Sinchroninių generatorių darbo režimai, generatorių veikimo charakteristikos

Pagrindiniai sinchroninį generatorių charakterizuojantys dydžiai yra: gnybtų įtampa U, įkrovimas I, tariama galia P (kVa), rotoriaus apsisukimai per minutę n, galios koeficientas cos φ.

Svarbiausios sinchroninio generatoriaus charakteristikos yra šios:

• tuščiosios eigos charakteristika,

• išorinė charakteristika,

• reguliavimo charakteristika.

Sinchroninio generatoriaus tuščiosios eigos charakteristika

Generatoriaus elektrovaros jėga yra proporcinga magnetinio srauto Ф dydžiui, kurį sukuria sužadinimo srovė iv, ir generatoriaus rotoriaus apsisukimų skaičiui n per minutę:

E = cnF,

kur s — proporcingumo koeficientas.

Nors sinchroninio generatoriaus elektrovaros jėgos dydis priklauso nuo rotoriaus apsisukimų skaičiaus, jos neįmanoma sureguliuoti keičiant rotoriaus sukimosi greitį, nes elektrovaros jėgos dažnis yra susijęs su rotoriaus sūkių skaičiumi. generatoriaus rotoriaus apsisukimai, kurie turi būti pastovūs.

Todėl lieka vienintelis būdas reguliuoti sinchroninio generatoriaus elektrovaros jėgą – tai yra pagrindinio magnetinio srauto F pokytis. Pastarasis dažniausiai pasiekiamas reguliuojant žadinimo srovę iw naudojant reostatą, įvestą į žadinimo grandinę. generatoriaus. Tuo atveju, kai žadinimo ritė tiekiama srovė iš nuolatinės srovės generatoriaus, esančio tame pačiame velene su šiuo sinchroniniu generatoriumi, sinchroninio generatoriaus žadinimo srovė reguliuojama keičiant įtampą nuolatinės srovės generatoriaus gnybtuose.

Sinchroninio generatoriaus elektrovaros jėgos E priklausomybė nuo žadinimo srovės iw esant pastoviam vardiniam rotoriaus apsisukimų dažniui (n = const) ir apkrovai, lygiai nuliui (1 = 0), vadinama generatoriaus tuščiosios eigos charakteristika.

1 paveiksle parodyta generatoriaus tuščiosios eigos charakteristika. Čia kreivės 1 didėjanti atšaka pašalinama, kai srovė iv didėja nuo nulio iki ivm, o kreivės 2 mažėjanti atšaka - kai iv keičiasi iš ivm į iv = 0.

Ryžiai. 1. Sinchroninio generatoriaus tuščiosios eigos charakteristika

Divergencija tarp kylančios 1 ir besileidžiančios 2 šakos paaiškinama liekamuoju magnetizmu. Kuo didesnis plotas, kurį riboja šios šakos, tuo didesni energijos nuostoliai įmagnetinimo reversinio sinchroninio generatoriaus pliene.

Tuščiosios eigos kreivės kilimo staigumas pradinėje tiesioje atkarpoje apibūdina sinchroninio generatoriaus magnetinę grandinę. Kuo mažesnis amperinio apsisukimo srautas generatoriaus oro tarpuose, tuo statesnė bus generatoriaus tuščiosios eigos charakteristika kitomis sąlygomis.

Išorinės generatoriaus charakteristikos

Apkrauto sinchroninio generatoriaus gnybtų įtampa priklauso nuo generatoriaus elektrovaros jėgos E, įtampos kritimo jo statoriaus apvijos aktyviojoje varžoje, įtampos kritimo dėl išsisklaidymo saviindukcijos elektrovaros jėgos Es ir įtampos kritimo dėl armatūros reakcija.

Yra žinoma, kad išsklaidymo elektrovaros jėga Es priklauso nuo išsisklaidančio magnetinio srauto Fc, kuris neprasiskverbia pro generatoriaus rotoriaus magnetinius polius ir todėl nekeičia generatoriaus įmagnetinimo laipsnio. Generatoriaus išsklaidymo saviindukcijos elektrovaros jėga Es yra santykinai maža, todėl gali būti praktiškai nepaisoma. Atitinkamai ta generatoriaus elektrovaros jėgos dalis, kuri kompensuoja išsisklaidymo saviindukcijos elektrovaros jėgą Es, gali būti laikoma praktiškai lygi nuliui. .

Armatūros atsakas turi didesnį poveikį sinchroninio generatoriaus veikimo režimui ir ypač įtampai jo gnybtuose. Šios įtakos laipsnis priklauso ne tik nuo generatoriaus apkrovos dydžio, bet ir nuo apkrovos pobūdžio.

Pirmiausia panagrinėkime sinchroninio generatoriaus armatūros reakcijos poveikį tuo atveju, kai generatoriaus apkrova yra grynai aktyvi. Šiuo tikslu paimame dalį veikiančio sinchroninio generatoriaus grandinės, parodytos fig. 2, a. Čia parodyta statoriaus dalis su vienu aktyviu laidu ant armatūros apvijos ir dalis rotoriaus su keliais jo magnetiniais poliais.

