Načini delovanja sinhronskih generatorjev, značilnosti delovanja generatorjev

Glavne količine, ki označujejo sinhronski generator, so: priključna napetost U, polnjenje I, navidezna moč P (kVa), vrtljaji rotorja na minuto n, faktor moči cos φ.

Najpomembnejše značilnosti sinhronskega generatorja so naslednje:

• karakteristika prostega teka,

• zunanja lastnost,

• regulacijsko lastnost.

Karakteristika prostega teka sinhronskega generatorja

Elektromotorna sila generatorja je sorazmerna z velikostjo magnetnega pretoka Ф, ki ga ustvari vzbujevalni tok iv, in številom vrtljajev n rotorja generatorja na minuto:

E = cnF,

kjer je s — faktor sorazmernosti.

Čeprav je velikost elektromotorne sile sinhronskega generatorja odvisna od števila vrtljajev rotorja, je nemogoče prilagajati s spreminjanjem hitrosti vrtenja rotorja, ker je frekvenca elektromotorne sile povezana s številom vrtljajev rotorja. vrtljajev rotorja generatorja, ki morajo biti konstantni.

Zato ostaja edini način za prilagoditev velikosti elektromotorne sile sinhronskega generatorja - to je sprememba glavnega magnetnega pretoka F. Slednje običajno dosežemo s prilagoditvijo vzbujalnega toka iw z uporabo reostata, ki je vnesen v vzbujevalni tokokrog generatorja. V primeru, da se vzbujalna tuljava napaja s tokom iz generatorja enosmernega toka, ki se nahaja na isti gredi s tem sinhronskim generatorjem, se vzbujevalni tok sinhronskega generatorja prilagaja s spreminjanjem napetosti na sponkah generatorja enosmernega toka.

Odvisnost elektromotorne sile E sinhronskega generatorja od vzbujalnega toka iw pri konstantni nazivni hitrosti rotorja (n = const) in obremenitvi, enaki nič (1 = 0), se imenuje karakteristika prostega teka generatorja.

Slika 1 prikazuje karakteristiko generatorja v prostem teku. Tukaj se naraščajoča veja 1 krivulje odstrani, ko se tok iv poveča od nič do ivm, in padajoča veja 2 krivulje — ko se iv spremeni iz ivm v iv = 0.

riž. 1. Karakteristika prostega teka sinhronskega generatorja

Razhajanje med naraščajočo 1 in padajočo 2 vejo je razloženo s preostalim magnetizmom. Večje kot je območje, ki ga omejujejo te veje, večje so izgube energije v jeklu sinhronskega generatorja za obračanje magnetizacije.

Strmina dviga krivulje prostega teka v njenem začetnem ravnem delu označuje magnetno vezje sinhronskega generatorja. Čim nižja je stopnja pretoka amper-obrat v zračnih režah generatorja, bolj strma bo karakteristika prostega teka generatorja pod drugimi pogoji.

Zunanje značilnosti generatorja

Končna napetost obremenjenega sinhronskega generatorja je odvisna od elektromotorne sile E generatorja, padca napetosti v aktivnem uporu njegovega statorskega navitja, padca napetosti zaradi disipacijske samoindukcijske elektromotorne sile Es in padca napetosti zaradi reakcija armature.

Znano je, da je disipativna elektromotorna sila Es odvisna od disipativnega magnetnega pretoka Fc, ki ne prodre skozi magnetne polov rotorja generatorja in zato ne spremeni stopnje magnetizacije generatorja. Disipativna samoindukcijska elektromotorna sila Es generatorja je razmeroma majhna in jo je zato mogoče praktično zanemariti, zato lahko tisti del elektromotorne sile generatorja, ki kompenzira disipativno samoindukcijsko elektromotorno silo Es, štejemo za praktično enak nič. .

Odziv armature bolj opazno vpliva na način delovanja sinhronskega generatorja in še posebej na napetost na njegovih sponkah. Stopnja tega vpliva ni odvisna le od velikosti obremenitve generatorja, ampak tudi od narave obremenitve.

Najprej razmislimo o učinku reakcije armature sinhronskega generatorja za primer, ko je obremenitev generatorja povsem aktivna. V ta namen vzamemo del vezja delujočega sinhronskega generatorja, prikazanega na sl. 2, a. Tukaj je prikazan del statorja z eno aktivno žico na navitju armature in del rotorja z več njegovimi magnetnimi poli.

riž. 2. Vpliv reakcije armature pri obremenitvah: a - aktivna, b - induktivna, c - kapacitivna narava

V obravnavanem trenutku gre severni pol enega od elektromagnetov, ki se vrtijo v nasprotni smeri urinega kazalca z rotorjem, pravkar pod aktivno žico statorskega navitja.

V tej žici inducirana elektromotorna sila je za ravnino risbe usmerjena proti nam. In ker je obremenitev generatorja čisto aktivna, je tok navitja armature Iz v fazi z elektromotorno silo. Zato v aktivnem vodniku statorskega navitja teče tok proti nam zaradi ravnine risbe.

Magnetne silnice, ki jih ustvarjajo elektromagneti, so tukaj prikazane s polnimi črtami, magnetne silnice, ki jih ustvarja tok žice za navijanje armature, pa so prikazane tukaj. - pikčasta črta.

Spodaj na sl. 2, a prikazuje vektorski diagram magnetne indukcije nastalega magnetnega polja, ki se nahaja nad severnim polom elektromagneta. Tukaj vidimo, da ima magnetna indukcija V glavno magnetno polje, ki ga ustvari elektromagnet, radialno smer, magnetna indukcija VI magnetnega polja toka navitja armature pa je usmerjena v desno in pravokotno na vektor V.

Nastala magnetna indukcija. Rez je usmerjen navzgor in v desno. To pomeni, da je zaradi dodajanja magnetnih polj prišlo do nekega popačenja spodnjega magnetnega polja. Levo od severnega tečaja je nekoliko oslabela, desno pa nekoliko narasla.

Lahko vidimo, da se radialna komponenta nastalega vektorja magnetne indukcije, od katere je v bistvu odvisna velikost inducirane elektromotorne sile generatorja, ni spremenila. Zato reakcija armature pod čisto aktivno obremenitvijo generatorja ne vpliva na velikost elektromotorne sile generatorja.To pomeni, da je padec napetosti na generatorju s čisto aktivnim bremenom posledica izključno padca napetosti na aktivnem uporu generatorja, če zanemarimo elektromotorno silo samoindukcije uhajanja.

Predpostavimo, da je obremenitev sinhronskega generatorja povsem induktivna. V tem primeru tok Az zaostaja za elektromotorno silo E za kot π / 2 ... To pomeni, da se največji tok pojavi v prevodniku malo kasneje kot največja elektromotorna sila. Torej, ko tok v žici navitja armature doseže največjo vrednost, severni pol N ne bo več pod to žico, ampak se bo premaknil nekoliko dlje v smeri vrtenja rotorja, kot je prikazano na sl. 2, b.

V tem primeru so magnetne črte (črtkane črte) magnetnega pretoka navitja armature zaprte skozi dva sosednja nasprotna pola N in S in so usmerjene na magnetne črte glavnega magnetnega polja generatorja, ki ga ustvarjajo magnetni poli. To vodi k dejstvu, da glavna magnetna pot ni samo popačena, ampak postane tudi nekoliko šibkejša.

Na sl. 2.6 prikazuje vektorski diagram magnetnih indukcij: glavnega magnetnega polja B, magnetnega polja zaradi armaturne reakcije Vi in nastalega magnetnega polja Vres.

Tukaj vidimo, da je radialna komponenta magnetne indukcije nastalega magnetnega polja postala manjša od magnetne indukcije B glavnega magnetnega polja za vrednost ΔV. Zato se zmanjša tudi inducirana elektromotorna sila, ker je posledica radialne komponente magnetne indukcije.To pomeni, da bo napetost na sponkah generatorja, če so druge stvari enake, manjša od napetosti pri čisto aktivni obremenitvi generatorja.

Če ima generator čisto kapacitivno obremenitev, tok v njem vodi fazo elektromotorne sile za kot π / 2 ... Tok v žicah armaturnega navitja generatorja zdaj doseže maksimum prej kot elektromotorna sila E. Torej, ko tok v žici navitja sidra (slika 2, c) doseže največjo vrednost, severni pol N še vedno ne bo sprejel te žice.

V tem primeru so magnetne črte (črtkane črte) magnetnega pretoka navitja armature zaprte skozi dva sosednja nasprotna pola N in S in so usmerjene vzdolž poti z magnetnimi črtami glavnega magnetnega polja generatorja. To vodi do dejstva, da glavno magnetno polje generatorja ni le popačeno, ampak tudi nekoliko ojačano.

Na sl. 2, c prikazuje vektorski diagram magnetne indukcije: glavno magnetno polje V, magnetno polje zaradi reakcije armature Vya in posledično magnetno polje Bres. Vidimo, da je radialna komponenta magnetne indukcije nastalega magnetnega polja postala večja od magnetne indukcije B glavnega magnetnega polja za količino ΔB. Zato se je povečala tudi induktivna elektromotorna sila generatorja, kar pomeni, da bo napetost na sponkah generatorja ob nespremenjenih pogojih postala večja od napetosti pri čisto induktivni obremenitvi generatorja.

Ko smo ugotovili vpliv reakcije armature na elektromotorno silo sinhronskega generatorja za obremenitve različne narave, nadaljujemo z razjasnitvijo zunanjih značilnosti generatorja.Zunanja značilnost sinhronskega generatorja je odvisnost napetosti U na njegovih sponkah od bremena I pri konstantni hitrosti rotorja (n = const), konstantnem vzbujalnem toku (iv = const) in konstantnosti faktorja moči (cos φ = const).

Na sl. 3 so podane zunanje značilnosti sinhronskega generatorja za obremenitve različne narave. Krivulja 1 izraža zunanjo karakteristiko pri aktivni obremenitvi (cos φ = 1,0). V tem primeru napetost na sponki generatorja pade, ko se obremenitev spremeni iz prostega teka v nazivno znotraj 10–20 % napetosti generatorja brez obremenitve.

Krivulja 2 izraža zunanjo karakteristiko z uporovno-induktivno obremenitvijo (cos φ = 0, osem). V tem primeru napetost na sponkah generatorja pada hitreje zaradi razmagnetnega učinka reakcije armature. Ko se obremenitev generatorja spremeni iz prostega teka v nazivno, napetost pade na 20–30 % napetosti v prostem teku.

Krivulja 3 izraža zunanjo karakteristiko sinhronskega generatorja pri aktivno-kapacitivni obremenitvi (cos φ = 0,8). V tem primeru se napetost na sponki generatorja nekoliko poveča zaradi magnetnega delovanja reakcije armature.

riž. 3. Zunanje značilnosti alternatorja za različne obremenitve: 1 — aktivno, 2 — induktivno, 3 kapacitivno

Regulacijska karakteristika sinhronskega generatorja

Krmilna karakteristika sinhronskega generatorja izraža odvisnost toka polja i v generatorju od obremenitve I s konstantno efektivno vrednostjo napetosti na sponkah generatorja (U = const), konstantnim številom vrtljajev rotorja generatorja na minuto (n = const) in konstantnost faktorja moči (cos φ = const).

Na sl.4 so podane tri krmilne karakteristike sinhronskega generatorja. Krivulja 1 se nanaša na primer aktivne obremenitve (ker je φ = 1).

riž. 4. Krmilne značilnosti alternatorja za različne obremenitve: 1 — aktivno, 2 — induktivno, 3 — kapacitivno

Tukaj vidimo, da se s povečevanjem obremenitve I na generatorju povečuje vzbujevalni tok. To je razumljivo, saj se s povečanjem obremenitve I poveča padec napetosti v aktivnem uporu navitja armature generatorja, zato je potrebno povečati elektromotorno silo E generatorja s povečanjem vzbujalnega toka iv. ohranite konstantno napetost U.

Krivulja 2 se nanaša na primer aktivno-induktivne obremenitve pri cos φ = 0,8... Ta krivulja se dviga strmeje kot krivulja 1, zaradi razmagnetenja reakcije armature, ki zmanjša velikost elektromotorne sile E in zato napetost U na sponkah generatorja.

Krivulja 3 se nanaša na primer aktivno-kapacitivnega bremena pri cos φ = 0,8. Ta krivulja kaže, da ko se obremenitev generatorja poveča, je v generatorju potreben manjši vzbujalni tok i za vzdrževanje konstantne napetosti na njegovih sponkah. To je razumljivo, saj v tem primeru reakcija armature poveča glavni magnetni tok in s tem prispeva k povečanju elektromotorne sile generatorja in napetosti na njegovih sponkah.