Načini rada sinkronih generatora, radne karakteristike generatora

Glavne veličine koje karakteriziraju sinkroni generator su: terminalni napon U, punjenje I, prividna snaga P (kVa), okretaji rotora u minuti n, faktor snage cos φ.

Najvažnije karakteristike sinkronog generatora su sljedeće:

• karakteristika mirovanja,

• vanjska karakteristika,

• regulatorna karakteristika.

Karakteristika praznog hoda sinkronog generatora

Elektromotorna sila generatora proporcionalna je veličini magnetskog toka F koji stvara uzbudna struja iv i broju okretaja n rotora generatora u minuti:

E = cnF,

gdje je s — faktor proporcionalnosti.

Iako veličina elektromotorne sile sinkronog generatora ovisi o broju okretaja rotora, nemoguće ju je prilagoditi promjenom brzine vrtnje rotora, jer je frekvencija elektromotorne sile povezana s brojem okretaja rotora. okretaja rotora generatora, koji se mora održavati konstantnim.

Stoga ostaje jedini način za podešavanje veličine elektromotorne sile sinkronog generatora - to je promjena glavnog magnetskog toka F. Potonji se obično postiže podešavanjem pobudne struje iw pomoću reostata uvedenog u pobudni krug generatora. U slučaju da se uzbudni svitak napaja strujom iz istosmjernog generatora koji se nalazi na istoj osovini s ovim sinkronim generatorom, uzbudna struja sinkronog generatora podešava se promjenom napona na stezaljkama istosmjernog generatora.

Ovisnost elektromotorne sile E sinkronog generatora o uzbudnoj struji iw pri konstantnoj nazivnoj brzini rotora (n = const) i opterećenju jednakom nuli (1 = 0) naziva se karakteristika praznog hoda generatora.

Slika 1 prikazuje karakteristiku generatora u praznom hodu. Ovdje se uzlazna grana 1 krivulje uklanja kako struja iv raste od nule do ivm, a silazna grana 2 krivulje — kada se iv mijenja s ivm na iv = 0.

Riža. 1. Karakteristika praznog hoda sinkronog generatora

Divergencija između uzlazne 1 i silazne 2 grane objašnjava se rezidualnim magnetizmom. Što je veće područje ograničeno ovim granama, to su veći gubici energije u čeliku sinkronog generatora s preokretom magnetizacije.

Strmina porasta krivulje praznog hoda u njenom početnom ravnom dijelu karakterizira magnetski krug sinkronog generatora. Što je niža brzina protoka ampera u zračnim rasporima generatora, to će karakteristika praznog hoda generatora biti strmija, pod drugim uvjetima.

Vanjske karakteristike generatora

Napon na stezaljkama opterećenog sinkronog generatora ovisi o elektromotornoj sili E generatora, padu napona u aktivnom otporu njegovog namota statora, padu napona zbog elektromotorne sile disipacije samoindukcije Es i padu napona zbog reakcija armature.

Poznato je da disipativna elektromotorna sila Es ovisi o disipativnom magnetskom toku Fc, koji ne prodire kroz magnetske polove rotora generatora i stoga ne mijenja stupanj magnetizacije generatora. Disipativna elektromotorna sila samoindukcije Es generatora je relativno mala i stoga se može praktički zanemariti.Sukladno tome, onaj dio elektromotorne sile generatora koji kompenzira disipatnu elektromotornu silu samoindukcije Es može se smatrati praktički jednakim nuli. .

Odziv armature ima osjetniji učinak na način rada sinkronog generatora, a posebno na napon na njegovim stezaljkama. Stupanj ovog utjecaja ne ovisi samo o veličini opterećenja generatora, već io prirodi opterećenja.

Najprije razmotrimo učinak reakcije armature sinkronog generatora za slučaj kada je opterećenje generatora čisto aktivno. U tu svrhu uzimamo dio kruga radnog sinkronog generatora prikazanog na sl. 2, a. Ovdje je prikazan dio statora s jednom aktivnom žicom na armaturnom namotu i dio rotora s nekoliko njegovih magnetskih polova.

