Sinhrono ģeneratoru darbības režīmi, ģeneratoru darbības raksturlielumi

Galvenie lielumi, kas raksturo sinhrono ģeneratoru, ir: spailes spriegums U, uzlāde I, šķietamā jauda P (kVa), rotora apgriezieni minūtē n, jaudas koeficients cos φ.

Sinhronā ģeneratora svarīgākie raksturlielumi ir šādi:

• tukšgaitas raksturlielums,

• ārējā īpašība,

• regulējošā īpašība.

Sinhronā ģeneratora bezslodzes raksturlielums

Ģeneratora elektromotora spēks ir proporcionāls magnētiskās plūsmas Ф lielumam, ko rada ierosmes strāva iv, un ģeneratora rotora apgriezienu skaitam n minūtē:

E = cnF,

kur s — proporcionalitātes koeficients.

Lai gan sinhronā ģeneratora elektromotora spēka lielums ir atkarīgs no rotora apgriezienu skaita, to nav iespējams regulēt, mainot rotora griešanās ātrumu, jo elektromotora spēka frekvence ir saistīta ar rotora apgriezienu skaitu. ģeneratora rotora apgriezieni, kas tiek uzturēti nemainīgi.

Tāpēc paliek vienīgais veids, kā regulēt sinhronā ģeneratora elektromotora spēka lielumu — tās ir galvenās magnētiskās plūsmas F izmaiņas. Pēdējo parasti panāk, regulējot ierosmes strāvu iw, izmantojot ierosmes ķēdē ievietotu reostatu. no ģeneratora. Gadījumā, ja ierosmes spole tiek piegādāta ar strāvu no līdzstrāvas ģeneratora, kas atrodas uz vienas vārpstas ar šo sinhrono ģeneratoru, sinhronā ģeneratora ierosmes strāva tiek regulēta, mainot spriegumu līdzstrāvas ģeneratora spailēs.

Sinhronā ģeneratora elektromotora spēka E atkarību no ierosmes strāvas iw pie nemainīga nominālā rotora ātruma (n = const) un slodzes, kas vienāda ar nulli (1 = 0), sauc par ģeneratora tukšgaitas raksturlielumu.

1. attēlā parādīts ģeneratora tukšgaitas raksturlielums. Šeit tiek noņemts līknes augošais zars 1, kad strāva iv palielinās no nulles līdz ivm, un lejupejošā līknes 2. atzars, kad iv mainās no ivm uz iv = 0.

Rīsi. 1. Sinhronā ģeneratora tukšgaitas raksturlielums

Atšķirība starp augošo 1 un dilstošo 2 zaru ir izskaidrojama ar atlikušo magnētismu. Jo lielāks laukums, ko ierobežo šie zari, jo lielāki enerģijas zudumi magnetizācijas reversā sinhronā ģeneratora tēraudā.

Tukšgaitas līknes kāpuma stāvums tās sākotnējā taisnajā posmā raksturo sinhronā ģeneratora magnētisko ķēdi. Jo mazāks ir ampēra apgriezienu plūsmas ātrums ģeneratora gaisa spraugās, jo stāvāks būs ģeneratora tukšgaitas raksturlielums citos apstākļos.

Ģeneratora ārējie raksturlielumi

Noslogota sinhronā ģeneratora spaiļu spriegums ir atkarīgs no ģeneratora elektromotora spēka E, sprieguma krituma tā statora tinuma aktīvajā pretestībā, sprieguma krituma no izkliedes pašindukcijas elektromotora spēka Es un sprieguma krituma, ko izraisa armatūras reakcija.

Ir zināms, ka izkliedējošais elektromotora spēks Es ir atkarīgs no izkliedējošās magnētiskās plūsmas Fc, kas neiekļūst ģeneratora rotora magnētiskajos polos un tāpēc nemaina ģeneratora magnetizācijas pakāpi. Ģeneratora izkliedējošās pašindukcijas elektrodzinējspēks Es ir salīdzinoši mazs, tāpēc to praktiski var neņemt vērā. Attiecīgi to ģeneratora elektromotora spēka daļu, kas kompensē izkliedējošās pašindukcijas elektromotora spēku Es var uzskatīt praktiski vienādu ar nulli. .

Armatūras reakcijai ir pamanāmāka ietekme uz sinhronā ģeneratora darbības režīmu un jo īpaši uz spriegumu tā spailēs. Šīs ietekmes pakāpe ir atkarīga ne tikai no ģeneratora slodzes lieluma, bet arī no slodzes veida.

Vispirms apskatīsim sinhronā ģeneratora armatūras reakcijas ietekmi gadījumā, ja ģeneratora slodze ir tīri aktīva. Šim nolūkam mēs ņemam daļu no strādājoša sinhronā ģeneratora ķēdes, kas parādīta attēlā. 2, a. Šeit ir parādīta statora daļa ar vienu aktīvo vadu uz armatūras tinuma un rotora daļa ar vairākiem tā magnētiskajiem poliem.

