Driftsmåter for synkrone generatorer, driftsegenskaper for generatorer

Hovedmengdene som karakteriserer synkrongeneratoren er: terminalspenning U, ladning I, tilsynelatende effekt P (kVa), rotoromdreininger per minutt n, effektfaktor cos φ.

De viktigste egenskapene til den synkrone generatoren er som følger:

• tomgangskarakteristikk,

• ytre kjennetegn,

• regulerende karakteristikk.

Tomgangskarakteristikk for en synkrongenerator

Den elektromotoriske kraften til generatoren er proporsjonal med størrelsen på den magnetiske fluksen Ф skapt av eksitasjonsstrømmen iv og antall omdreininger n rotoren til generatoren per minutt:

E = cnF,

hvor s — proporsjonalitetsfaktor.

Selv om størrelsen på den elektromotoriske kraften til en synkron generator avhenger av antall omdreininger til rotoren, er det umulig å justere den ved å endre rotasjonshastigheten til rotoren, fordi frekvensen til den elektromotoriske kraften er relatert til antall omdreininger av rotoren til generatoren, som må holdes konstant.

Derfor er det fortsatt den eneste måten å justere størrelsen på den elektromotoriske kraften til en synkron generator - dette er en endring i den magnetiske hovedfluksen F. Sistnevnte oppnås vanligvis ved å justere eksitasjonsstrømmen iw ved hjelp av en reostat introdusert i eksitasjonskretsen av generatoren. I tilfelle magnetiseringsspolen tilføres strøm fra en likestrømsgenerator som er plassert på samme aksel med denne synkrongeneratoren, justeres eksitasjonsstrømmen til synkrongeneratoren ved å endre spenningen på terminalene til likestrømsgeneratoren.

Avhengighet av den elektromotoriske kraften E til den synkrone generatoren av eksitasjonsstrømmen iw ved en konstant nominell rotorhastighet (n = const) og en last lik null (1 = 0) kalles tomgangskarakteristikken til generatoren.

Figur 1 viser tomgangskarakteristikken til generatoren. Her fjernes den stigende grenen 1 av kurven når strømmen iv øker fra null til ivm, og den synkende grenen 2 av kurven - når iv endres fra ivm til iv = 0.

Ris. 1. Tomgangskarakteristikk for en synkrongenerator

Divergensen mellom de stigende 1 og synkende 2 grenene forklares av restmagnetisme. Jo større arealet er avgrenset av disse grenene, desto større er energitapene i stålet til magnetiseringsreverseringssynkrongeneratoren.

Brattheten til stigningen av tomgangskurven i dens innledende rette seksjon karakteriserer magnetkretsen til synkrongeneratoren. Jo lavere strømningshastighet i ampere-omdreininger i generatorens luftspalter, desto brattere vil generatorens tomgangskarakteristikk være under andre forhold.

Eksterne egenskaper til generatoren

Terminalspenningen til en belastet synkrongenerator avhenger av den elektromotoriske kraften E til generatoren, spenningsfallet i den aktive motstanden til statorviklingen, spenningsfallet på grunn av spredningen av selvinduksjonselektromotorisk kraft Es og spenningsfallet på grunn av ankerreaksjon.

Det er kjent at den dissipative elektromotoriske kraften Es avhenger av den dissipative magnetiske fluksen Fc, som ikke trenger inn i de magnetiske polene til generatorrotoren og derfor ikke endrer magnetiseringsgraden til generatoren. Den dissipative selvinduksjonselektromotoriske kraften Es til generatoren er relativt liten og kan derfor praktisk talt neglisjeres. Følgelig kan den delen av den elektromotoriske kraften til generatoren som kompenserer for den dissipative selvinduksjonselektromotoriske kraften Es anses som praktisk talt lik null .

Ankerresponsen har en mer merkbar effekt på driftsmodusen til synkrongeneratoren og spesielt på spenningen ved terminalene. Graden av denne påvirkningen avhenger ikke bare av størrelsen på generatorbelastningen, men også av belastningens art.

La oss først vurdere effekten av ankerreaksjonen til en synkron generator for tilfellet hvor generatorbelastningen er rent aktiv. For dette formål tar vi en del av kretsen til en fungerende synkrongenerator vist i fig. 2, a. Her er vist en del av statoren med en aktiv ledning på armaturviklingen og en del av rotoren med flere av dens magnetiske poler.