Ryžiai. 2. Armatūros reakcijos įtaka veikiant apkrovoms: a — aktyvi, b — indukcinė, c — talpinė prigimtis

Šiuo metu vieno iš elektromagnetų, besisukančio prieš laikrodžio rodyklę su rotoriumi, šiaurinis polius tiesiog praeina po aktyviu statoriaus apvijos laidu.

Šiame laide sukelta elektrovaros jėga nukreipta į mus už piešinio plokštumos. Ir kadangi generatoriaus apkrova yra grynai aktyvi, armatūros apvijos srovė Iz yra fazėje su elektrovaros jėga. Todėl statoriaus apvijos aktyviame laidininke srovė teka link mūsų dėl brėžinio plokštumos.

Elektromagnetų sukurtos magnetinio lauko linijos čia rodomos ištisinėmis linijomis, o magnetinio lauko linijos, kurias sukuria armatūros apvijos laido srovė. - punktyrinė linija.

Žemiau pav. 2 parodyta susidariusio magnetinio lauko, esančio virš elektromagneto šiaurinio poliaus, magnetinės indukcijos vektorinė diagrama. Čia matome, kad elektromagneto sukuriamo pagrindinio magnetinio lauko magnetinė indukcija V turi radialinę kryptį, o armatūros apvijos srovės magnetinio lauko magnetinė indukcija VI nukreipta į dešinę ir statmenai vektoriui V.

Gauta magnetinė indukcija Pjūvis nukreiptas aukštyn ir į dešinę. Tai reiškia, kad dėl magnetinių laukų pridėjimo įvyko tam tikras pagrindinio magnetinio lauko iškraipymas. Į kairę nuo Šiaurės ašigalio jis kiek susilpnėjo, o į dešinę šiek tiek padidėjo.

Nesunku pastebėti, kad susidariusio magnetinės indukcijos vektoriaus radialinė dedamoji, nuo kurios iš esmės priklauso generatoriaus indukuotos elektrovaros jėgos dydis, nepasikeitė. Todėl armatūros reakcija esant grynai aktyviajai generatoriaus apkrovai neturi įtakos generatoriaus elektrovaros dydžiui.Tai reiškia, kad įtampos kritimas generatoriuje su grynai aktyvia apkrova atsiranda tik dėl įtampos kritimo per aktyviąją generatoriaus varžą, jei neatsižvelgsime į nuotėkio savaiminės indukcijos elektrovaros jėgą.

Tarkime, kad sinchroninio generatoriaus apkrova yra grynai indukcinė. Šiuo atveju srovė Az atsilieka nuo elektrovaros jėgos E kampu π / 2... Tai reiškia, kad maksimali srovė laidininke atsiranda šiek tiek vėliau nei didžiausia elektrovaros jėga. Todėl, kai srovė armatūros apvijos vielėje pasieks maksimalią vertę, šiaurinis polius N nebebus po šiuo laidu, o judės šiek tiek toliau rotoriaus sukimosi kryptimi, kaip parodyta Fig. 2, b.

Šiuo atveju armatūros apvijos magnetinio srauto magnetinės linijos (punktyrinės linijos) uždaromos per du gretimus priešingus polius N ir S ir nukreipiamos į generatoriaus pagrindinio magnetinio lauko magnetines linijas, kurias sukuria magnetiniai poliai. Tai lemia tai, kad pagrindinis magnetinis kelias ne tik iškraipomas, bet ir šiek tiek susilpnėja.

Fig. 2.6 parodyta magnetinių indukcijų vektorinė diagrama: pagrindinis magnetinis laukas B, magnetinis laukas dėl armatūros reakcijos Vi ir susidarantis magnetinis laukas Vres.

Čia matome, kad susidariusio magnetinio lauko magnetinės indukcijos radialinis komponentas tapo mažesnis už pagrindinio magnetinio lauko magnetinę indukciją B reikšme ΔV. Todėl indukuota elektrovaros jėga taip pat sumažėja, nes ją lemia radialinis magnetinės indukcijos komponentas.Tai reiškia, kad įtampa generatoriaus gnybtuose, jei kiti dalykai yra vienodi, bus mažesnė nei įtampa esant grynai aktyviai generatoriaus apkrovai.

Jei generatorius turi grynai talpinę apkrovą, jame esanti srovė elektrovaros fazę veda kampu π / 2... Srovė generatoriaus armatūros apvijos laiduose dabar pasiekia maksimumą anksčiau nei elektrovaros. jėga E. Todėl, kai srovė inkaro apvijos vielėje (2 pav., c) pasieks maksimalią vertę, N šiaurinis polius vis tiek netalpins šio laido.