Rīsi. 2. Armatūras reakcijas ietekme uz slodzēm: a — aktīvs, b — induktīvs, c — kapacitatīvs raksturs

Konkrētajā brīdī viena elektromagnēta ziemeļpols, kas griežas pretēji pulksteņrādītāja virzienam ar rotoru, vienkārši iet zem statora tinuma aktīvā vada.

Šajā vadā inducētais elektromotora spēks ir vērsts pret mums aiz zīmējuma plaknes. Un tā kā ģeneratora slodze ir tīri aktīva, tad armatūras tinuma strāva Iz ir fāzē ar elektromotora spēku. Tāpēc statora tinuma aktīvajā vadītājā zīmējuma plaknes dēļ strāva plūst uz mums.

Elektromagnētu radītās magnētiskā lauka līnijas šeit ir parādītas nepārtrauktās līnijās, un magnētiskā lauka līnijas, ko rada armatūras tinuma stieples strāva. - punktēta līnija.

Zemāk attēlā. 2, a parāda iegūtā magnētiskā lauka magnētiskās indukcijas vektoru diagrammu, kas atrodas virs elektromagnēta ziemeļpola. Šeit redzams, ka elektromagnēta radītā galvenā magnētiskā lauka magnētiskajai indukcijai V ir radiāls virziens, un armatūras tinuma strāvas magnētiskā lauka magnētiskā indukcija VI ir vērsta pa labi un perpendikulāri vektoram V.

Iegūtā magnētiskā indukcija Griezums ir vērsts uz augšu un pa labi. Tas nozīmē, ka magnētisko lauku pievienošanas rezultātā ir radušies daži pamatā esošā magnētiskā lauka izkropļojumi. Pa kreisi no Ziemeļpola tas nedaudz vājinājās, bet pa labi - nedaudz palielinājās.

Ir viegli redzēt, ka iegūtā magnētiskās indukcijas vektora radiālā komponente, no kuras būtībā ir atkarīgs ģeneratora inducētā elektromotora spēka lielums, nav mainījusies. Tāpēc armatūras reakcija pie tīri aktīvas ģeneratora slodzes neietekmē ģeneratora elektromotora spēka lielumu.Tas nozīmē, ka sprieguma kritums ģeneratorā ar tīri aktīvu slodzi ir saistīts tikai ar sprieguma kritumu pāri ģeneratora aktīvajai pretestībai, ja neņemam vērā noplūdes pašindukcijas elektromotora spēku.

Tagad pieņemsim, ka sinhronā ģeneratora slodze ir tīri induktīva. Šajā gadījumā strāva Az atpaliek no elektromotora spēka E par leņķi π / 2... Tas nozīmē, ka maksimālā strāva vadītājā parādās nedaudz vēlāk par maksimālo elektromotora spēku. Tāpēc, kad strāva armatūras tinuma stieplē sasniegs savu maksimālo vērtību, ziemeļpols N vairs neatradīsies zem šī vada, bet virzīsies nedaudz tālāk rotora griešanās virzienā, kā parādīts attēlā. 2, b.

Šajā gadījumā armatūras tinuma magnētiskās plūsmas magnētiskās līnijas (punktētas līnijas) tiek aizvērtas caur diviem blakus esošiem pretējiem poliem N un S un tiek virzītas uz magnētisko poliem radītajām ģeneratora galvenā magnētiskā lauka magnētiskajām līnijām. Tas noved pie tā, ka galvenais magnētiskais ceļš ir ne tikai izkropļots, bet arī nedaudz vājāks.

attēlā. 2.6. parādīta magnētisko indukciju vektordiagramma: galvenais magnētiskais lauks B, enkura reakcijas Vi radītais magnētiskais lauks un iegūtais magnētiskais lauks Vres.

Šeit redzams, ka iegūtā magnētiskā lauka magnētiskās indukcijas radiālā komponente ir kļuvusi mazāka par galvenā magnētiskā lauka magnētisko indukciju B par vērtību ΔV. Tāpēc arī inducētais elektromotora spēks tiek samazināts, jo tas ir saistīts ar magnētiskās indukcijas radiālo komponentu.Tas nozīmē, ka spriegums pie ģeneratora spailēm, ja citas lietas ir vienādas, būs mazāks par spriegumu pie tīri aktīvas ģeneratora slodzes.

Ja ģeneratoram ir tīri kapacitatīvā slodze, tajā esošā strāva noved elektromotora spēka fāzi ar leņķi π / 2... Ģeneratora armatūras tinuma vados strāva tagad sasniedz maksimumu agrāk nekā elektromotora. spēks E. Tāpēc, kad strāva enkura tinuma vadā (2. att., c) sasniegs maksimālo vērtību, N ziemeļpols joprojām neizvietos šo vadu.