Ris. 2. Påvirkning av ankerreaksjonen under belastninger: a — aktiv, b — induktiv, c — kapasitiv natur

I det aktuelle øyeblikket passerer nordpolen til en av elektromagnetene som roterer mot klokken med rotoren bare under den aktive ledningen til statorviklingen.

Den elektromotoriske kraften som induseres i denne ledningen er rettet mot oss bak tegningens plan. Og siden generatorbelastningen er rent aktiv, er ankerviklingsstrømmen Iz i fase med den elektromotoriske kraften. Derfor, i den aktive lederen til statorviklingen, strømmer strømmen mot oss på grunn av tegningens plan.

De magnetiske feltlinjene skapt av elektromagneter er vist her med heltrukne linjer, og de magnetiske feltlinjene skapt av ankerviklingstrådstrømmen er vist her. - en stiplet linje.

Nedenfor i fig. 2 viser a et vektordiagram av den magnetiske induksjonen av det resulterende magnetiske feltet plassert over nordpolen til elektromagneten. Her ser vi at den magnetiske induksjonen V hovedmagnetfeltet skapt av elektromagneten har en radiell retning, og den magnetiske induksjonen VI av magnetfeltet til armaturviklingsstrømmen er rettet mot høyre og vinkelrett på vektoren V.

Den resulterende magnetiske induksjonen. Kuttet er rettet opp og til høyre. Dette betyr at det har oppstått en del forvrengning av det underliggende magnetfeltet som følge av tillegg av magnetfeltene. Til venstre for Nordpolen svekket den seg noe, og til høyre økte den litt.

Det er lett å se at den radielle komponenten til den resulterende magnetiske induksjonsvektoren, som størrelsen på den induserte elektromotoriske kraften til generatoren i hovedsak avhenger av, ikke har endret seg. Derfor påvirker ikke ankerreaksjonen under en rent aktiv belastning av generatoren størrelsen på den elektromotoriske kraften til generatoren.Dette betyr at spenningsfallet over generatoren med en ren aktiv last utelukkende skyldes spenningsfallet over den aktive motstanden til generatoren hvis vi neglisjerer lekkasjens selvinduksjonselektromotoriske kraft.

La oss nå anta at belastningen på en synkrongenerator er rent induktiv. I dette tilfellet henger strømmen Az etter den elektromotoriske kraften E med en vinkel på π / 2... Dette betyr at den maksimale strømmen vises i lederen litt senere enn den maksimale elektromotoriske kraften. Derfor, når strømmen i ankerviklingstråden når sin maksimale verdi, vil nordpolen N ikke lenger være under denne ledningen, men vil bevege seg litt lenger i rotasjonsretningen til rotoren, som vist i fig. 2, b.

I dette tilfellet lukkes de magnetiske linjene (prikkede linjer) til den magnetiske fluksen til armaturviklingen gjennom to tilstøtende motsatte poler N og S og rettes til magnetlinjene til hovedmagnetfeltet til generatoren skapt av de magnetiske polene. Dette fører til at hovedmagnetbanen ikke bare er forvrengt, men også blir litt svakere.

I fig. 2.6 viser et vektordiagram av de magnetiske induksjonene: hovedmagnetfeltet B, magnetfeltet på grunn av ankerreaksjonen Vi og det resulterende magnetfeltet Vres.

Her ser vi at den radielle komponenten av den magnetiske induksjonen til det resulterende magnetfeltet har blitt mindre enn den magnetiske induksjonen B til hovedmagnetfeltet med verdien ΔV. Derfor reduseres også den induserte elektromotoriske kraften fordi den skyldes den radielle komponenten til den magnetiske induksjonen.Dette betyr at spenningen ved generatorklemmene alt annet likt vil være mindre enn spenningen ved en ren aktiv generatorlast.

Hvis generatoren har en ren kapasitiv belastning, leder strømmen i den fasen til den elektromotoriske kraften med en vinkel på π / 2... Strømmen i ledningene til ankerviklingen til generatoren når nå et maksimum tidligere enn den elektromotoriske kraft E. Derfor, når strømmen i ledningen til viklingen av ankeret (fig. 2, c) når sin maksimale verdi, vil nordpolen til N fortsatt ikke romme denne ledningen.

I dette tilfellet er de magnetiske linjene (prikkede linjer) til den magnetiske fluksen til armaturviklingen lukket gjennom to tilstøtende motsatte poler N og S og er rettet langs banen med magnetlinjene til hovedmagnetfeltet til generatoren. Dette fører til det faktum at hovedmagnetfeltet til generatoren ikke bare er forvrengt, men også noe forsterket.

I fig. 2, c viser vektordiagrammet for den magnetiske induksjonen: hovedmagnetfeltet V, magnetfeltet på grunn av ankerreaksjonen Vya, og det resulterende magnetfeltet Bres. Vi ser at den radielle komponenten av den magnetiske induksjonen av det resulterende magnetfeltet har blitt større enn den magnetiske induksjonen B til hovedmagnetfeltet med mengden ΔB. Derfor har også den induktive elektromotoriske kraften til generatoren økt, noe som betyr at spenningen ved generatorterminalene, når alle andre forhold er like, vil bli større enn spenningen ved en rent induktiv generatorbelastning.

Etter å ha etablert påvirkningen av ankerreaksjonen på den elektromotoriske kraften til en synkron generator for belastninger av forskjellig natur, fortsetter vi med å klargjøre de ytre egenskapene til generatoren.Den ytre karakteristikken til en synkrongenerator er avhengigheten av spenningen U ved dens terminaler av belastningen I ved konstant rotorhastighet (n = const), konstant eksitasjonsstrøm (iv = const) og konstansen til effektfaktoren (cos φ = konst).

I fig. 3 er de ytre egenskapene til en synkrongenerator for laster av forskjellig art gitt. Kurve 1 uttrykker den ytre karakteristikken under aktiv belastning (cos φ = 1,0). I dette tilfellet faller generatorterminalspenningen når belastningen endres fra tomgang til nominell innenfor 10–20 % av generatorspenningen uten belastning.

Kurve 2 uttrykker den ytre karakteristikken med en resistiv-induktiv last (cos φ = 0, åtte). I dette tilfellet faller spenningen ved generatorterminalene raskere på grunn av den demagnetiserende effekten av ankerreaksjonen. Når generatorbelastningen endres fra tomgang til nominell, synker spenningen til innenfor 20 - 30 % tomgangsspenning.

Kurve 3 uttrykker den ytre karakteristikken til synkrongeneratoren ved en aktiv-kapasitiv last (cos φ = 0,8). I dette tilfellet øker generatorterminalspenningen noe på grunn av magnetiseringsvirkningen til ankerreaksjonen.

Ris. 3. Eksterne egenskaper til dynamoen for forskjellige belastninger: 1 — aktiv, 2 — induktiv, 3 kapasitiv

Kontrollkarakteristikk for en synkrongenerator

Kontrollkarakteristikken til en synkrongenerator uttrykker avhengigheten av feltstrømmen i i generatoren av belastningen I med en konstant effektiv verdi av spenningen ved terminalene til generatoren (U = const), et konstant antall omdreininger av rotoren av generatoren per minutt (n = const) og konstansen til faktoren til effekten (cos φ = const).

I fig.4 er det gitt tre styrekarakteristikker for en synkrongenerator. Kurve 1 refererer til det aktive lasttilfellet (fordi φ = 1).

Ris. 4. Generatorkontrollkarakteristikk for forskjellige belastninger: 1 — aktiv, 2 — induktiv, 3 — kapasitiv

Her ser vi at når belastningen I på generatoren øker, øker eksitasjonsstrømmen. Dette er forståelig, fordi med en økning i belastningen I øker spenningsfallet i den aktive motstanden til ankerviklingen til generatoren, og det er nødvendig å øke den elektromotoriske kraften E til generatoren ved å øke eksitasjonsstrømmen iv. hold spenningen konstant U .

Kurve 2 refererer til tilfellet med en aktiv-induktiv last ved cos φ = 0,8... Denne kurven stiger mer bratt enn kurve 1, på grunn av avmagnetiseringen av ankerreaksjonen, som reduserer størrelsen på den elektromotoriske kraften E og derfor spenning U ved terminalene til generatoren.

Kurve 3 refererer til tilfellet med en aktiv-kapasitiv last ved cos φ = 0,8. Denne kurven viser at når belastningen på generatoren øker, kreves mindre eksitasjonsstrøm i i generatoren for å opprettholde en konstant spenning over dens terminaler. Dette er forståelig, siden ankerreaksjonen i dette tilfellet øker den magnetiske hovedfluksen og derfor bidrar til en økning i den elektromotoriske kraften til generatoren og spenningen ved dens terminaler.