Riža. 2. Utjecaj reakcije armature na opterećenja: a — aktivna, b — induktivna, c — kapacitivna priroda

U ovom trenutku sjeverni pol jednog od elektromagneta koji rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu upravo prolazi ispod aktivne žice namota statora.

Elektromotorna sila inducirana u ovoj žici usmjerena je prema nama iza ravnine crteža. A budući da je opterećenje generatora čisto aktivno, struja namota armature Iz je u fazi s elektromotornom silom. Dakle, u aktivnom vodiču namota statora struja teče prema nama zbog ravnine crteža.

Linije magnetskog polja koje stvaraju elektromagneti prikazane su ovdje punim linijama, a linije magnetskog polja koje stvara struja žice namota armature prikazane su ovdje. - isprekidana linija.

Ispod na sl. 2, a prikazuje vektorski dijagram magnetske indukcije rezultirajućeg magnetskog polja koji se nalazi iznad sjevernog pola elektromagneta. Ovdje vidimo da magnetska indukcija V glavno magnetsko polje koje stvara elektromagnet ima radijalni smjer, a magnetska indukcija VI magnetskog polja struje namota armature usmjerena je udesno i okomito na vektor V.

Rezultirajuća magnetska indukcija Rez je usmjeren prema gore i udesno. To znači da je došlo do nekog izobličenja donjeg magnetskog polja kao rezultat dodavanja magnetskih polja. Lijevo od Sjevernog pola nešto je oslabio, a desno malo porastao.

Lako je vidjeti da se radijalna komponenta rezultirajućeg vektora magnetske indukcije, o kojoj bitno ovisi veličina inducirane elektromotorne sile generatora, nije promijenila. Stoga reakcija armature pod čisto aktivnim opterećenjem generatora ne utječe na veličinu elektromotorne sile generatora.To znači da je pad napona na generatoru s čisto aktivnim opterećenjem uzrokovan isključivo padom napona na aktivnom otporu generatora ako zanemarimo elektromotornu silu samoindukcije curenja.

Pretpostavimo sada da je opterećenje na sinkronom generatoru čisto induktivno. U ovom slučaju struja Az zaostaje za elektromotornom silom E za kut π / 2... To znači da se maksimalna struja u vodiču pojavljuje nešto kasnije od maksimalne elektromotorne sile. Dakle, kada struja u žici namota armature dosegne svoju maksimalnu vrijednost, sjeverni pol N više neće biti ispod ove žice, već će se pomaknuti malo dalje u smjeru vrtnje rotora, kao što je prikazano na sl. 2, b.

U tom slučaju magnetske linije (točkaste linije) magnetskog toka namota kotve zatvorene su kroz dva susjedna suprotna pola N i S i usmjerene su na magnetske linije glavnog magnetskog polja generatora stvorenog magnetskim polovima. To dovodi do činjenice da glavni magnetski put nije samo iskrivljen, već postaje i malo slabiji.

Na sl. 2.6 prikazuje vektorski dijagram magnetskih indukcija: glavnog magnetskog polja B, magnetskog polja uslijed reakcije armature Vi i rezultirajućeg magnetskog polja Vres.

Ovdje vidimo da je radijalna komponenta magnetske indukcije rezultirajućeg magnetskog polja postala manja od magnetske indukcije B glavnog magnetskog polja za vrijednost ΔV. Stoga je inducirana elektromotorna sila također smanjena jer je posljedica radijalne komponente magnetske indukcije.To znači da će napon na stezaljkama generatora, pod istim uvjetima, biti manji od napona pri čisto aktivnom opterećenju generatora.

Ako generator ima čisto kapacitivno opterećenje, struja u njemu vodi fazu elektromotorne sile za kut od π / 2... Struja u žicama armaturnog namota generatora sada doseže maksimum ranije od elektromotorne sila E. Stoga, kada struja u žici namota sidra (slika 2, c) dosegne svoju maksimalnu vrijednost, sjeverni pol N još uvijek neće primiti ovu žicu.

U ovom slučaju, magnetske linije (točkaste linije) magnetskog toka namota armature zatvorene su kroz dva susjedna suprotna pola N i S i usmjerene duž putanje s magnetskim linijama glavnog magnetskog polja generatora. To dovodi do činjenice da glavno magnetsko polje generatora nije samo iskrivljeno, već i donekle pojačano.

Na sl. 2, c prikazuje vektorski dijagram magnetske indukcije: glavno magnetsko polje V, magnetsko polje uslijed reakcije armature Vya i rezultirajuće magnetsko polje Bres. Vidimo da je radijalna komponenta magnetske indukcije rezultirajućeg magnetskog polja postala veća od magnetske indukcije B glavnog magnetskog polja za iznos ΔB. Stoga je povećana i induktivna elektromotorna sila generatora, što znači da će napon na stezaljkama generatora, uz sve ostale iste uvjete, postati veći od napona pri čisto induktivnom opterećenju generatora.

Utvrdivši utjecaj reakcije armature na elektromotornu silu sinkronog generatora za opterećenja različite prirode, prelazimo na pojašnjenje vanjskih karakteristika generatora.Vanjska karakteristika sinkronog generatora je ovisnost napona U na njegovim stezaljkama o opterećenju I pri konstantnoj brzini vrtnje rotora (n = const), konstantnoj struji uzbude (iv = const) i stalnosti faktora snage (cos φ = konst).

Na sl. 3 dane su vanjske karakteristike sinkronog generatora za opterećenja različite prirode. Krivulja 1 izražava vanjsku karakteristiku pod aktivnim opterećenjem (cos φ = 1,0). U ovom slučaju, napon na stezaljkama generatora pada kada se opterećenje promijeni iz praznog hoda u nominalno unutar 10 — 20% napona generatora bez opterećenja.

Krivulja 2 izražava vanjsku karakteristiku s otporno-induktivnim opterećenjem (cos φ = 0, osam). U tom slučaju napon na stezaljkama generatora brže pada zbog demagnetizirajućeg učinka reakcije armature. Kada se opterećenje generatora promijeni iz praznog hoda u nominalno, napon pada unutar 20 — 30% napona praznog hoda.

Krivulja 3 izražava vanjsku karakteristiku sinkronog generatora pri aktivno-kapacitivnom opterećenju (cos φ = 0,8). U ovom slučaju, napon na stezaljkama generatora se nešto povećava zbog magnetizirajućeg djelovanja reakcije armature.

Riža. 3. Vanjske karakteristike alternatora za različita opterećenja: 1 — aktivno, 2 — induktivno, 3 kapacitivno

Regulacijska karakteristika sinkronog generatora

Regulacijska karakteristika sinkronog generatora izražava ovisnost struje polja i u generatoru o opterećenju I uz konstantnu efektivnu vrijednost napona na stezaljkama generatora (U = const), konstantan broj okretaja rotora generatora u minuti (n = const) i stalnost faktora snage (cos φ = const).

Na sl.4 date su tri karakteristike regulacije sinkronog generatora. Krivulja 1 odnosi se na slučaj aktivnog opterećenja (jer je φ = 1).

Riža. 4. Karakteristike upravljanja alternatorom za različita opterećenja: 1 — aktivno, 2 — induktivno, 3 — kapacitivno

Ovdje vidimo da s povećanjem opterećenja I na generatoru raste uzbudna struja. To je razumljivo, jer s povećanjem opterećenja I raste pad napona u aktivnom otporu namota armature generatora, pa je potrebno povećati elektromotornu silu E generatora povećanjem struje uzbude iv. održavati napon konstantnim U .

Krivulja 2 odnosi se na slučaj aktivno-induktivnog opterećenja pri cos φ = 0,8... Ova krivulja raste strmije od krivulje 1, zbog demagnetizacije reakcije armature, što smanjuje veličinu elektromotorne sile E i stoga napon U na stezaljkama generatora.

Krivulja 3 odnosi se na slučaj aktivno-kapacitivnog opterećenja pri cos φ = 0,8. Ova krivulja pokazuje da kako se opterećenje generatora povećava, manja je struja uzbude i potrebna u generatoru za održavanje konstantnog napona na njegovim stezaljkama. To je razumljivo, jer u ovom slučaju reakcija armature povećava glavni magnetski tok i stoga pridonosi povećanju elektromotorne sile generatora i napona na njegovim stezaljkama.