Šajā gadījumā armatūras tinuma magnētiskās plūsmas magnētiskās līnijas (punktētas līnijas) tiek aizvērtas caur diviem blakus esošiem pretējiem poliem N un S un tiek virzītas pa ceļu ar ģeneratora galvenā magnētiskā lauka magnētiskajām līnijām. Tas noved pie tā, ka ģeneratora galvenais magnētiskais lauks ir ne tikai izkropļots, bet arī nedaudz pastiprināts.

attēlā. 2, c parāda magnētiskās indukcijas vektoru diagrammu: galvenais magnētiskais lauks V, magnētiskais lauks armatūras reakcijas Vya dēļ un iegūtais magnētiskais lauks Bres. Mēs redzam, ka iegūtā magnētiskā lauka magnētiskās indukcijas radiālā komponente ir kļuvusi lielāka par galvenā magnētiskā lauka magnētisko indukciju B par lielumu ΔB. Līdz ar to ir pieaudzis arī ģeneratora induktīvās elektromotora spēks, kas nozīmē, ka spriegums ģeneratora spailēs, visiem pārējiem apstākļiem nemainīgiem, kļūs lielāks par spriegumu pie tīri induktīvās ģeneratora slodzes.

Noskaidrojot armatūras reakcijas ietekmi uz sinhronā ģeneratora elektromotora spēku dažāda rakstura slodzēm, mēs turpinām noskaidrot ģeneratora ārējās īpašības.Sinhronā ģeneratora ārējais raksturlielums ir tā spaiļu sprieguma U atkarība no slodzes I pie nemainīga rotora ātruma (n = const), pastāvīga ierosmes strāva (iv = const) un jaudas koeficienta noturība (cos φ = const).

attēlā. 3 doti sinhronā ģeneratora ārējie raksturlielumi dažāda rakstura slodzēm. 1. līkne izsaka ārējo raksturlielumu pie aktīvas slodzes (cos φ = 1,0). Šajā gadījumā ģeneratora spailes spriegums samazinās, kad slodze mainās no tukšgaitas uz nominālo 10–20% robežās no tukšgaitas ģeneratora sprieguma.

2. līkne izsaka ārējo raksturlielumu ar rezistīvi-induktīvu slodzi (cos φ = 0, astoņi). Šajā gadījumā spriegums ģeneratora spailēs krītas ātrāk, pateicoties armatūras reakcijas demagnetizējošajam efektam. Kad ģeneratora slodze mainās no tukšgaitas uz nominālo, spriegums samazinās līdz 20–30% tukšgaitas sprieguma.

3. līkne izsaka sinhronā ģeneratora ārējo raksturlielumu pie aktīvās-kapacitatīvās slodzes (cos φ = 0,8). Šajā gadījumā ģeneratora spailes spriegums nedaudz palielinās armatūras reakcijas magnetizējošās darbības dēļ.

Rīsi. 3. Ģeneratora ārējie raksturlielumi dažādām slodzēm: 1 — aktīva, 2 — induktīvā, 3 kapacitatīvā

Sinhronā ģeneratora vadības raksturlielums

Sinhronā ģeneratora vadības raksturlielums izsaka lauka strāvas i atkarību ģeneratorā no slodzes I ar nemainīgu efektīvo sprieguma vērtību ģeneratora spailēs (U = const), nemainīgu rotora apgriezienu skaitu. ģeneratora lielums minūtē (n = const) un jaudas faktora noturība (cos φ = const).

attēlā.4 doti trīs sinhronā ģeneratora vadības raksturlielumi. 1. līkne attiecas uz aktīvās slodzes gadījumu (jo φ = 1).

Rīsi. 4. Ģeneratora vadības raksturlielumi dažādām slodzēm: 1 — aktīvs, 2 — induktīvs, 3 — kapacitatīvs

Šeit mēs redzam, ka, palielinoties ģeneratora slodzei I, palielinās ierosmes strāva. Tas ir saprotams, jo, palielinoties slodzei I, palielinās sprieguma kritums ģeneratora armatūras tinuma aktīvajā pretestībā, un ir nepieciešams palielināt ģeneratora elektromotora spēku E, palielinot ierosmes strāvu iv. saglabājiet nemainīgu spriegumu U.

2. līkne attiecas uz aktīvās-induktīvās slodzes gadījumu pie cos φ = 0,8... Šī līkne paceļas straujāk nekā līkne 1, jo notiek armatūras reakcijas demagnetizācija, kas samazina elektromotora spēka E lielumu un līdz ar to spriegums U pie ģeneratora spailēm.

3. līkne attiecas uz aktīvās-kapacitatīvās slodzes gadījumu pie cos φ = 0,8. Šī līkne parāda, ka, palielinoties ģeneratora slodzei, ģeneratorā ir nepieciešama mazāka ierosmes strāva i, lai uzturētu nemainīgu spriegumu tā spailēs. Tas ir saprotams, jo šajā gadījumā armatūras reakcija palielina galveno magnētisko plūsmu un tādējādi veicina ģeneratora elektromotora spēka un sprieguma palielināšanos tā spailēs.