина уже замкнута накоротко. В результате ток в обмотке якоря в начальный момент короткого замыкания резко возрастает, а затем постепенно уменьшается. Наибольший ток Iк в начальный момент короткого замыкания называется ударным; он может превышать амплитуду номинального тока якоря в 10—15 раз.

Для ограничения ударного тока в цепь обмотки якоря иногда вводят дополнительную индуктивность (реактор).

Характеристики синхронного генератора

Свойства синхронного генератора определяются характеристиками холостого хода, короткого замыкания, внешними и регу­лировочными.

Характеристика холостого хода синхронного генератора.Представляет собой график зависимости напряжения на выходе генератора в режиме х.х. U1 = Е от тока возбуждения Iв.0 при n1 = const. Схема включения синхронного генератора для снятия характеристики х.х. приведена на рис. 20.9, а. Если характеристики х.х. различных синхронных генераторов изобразить в относительных единицах Е* = f (Iв*), то эти характеристики мало отличаются друг от друга и будут очень схожи с нормальной характеристикой х.х. (риc. 20.9, б), которую используют при расчетах синхронных машин:

E* 0,58 1,0 1,21 1,33 1,40 1,46 1,51
Iв* 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Здесь E* = Е / U1ном — относительная ЭДС фазы обмотки статора;

Iв* = Iв0 /Iв0ном — относительный ток возбуждения; Iв0ном — ток возбуждения в режиме х.х., соответствующий ЭДС х.х. Е = U1ном

Характеристика короткого замыкания.Характеристику трехфазного к.з. получают следующим образом: выводы обмотки статора замыкают накоротко (рис. 20.10, а) и при вращении ротора с частотой вращения n1 постепенно увеличивают ток возбуждения до значения, при котором ток к.з. превышает номинальный рабочий ток статорной обмотки не более чем на 25% (I = l,25 I1ном). Так как в этом случае ЭДС обмотки статора имеет значение, в несколько раз меньшее, чем в рабочем режиме генератора, и, следовательно, основной магнитный поток весьма мал, то магнитная цепь машины оказывается ненасыщенной. По этой причине ха­рактеристика к.з. представляет собой прямую линию (рис. 20.10, б). Активное сопротивление обмотки статора невелико по сравне­нию с ее индуктивным сопротивлением, поэтому, принимая r1 ≈ 0, можно считать, что при опыте к.з. нагрузка синхронного генерато­ра (его собственные обмотки) является чисто индуктивной. Из этого следует, что при опыте к.з. реакция якоря синхронного гене­ратора имеет продольно-размагничивающий характер (см. § 20.3).

Векторная диаграм­ма, построенная для ге­нератора при опыте трехфазного к.з., пред­ставлена на рис. 20.10, в. Из диаграммы вид­но, что ЭДС инду­цируемая в обмотке ста­тора, полностью урав­новешивается ЭДС продольной реакции якоря и ЭДС рассеяния .

Рис. 20.9. Опыт холостого хода синхронного генератора

При этом МДС обмотки возбуждения имеет как бы две со­ставляющие: одна ком­пенсирует падение на­пряжения , а дру­гая компенсирует раз­магничивающее влия­ние реакции якоря .

Характеристики к.з. и х.х. дают возможность определить значения токов возбуждения, со­ответствующие указан­ным составляющим МДС возбуждения. С этой целью характери­стики х.х. и к.з. строят в одних осях (рис. 20.11), при этом на оси ор­динат отмечают относительные значения напряжения х.х. Е* = E/ U1ном и тока к.з. Iк* = I/ I1ном. На оси ординат отклады­вают отрезок ОВ, выражающий в масштабе напряжения относительное значение ЭДС рассеяния . Затем точку В сносят на

Рис. 20.10. Опыт короткого замыкания син­хронного генератора

Рис. 20.11. Определение состав­ляющих тока к.з.

характеристику х.х. (точка В’) и опускают перпендикуляр B’D на ось абсцис. Полученная точка D разделила ток возбуждения Iв0ном на две части: Iвх — ток возбуждения, необходимый для компен­сации падения напряжения , и — ток возбуждения, компен­сирующий продольно-размагничивающую реакцию якоря.

Один из важных параметров синхронной машины — отно­шение короткого замыкания (ОКЗ), которое представляет собой отношение тока возбуж­дения Iв0ном, соответствующего номинальному напряжению при х.х., к току возбуждения Iв.к.ном соответствующему номиналь­ному току статора при опыте к.з. (рис. 20.10, б):

Для турбогенераторов ОКЗ = 0,4 ÷ 0,7; для гидрогене­раторов ОКЗ = 1,0 ÷ 1,4.

ОКЗ имеет большое практическое значение при оценке свойств синхронной машины: машины с малым ОКЗ менее устой­чивы при параллельной работе (см. гл. 21), имеют значительные колебания напряжения при изменениях нагрузки, но такие маши­ны имеют меньшие габариты и, следовательно, дешевле, чем ма­шины с большим ОКЗ.

Внешняя характеристика.Представляет собой зависимость напряжения на выводах обмотки статора от тока нагрузки: U1 = f (I1) при Iв = const; соs φ1, = const; n1 = nном = const. На рис. 10.12, а представлены внешние характеристики, соответствующие различным по характеру нагрузкам синхронного генератора.

При активной нагрузке (соs φ1 = 1) уменьшение тока нагрузки I1 сопровождается ростом напряжения U1, что объясняется уменьшением падения напряжения в обмотке статора и ослабле­нием размагничивающего действия реакции якоря по поперечной оси. При индуктивной нагрузке (cos φ1

Дата добавления: 2015-11-18 ; просмотров: 3015 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Яков Кузнецов/ автор статьи

Приветствую! Я являюсь руководителем данного проекта и занимаюсь его наполнением. Здесь я стараюсь собирать и публиковать максимально полный и интересный контент на темы связанные ремонтом автомобилей и подбором для них запасных частей. Уверен вы найдете для себя немало полезной информации. С уважением, Яков Кузнецов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
NEVINKA-INFO.RU
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: