Синхронный генератор (стр. 1 из 2)

Синхронный генератор

1 Характеристики генератора

О свойствах синхронного генератора (СГ) судят по его характеристикам:

1. Характеристика холостого хода: E(I_в) при I=0 и при n= n_ном.

При I_в=0 остаточным магнитным потоком наводится небольшая ЭДС E_х.

При

(т.к. ).

Наступает насыщение магнитопровода – излом кривой. Точка (U_ном, I_{в ном}) расположена до насыщения – так проектируют СГ.

2. Внешняя характеристика: U(I) при I_в = I_{в ном}; cosj=const; n= n_ном.

При I=0 U= U₀.

С ростом тока I при активной нагрузке напряжение U падает.

Изменение напряжения происходит в основном из-за реакции якоря. Если нагрузка активная, то поток изменяется незначительно.

При активно-индуктивной нагрузке реакция якоря – продольно-размагничивающая. Поток изменяется значительно, что приводит к сильному изменению напряжения.

При активно-емкостной нагрузке реакция якоря будет продольно-намагничивающая, поток будет возрастать, что приводит к небольшому увеличению напряжения.

Стабилизация напряжения достигается регулированием тока возбуждения.

3. Регулировочная характеристика: I_в (I) при U =const; cosj=const; n= n_ном. U= U_ном.

Эта характеристика показывает, как надо регулировать ток возбуждения при изменении нагрузки СГ, чтобы напряжение на его зажимах оставалось неизменным (искусственная характеристика).

Обычно регулировка напряжения, для того, чтобы U =const оставалось неизменным при изменении нагрузки I, осуществляется автоматически по схеме, где ТТ – трансформатор тока; Т – понижающий трансформатор.

Принцип регулирования:

При увеличении нагрузки I напряжение U падает (по внешней характеристике), но при этом ток I_у возрастает, что приводит к увеличению тока возбудителя I_в и к увеличению магнитного потока F, ЭДС и напряжения U.

2 Потери и КПД синхронного генератора

В СГ преобразование механической энергии в электрическую сопровождается потерями энергии. К синхронному генератору со стороны вала подведена механическая мощность P₁.

В роторе и статоре имеются следующие потери:

1)

потери на возбуждение; R_в – сопротивление цепи возбуждения.

2)

- механические потери, вызванные всеми видами трения;

3)

- потери магнитные в сердечнике статора (перемагничивание и вихревые токи);

,

(3 в формуле т.к. 3 фазы). Эта электромагнитная мощность передается на статор.

4)

- потери в обмотке статора: .

P₂ – полезная мощность, отдаваемая в сеть.

Потери

, , - постоянные (не зависят от нагрузки) и составляют потери холостого хода ХХ синхронного генератора.

,

где

- сумма всех потерь в СГ.

.

Из этой формулы следует, что КПД зависит от cosj.

КПД СГ зависит не только от мощности нагрузки, но и от коэффициента мощности cosj.

КПД СГ достигает 98-99 %.

Для этих генераторов применяют охлаждение газообразным водородом, водой и др.

Регулирование активной мощности. Угловые характеристики

Электромагнитная мощность равна

.

Но из подобия треугольников расставляем углы на векторной диаграмме. Катет bd равен:

.

ac^E₀, bc^I, значит угол bca = Y. Отсюда:

.

Подставляем это значение в формулу (*) получаем:

При неизменном токе возбуждения I_в =const.

СГ включен в сеть и обеспечивает U=U_сети=const.

Момент

, где . Но

Поэтому

. ,

где

- угловая скорость вращения СГ;

w - угловая частота тока;

p – число пар полюсов СГ.

,

.

Зависимость P_эм(q) или M_эм(q) – называется угловыми характеристиками СГ.

q - характеризует устойчивость СГ.

; .

Положительное значение q соответствует генераторному режиму.

При q=const увеличение тока возбуждения I_в СГ приводит к возрастанию электромагнитной мощности P_эм.

Если угол q отрицательный – это соответствует режиму работы синхронной машины в двигательном режиме.

В режиме генератора M_эм противодействует вращению ротора, т.е. является тормозным.

В режиме генератора поле ротора ведущее, а поле статора – ведомое. В режиме двигателя – наоборот.

При увеличении момента силовые линии все больше деформируются (растягиваются), растет угол q.

Если q > 90°, то силовые линии рвутся, магнитная сила между ротором и статором нарушается, ротор вращается как болванка, т.к. он ничего не вращает. Это явление называется выпаданием из синхронизма.

При

- синхронный генератор работает устойчиво.

Изменение мощности параллельно работающего с сетью СГ достигается воздействием на первичный приводной двигатель.

Пусть СГ работал при угле q₁. После увеличения подачи пара ротор ускорился, и угол q возрос, т.к. увеличился момент приводного двигателя.

Когда угол q возрос, то увеличился тормозной момент и при определенном угле q₂ снова наступит равновесие моментов при новой мощности. Значит мы увеличили мощность.

При чрезмерном увеличении момента приводного двигателя тормозной момент не достигнет такой большой величины, т.е. они не уравновесятся и СГ выпадет из синхронизма.

- синхронизирующая мощность. Она показывает, насколько устойчив СГ при данном угле q.

3 Устойчивость синхронного генератора

От нас зависит, где мы будем работать, при каком угле q. При малом угле q мала мощность P; если q большой, то мы можем перегрузить СГ и он выпадет из синхронизма. Выбирают

.

- статическая перегрузочная способность СГ.

Так как

, то или .

Обычно

.

Таким образом, для того, чтобы повысить статическая перегрузочная способность К_с надо повысить максимальную мощность P_max. А для этого нужно уменьшить X_c.

Но индуктивное сопротивление

,