Šiuo atveju armatūros apvijos magnetinio srauto magnetinės linijos (punktyrinės linijos) uždaromos per du gretimus priešingus polius N ir S ir nukreipiamos palei kelią generatoriaus pagrindinio magnetinio lauko magnetinėmis linijomis. Tai lemia tai, kad pagrindinis generatoriaus magnetinis laukas yra ne tik iškraipytas, bet ir šiek tiek sustiprintas.

Fig. 2, c parodyta magnetinės indukcijos vektorinė diagrama: pagrindinis magnetinis laukas V, magnetinis laukas dėl armatūros reakcijos Vya ir susidaręs magnetinis laukas Bres. Matome, kad susidariusio magnetinio lauko magnetinės indukcijos radialinė dedamoji tapo didesnė už pagrindinio magnetinio lauko magnetinę indukciją B dydžiu ΔB. Todėl padidėjo ir generatoriaus indukcinė elektrovaros jėga, o tai reiškia, kad įtampa generatoriaus gnybtuose, esant visoms kitoms sąlygoms, taps didesnė nei įtampa esant grynai indukcinei generatoriaus apkrovai.

Išsiaiškinę armatūros reakcijos įtaką sinchroninio generatoriaus elektrovaros jėgai skirtingo pobūdžio apkrovoms, imamės išsiaiškinti išorines generatoriaus charakteristikas.Išorinė sinchroninio generatoriaus charakteristika yra įtampos U jo gnybtuose priklausomybė nuo apkrovos I esant pastoviam rotoriaus greičiui (n = const), nuolatinė žadinimo srovė (iv = const) ir galios koeficiento pastovumas (cos φ = const).

Fig. 3 pateiktos išorinės sinchroninio generatoriaus charakteristikos skirtingo pobūdžio apkrovoms. 1 kreivė išreiškia išorinę charakteristiką veikiant aktyviajai apkrovai (cos φ = 1,0). Tokiu atveju generatoriaus gnybtų įtampa krenta, kai apkrova keičiasi iš tuščiosios eigos į vardinę 10–20% tuščiosios eigos generatoriaus įtampos.

2 kreivė išreiškia išorinę charakteristiką varžine-indukcine apkrova (cos φ = 0, aštuoni). Tokiu atveju įtampa generatoriaus gnybtuose krenta greičiau dėl armatūros reakcijos išmagnetinančio poveikio. Kai generatoriaus apkrova keičiasi iš tuščiosios eigos į vardinę, įtampa nukrenta iki 20–30 % tuščiosios eigos įtampos.

3 kreivė išreiškia išorinę sinchroninio generatoriaus charakteristiką esant aktyviajai-talpinei apkrovai (cos φ = 0,8). Šiuo atveju generatoriaus gnybtų įtampa šiek tiek padidėja dėl armatūros reakcijos įmagnetinimo.

Ryžiai. 3. Išorinės generatoriaus charakteristikos skirtingoms apkrovoms: 1 — aktyvioji, 2 — indukcinė, 3 talpinė

Sinchroninio generatoriaus valdymo charakteristika

Sinchroninio generatoriaus valdymo charakteristika išreiškia generatoriaus lauko srovės i priklausomybę nuo apkrovos I su pastovia efektyvia įtampos verte generatoriaus gnybtuose (U = const), pastoviu rotoriaus apsisukimų skaičiumi. generatoriaus per minutę (n = const) ir galios koeficiento pastovumas (cos φ = const).

Fig.4 pateiktos trys sinchroninio generatoriaus valdymo charakteristikos. 1 kreivė nurodo aktyvios apkrovos atvejį (nes φ = 1).

Ryžiai. 4. Kintamosios srovės generatoriaus valdymo charakteristikos skirtingoms apkrovoms: 1 — aktyvioji, 2 — indukcinė, 3 — talpinė

Čia matome, kad didėjant generatoriaus apkrovai I, didėja žadinimo srovė. Tai suprantama, nes padidėjus apkrovai I, didėja generatoriaus armatūros apvijos aktyviosios varžos įtampos kritimas, todėl reikia didinti generatoriaus elektrovaros jėgą E didinant žadinimo srovę iv. palaikyti pastovią įtampą U .

2 kreivė nurodo aktyviosios-indukcinės apkrovos atvejį, kai cos φ = 0,8... Ši kreivė kyla stačiau nei kreivė 1, dėl armatūros reakcijos išmagnetinimo, dėl kurio sumažėja elektrovaros jėgos E dydis ir todėl įtampa U generatoriaus gnybtuose.

3 kreivė nurodo aktyviosios-talpinės apkrovos atvejį, kai cos φ = 0,8. Ši kreivė rodo, kad didėjant generatoriaus apkrovai, generatoriuje reikia mažesnės žadinimo srovės i, kad būtų išlaikyta pastovi įtampa jo gnybtuose. Tai suprantama, nes šiuo atveju armatūros reakcija padidina pagrindinį magnetinį srautą ir todėl prisideda prie generatoriaus elektrovaros jėgos ir įtampos padidėjimo jo gnybtuose.