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,
- внешняя характеристика,
- регулировочная характеристика.
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.
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.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Изохронный режим работы генератора что это
Кабель для разных способов ввода электричества в дом Подводом электричества к дому занимается соответствующая организация. Данная разновидность работ связана с определёнными рисками (все операции производятся… Подробнее » Кабель от столба к дому по воздуху какой
Интерфейсное реле что это
- автор: admin
- 27.07.2023
Подробности про интерфейсные реле и его назначение Интерфейсное реле – это электронное устройство, которое предназначено для управления и коммутации сигналов между двумя различными электрическими или… Подробнее » Интерфейсное реле что это
Излучающий нагреватель для варочной панели что это
- автор: admin
- 27.07.2023
Hi Light-конфорки — что это? Конфорки для электроплит. Типы конфорок В процессе выбора электроплиты потребитель учитывает множество характеристик и нюансов эксплуатации. На первый план выходит… Подробнее » Излучающий нагреватель для варочной панели что это
Излучение расплавленного металла это пример какого спектра
- автор: admin
- 27.07.2023
Раскаленный добела и расплавленный металл дают раскаленный и расплавленный — сплошной спектр раскаленный и расплавленный — линейчатый спектр Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов… Подробнее » Излучение расплавленного металла это пример какого спектра
Изохронный режим работы генератора что это
- автор: admin
- 27.07.2023
Параллельная работа (синхронизация) дизель-генераторов В соответствии с ГОСТ генераторы должны обеспечивать длительную устойчивую параллельную работу между генераторами одной серии и генераторами разных серий при предельном… Подробнее » Изохронный режим работы генератора что это
Пусковые режимы работы генераторов
Включение генератора в сеть на параллельную работу с другими генераторами называется синхронизацией. Как известно, есть два способа синхронизации: точная синхронизация и самосинхронизация. При точной синхронизации генератор разворачивается турбиной, возбуждается и перед включением генератора в сеть проверяется выполнение следующих условий:
Ur=Uc, Fr=Fc, угол в момент включения δ=0. Такое включение в работе синхронных генераторов не сопровождается значительным уравнительным током, однако по сравнению с самосинхронизацией время включения генератора больше, и автоматическое устройство для точной синхронизации сложнее. При ошибочной работе устройства может произойти включение при δ=180° . Уравнительный ток в этом случае значительно превышает даже ток к.з. на выводах генератора.
При самосинхронизации генератор может быть включен быстрее, автоматическое устройство для самосинхронизации- проще. Суть метода- генератор разворачивается турбиной до частоты вращения, близкой к синхронной, включается в сеть и только затем возбуждается. Втягивание в синхронизм происходит за счет электрических моментов, возникающих в генераторе (асинхронного, реактивного- у гидрогенераторов-, а затем и синхронного. Включение генератора всегда сопровождается уравнительным током, величина которого определяется по формуле: I = Uc*Xc). Хотя уравнительный ток меньше тока трехфазного к.з. на выводах генератора, наличие этого тока при включении является существенным недостатком метода самосинхронизации.
Согласно ПТЭ: Генераторы, как правило, должны включаться в сеть способом точной синхронизации.
При выбранном режиме работы синхронного генератора, в использовании точной синхронизации должна быть введена блокировка от несинхронного включения.
Допускается использование при включении способа самосинхронизации, если это предусмотрено техническими условиями или согласовано с заводом – изготовителем.
При ликвидации аварии (требуется быстродействие) турбогенераторы мощностью до 220 МВт и все гидрогенераторы разрешается включать способом самосинхронизации.
Турбогенераторы большей мощности разрешается включать этим способом при условии измерение сопротивления изоляци мегаомметром, и кратности сверхпереходного тока к номинальному, определенная с учетом индуктивных сопротивлений блочных трансформаторов и сети, не превышает 3,0.
Далее идет набор нагрузки.
ПТЭ: Скорость повышения нагрузки турбогенератора после его включения в сеть в нормальных условиях ограничивается турбиной.
Для турбогенераторов, обычно, 250 -300 кВт/мин при первом нагружении и 1 МВТ/мин при прогретой и уже работавшей перед этим турбиной. Специальной проверки и специальных ограничений для генератора не требуется.
Изохронный режим работы генератора что это
В этой статье мы разберемся, что такое изохронный режим работы генератора и как он работает. Также мы расскажем о применении данного режима и его преимуществах.
Изохронный режим работы генератора — это способность генератора поддерживать постоянную частоту колебаний при изменении нагрузки или изменении внешних условий. Суть этого режима заключается в том, что при изменении нагрузки на генератор, его электроника автоматически корректирует выходную частоту таким образом, чтобы она оставалась постоянной.
Для достижения изохронного режима работы генератора применяются специальные устройства — фазовые автоматы. Они следят за выходной частотой генератора и, при необходимости, корректируют ее сигналом управления. Таким образом, генератор поддерживает стабильную частоту колебаний на выходе, которая не зависит от изменения нагрузки на систему.
Изохронный режим работы генератора имеет множество преимуществ. Во-первых, он позволяет сохранять стабильность частоты колебаний, что особенно важно для точных измерений или работы с высокочувствительной техникой. Во-вторых, благодаря изохронному режиму работы, генератор имеет низкий уровень шума и искажений, что позволяет получать более чистый и точный сигнал на выходе.
Применение изохронного режима работы генератора находит в различных областях, включая науку, медицину, электронику и телекоммуникации. Например, в медицине изохронный генератор используется в кардиостимуляторах для создания точной частоты сердечных сокращений. В электронике он используется в измерительных и контрольных системах, а также в схемах синхронизации данных.
Таким образом, изохронный режим работы генератора является важным элементом для создания точных и стабильных колебаний в различных устройствах. Данный режим работы позволяет сохранять стабильность частоты колебаний, создавать более чистый и точный сигнал на выходе и имеет множество применений в различных областях.