Szinkrongenerátorok működési módjai, generátorok működési jellemzői

A szinkrongenerátort jellemző főbb mennyiségek: U kapocsfeszültség, I töltés, P látszólagos teljesítmény (kVa), rotor fordulatszáma percenként n, cos φ teljesítménytényező.

A szinkrongenerátor legfontosabb jellemzői a következők:

• üresjárati jellemzők,

• külső jellemzők,

• szabályozó jellemző.

Szinkron generátor üresjárati jellemzői

A generátor elektromotoros ereje arányos az iv gerjesztőáram által létrehozott Ф mágneses fluxus nagyságával és a generátor forgórészének percenkénti fordulatszámával:

E = cnF,

ahol s — arányossági tényező.

Bár a szinkrongenerátor elektromotoros erejének nagysága a forgórész fordulatszámától függ, a forgórész forgási sebességének változtatásával nem lehet beállítani, mivel az elektromotoros erő frekvenciája összefügg a forgórész fordulatszámával. a generátor forgórészének fordulatszáma, amelyet állandóan kell tartani.

Ezért marad az egyetlen mód a szinkrongenerátor elektromotoros erejének beállítására - ez az F fő mágneses fluxus változása. Ez utóbbit általában az iw gerjesztőáram beállításával érik el a gerjesztőáramkörbe bevezetett reosztát segítségével. a generátortól. Abban az esetben, ha a gerjesztőtekercset a szinkrongenerátorral azonos tengelyen lévő egyenáramú generátor táplálja, a szinkrongenerátor gerjesztőáramát az egyenáramú generátor kapcsain lévő feszültség változtatásával állítják be.

A szinkrongenerátor E elektromotoros erejének az iw gerjesztőáramtól való függését állandó névleges forgórészfordulatszám (n = const) és nullával egyenlő terhelés mellett (1 = 0) a generátor alapjárati karakterisztikájának nevezzük.

Az 1. ábra a generátor üresjárati jellemzőit mutatja. Itt a görbe 1. emelkedő ága megszűnik, amikor az iv áram nulláról ivm-re nő, és a görbe 2. csökkenő ága – amikor iv ivm-ről iv = 0-ra változik.

Rizs. 1. Szinkron generátor üresjárati karakterisztikája

A felszálló 1 és a leszálló 2 ág közötti eltérést a maradék mágnesesség magyarázza. Minél nagyobb az ezen ágak által határolt terület, annál nagyobb az energiaveszteség a mágnesezettség-fordító szinkrongenerátor acéljában.

Az alapjárati görbe emelkedésének meredeksége a kezdeti egyenes szakaszában jellemzi a szinkrongenerátor mágneses áramkörét. Minél kisebb az erősítő fordulat áramlási sebessége a generátor légréseiben, annál meredekebb lesz a generátor üresjárati karakterisztikája más körülmények között.

A generátor külső jellemzői

A terhelt szinkrongenerátor kapocsfeszültsége függ a generátor E elektromotoros erejétől, az állórész tekercsének aktív ellenállásában bekövetkezett feszültségeséstől, a disszipációs önindukciós elektromotoros erőből eredő Es feszültségeséstől és a generátor által okozott feszültségeséstől. armatúra reakció.

Ismeretes, hogy az Es disszipatív elektromotoros erő az Fc disszipatív mágneses fluxustól függ, amely nem hatol át a generátor forgórészének mágneses pólusain, és ezért nem változtatja meg a generátor mágnesezettségi fokát. A generátor disszipatív önindukciós elektromotoros ereje Es viszonylag kicsi, ezért gyakorlatilag elhanyagolható, ennek megfelelően a generátor elektromotoros erejének az a része, amely kompenzálja a disszipatív önindukciós elektromotoros erőt Es gyakorlatilag egyenlőnek tekinthető nullával. .

Az armatúra reakciója észrevehetőbb hatással van a szinkrongenerátor működési módjára, és különösen a kapcsai feszültségére. Ennek a hatásnak a mértéke nemcsak a generátor terhelésének nagyságától függ, hanem a terhelés jellegétől is.

Tekintsük először egy szinkron generátor armatúra reakciójának hatását arra az esetre, ha a generátor terhelése tisztán aktív. Ebből a célból egy működő szinkrongenerátor áramkörét vesszük figyelembe, amely az ábrán látható. 2, a. Itt látható az állórész egy része egy aktív vezetékkel az armatúra tekercsén, és a forgórész egy része több mágneses pólusával.

Rizs. 2. Az armatúra reakció hatása terhelés alatt: a — aktív, b — induktív, c — kapacitív jelleg

A kérdéses pillanatban az egyik, az óramutató járásával ellentétes irányban forgó elektromágnes északi pólusa éppen átmegy az állórész tekercsének aktív vezetéke alatt.

Az ebben a vezetékben indukált elektromotoros erő a rajz síkja mögött irányul felénk. És mivel a generátor terhelése tisztán aktív, az Iz armatúra tekercsáram fázisban van az elektromotoros erővel. Ezért az állórész tekercsének aktív vezetőjében a rajz síkja miatt felénk folyik az áram.

Az elektromágnesek által létrehozott mágneses erővonalak itt folytonos vonalakkal, az armatúra tekercselési huzaláram által létrehozott mágneses erővonalak itt láthatók. - szaggatott vonal.

Alul az ábrán. A 2. ábra a az elektromágnes északi pólusa felett elhelyezkedő létrejövő mágneses tér mágneses indukciójának vektordiagramját mutatja. Itt azt látjuk, hogy az elektromágnes által létrehozott fő mágneses tér V mágneses indukciója sugárirányú, és az armatúra tekercsáram mágneses terének VI mágneses indukciója jobbra és merőlegesen irányul a V vektorra.

Az így létrejövő mágneses indukció A vágás felfelé és jobbra irányul. Ez azt jelenti, hogy a mágneses mezők hozzáadásának eredményeként a mögöttes mágneses tér némi torzulása következett be. Az Északi-sarktól balra valamelyest gyengült, jobbra pedig kissé emelkedett.

Könnyen belátható, hogy a keletkező mágneses indukciós vektor radiális komponense, amelytől a generátor indukált elektromotoros erejének nagysága lényegében függ, nem változott. Ezért az armatúra reakciója a generátor tisztán aktív terhelése mellett nem befolyásolja a generátor elektromotoros erejét.Ez azt jelenti, hogy a feszültségesés a generátoron tisztán aktív terhelés mellett kizárólag a generátor aktív ellenállásán fellépő feszültségesésnek köszönhető, ha figyelmen kívül hagyjuk a szivárgási önindukciós elektromotoros erőt.

Tegyük fel most, hogy a szinkron generátor terhelése tisztán induktív. Ebben az esetben az Az áram π / 2 szöggel elmarad az E elektromotoros erőtől... Ez azt jelenti, hogy a maximális áramerősség valamivel később jelenik meg a vezetőben, mint a maximális elektromotoros erő. Ezért, amikor az armatúra tekercselési huzalban lévő áram eléri a maximális értékét, az N északi pólus már nem e vezeték alatt lesz, hanem egy kicsit tovább fog mozogni a forgórész forgásirányában, amint az az ábrán látható. 2, b.

Ebben az esetben az armatúra tekercs mágneses fluxusának mágneses vonalai (szaggatott vonalak) két szomszédos N és S ellentétes póluson keresztül záródnak, és a generátor fő mágneses mezőjének mágneses pólusai által létrehozott mágneses vonalaira irányulnak. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy a fő mágneses út nemcsak torzul, hanem kissé gyengébb is lesz.

ábrán. A 2.6. ábra a mágneses indukciók vektordiagramját mutatja: a B fő mágneses mezőt, a Vi armatúra-reakcióból adódó mágneses teret és a keletkező Vres mágneses teret.

Itt azt látjuk, hogy a keletkező mágneses tér mágneses indukciójának radiális komponense ΔV értékkel kisebb lett, mint a fő mágneses tér B mágneses indukciója. Ezért az indukált elektromotoros erő is csökken, mert ez a mágneses indukció sugárirányú komponensének köszönhető.Ez azt jelenti, hogy a generátor kivezetésein lévő feszültség, ha más tényezők megegyeznek, kisebb lesz, mint a tisztán aktív generátorterhelésnél fennálló feszültség.

Ha a generátor tisztán kapacitív terhelésű, akkor a benne lévő áram π / 2 szöggel vezeti az elektromotoros erő fázisát... A generátor armatúra tekercsének vezetékeiben az áram korábban éri el a maximumot, mint az elektromotoros. Ezért, amikor a horgony tekercsének vezetékében az áram (2. ábra, c) eléri a maximális értéket, az N északi pólusa továbbra sem fogja ezt a vezetéket befogadni.

Ebben az esetben az armatúra tekercs mágneses fluxusának mágneses vonalai (szaggatott vonalak) két szomszédos N és S ellentétes póluson keresztül záródnak, és a generátor fő mágneses mezőjének mágneses vonalaival az út mentén vannak irányítva. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy a generátor fő mágneses tere nemcsak torzul, hanem némileg fel is erősödik.

ábrán. A 2, c ábra a mágneses indukció vektordiagramját mutatja: a V fő mágneses mezőt, a Vya armatúrareakcióból adódó mágneses teret és a keletkező Bres mágneses teret. Látjuk, hogy a keletkező mágneses tér mágneses indukciójának radiális komponense ΔB értékkel nagyobb lett, mint a fő mágneses tér B mágneses indukciója. Emiatt a generátor induktív elektromotoros ereje is megnőtt, ami azt jelenti, hogy a generátor kivezetésein a feszültség minden egyéb körülmény fennállása esetén nagyobb lesz, mint a tisztán induktív generátorterhelésnél.

Miután megállapítottuk az armatúra reakciójának hatását a szinkron generátor elektromotoros erejére különböző jellegű terhelések esetén, folytatjuk a generátor külső jellemzőinek tisztázását.A szinkrongenerátor külső jellemzője a kapcsain lévő U feszültség függése az I terheléstől állandó forgórész fordulatszám mellett (n = const), az állandó gerjesztőáram (iv = const) és a teljesítménytényező állandósága (cos φ = const).

ábrán. A 3. ábra egy szinkrongenerátor külső jellemzőit mutatja különböző jellegű terhelésekhez. Az 1. görbe a külső jellemzőt fejezi ki aktív terhelés mellett (cos φ = 1,0). Ebben az esetben a generátor kapocsfeszültsége csökken, amikor a terhelés alapjáratról névlegesre vált az üresjárati generátor feszültségének 10-20%-án belül.

A 2. görbe a külső karakterisztikát rezisztív-induktív terheléssel fejezi ki (cos φ = 0, nyolc). Ilyenkor az armatúra reakció lemágnesező hatása miatt gyorsabban esik le a feszültség a generátor kapcsain. Amikor a generátor terhelése üresről névlegesre változik, a feszültség 20–30%-os üresjárati feszültség közé esik.

A 3. görbe a szinkrongenerátor külső karakterisztikáját fejezi ki aktív-kapacitív terhelés mellett (cos φ = 0,8). Ebben az esetben a generátor kapocsfeszültsége valamelyest megnövekszik az armatúra reakció mágnesező hatása miatt.

Rizs. 3. A generátor külső jellemzői különböző terhelésekhez: 1 — aktív, 2 — induktív, 3 kapacitív

Szinkron generátor szabályozási jellemzői

A szinkrongenerátor szabályozási jellemzője a generátorban lévő i téráram I terheléstől való függőségét fejezi ki a generátor kapcsain lévő feszültség állandó effektív értékével (U = const), a forgórész állandó fordulatszámával a generátor percenkénti értéke (n = const) és a teljesítmény tényezőjének állandósága (cos φ = const).

ábrán.4 egy szinkron generátor három szabályozási karakterisztikáját adjuk meg. Az 1. görbe az aktív terhelés esetére vonatkozik (mert φ = 1).

Rizs. 4. Generátor szabályozási jellemzői különböző terhelésekhez: 1 — aktív, 2 — induktív, 3 — kapacitív

Itt azt látjuk, hogy a generátor I terhelésének növekedésével a gerjesztőáram nő. Ez érthető, mert az I terhelés növekedésével a generátor armatúra tekercsének aktív ellenállásában a feszültségesés nő, és a generátor E elektromotoros erejét növelni kell az iv gerjesztőáram növelésével. állandó U feszültséget kell tartani.

A 2. görbe a cos φ = 0,8 melletti aktív-induktív terhelés esetére vonatkozik... Ez a görbe meredekebben emelkedik, mint az 1. görbe, az armatúra reakció lemágnesezése miatt, ami csökkenti az E elektromotoros erő nagyságát, és ezért a U feszültség a generátor kapcsain.

A 3. görbe egy aktív-kapacitív terhelés esetére vonatkozik cos φ = 0,8 mellett. Ez a görbe azt mutatja, hogy a generátor terhelésének növekedésével kevesebb i gerjesztőáram szükséges a generátorban ahhoz, hogy állandó feszültséget tartson fenn a kapcsain. Ez érthető, mivel ebben az esetben az armatúra reakciója növeli a fő mágneses fluxust, és ezáltal hozzájárul a generátor elektromotoros erejének és a kapcsai feszültségének növekedéséhez.