Начини рада синхроних генератора, радне карактеристике генератора

Главне величине које карактеришу синхрони генератор су: напон на терминалу У, пуњење И, привидна снага П (кВа), број обртаја ротора у минути н, фактор снаге цос φ.

Најважније карактеристике синхроног генератора су следеће:

• карактеристика мировања,

• спољна карактеристика,

• регулациона карактеристика.

Карактеристика празног хода синхроног генератора

Електромоторна сила генератора је пропорционална величини магнетног флукса Ф који ствара струја побуде ив и броју обртаја н ротора генератора у минути:

Е = цнФ,

где је с — фактор пропорционалности.

Иако величина електромоторне силе синхроног генератора зависи од броја обртаја ротора, немогуће ју је подесити променом брзине ротације ротора, јер је фреквенција електромоторне силе повезана са бројем обртаја ротора. обртаја ротора генератора, који се мора одржавати константним.

Стога, остаје једини начин да се подеси величина електромоторне силе синхроног генератора — ово је промена главног магнетног флукса Ф. Ово последње се обично постиже подешавањем побудне струје ив помоћу реостата уведеног у побудно коло. генератора. У случају да се побудни калем напаја струјом из генератора једносмерне струје који се налази на истом вратилу са овим синхроним генератором, струја побуде синхроног генератора се подешава променом напона на стезаљкама генератора једносмерне струје.

Зависност електромоторне силе Е синхроног генератора од побудне струје ив при константној називној брзини ротора (н = цонст) и оптерећењу једнаком нули (1 = 0) назива се карактеристика празног хода генератора.

На слици 1 приказана је карактеристика празног хода генератора. Овде се узлазна грана 1 криве уклања како струја ив расте од нуле до ивм, а силазна грана 2 криве — када се ив промени са ивм на ив = 0.

Пиринач. 1. Карактеристика празног хода синхроног генератора

Дивергенција између узлазне 1 и силазне 2 гране се објашњава резидуалним магнетизмом. Што је већа површина ограничена овим гранама, то су већи губици енергије у челику синхроног генератора за преокрет магнетизације.

Стрмина успона криве празног хода у њеном почетном равном пресеку карактерише магнетно коло синхроног генератора. Што је нижи проток ампера у ваздушним отворима генератора, то ће бити стрмија карактеристика празног хода генератора под другим условима.

Спољашње карактеристике генератора

Крајњи напон напуњеног синхроног генератора зависи од електромоторне силе Е генератора, пада напона у активном отпору његовог намотаја статора, пада напона услед дисипације самоиндукционе електромоторне силе Ес и пада напона услед реакција арматуре.

Познато је да дисипативна електромоторна сила Ес зависи од дисипативног магнетног флукса Фц, који не продире у магнетне полове ротора генератора и самим тим не мења степен магнетизације генератора. Дисипативна електромоторна сила самоиндукције Ес генератора је релативно мала и стога се може практично занемарити.Сходно томе, онај део електромоторне силе генератора који компензује дисипативно самоиндукциону електромоторну силу Ес може се сматрати практично једнаким нули. .

Одзив арматуре има приметнији утицај на начин рада синхроног генератора и, посебно, на напон на његовим стезаљкама. Степен овог утицаја зависи не само од величине оптерећења генератора, већ и од природе оптерећења.

Хајде да прво размотримо ефекат реакције арматуре синхроног генератора за случај када је оптерећење генератора чисто активно. У ту сврху узимамо део кола радног синхроног генератора приказаног на сл. 2, а. Овде је приказан део статора са једном активном жицом на намотају арматуре и део ротора са неколико његових магнетних полова.

Пиринач. 2. Утицај реакције арматуре под оптерећењем: а — активна, б — индуктивна, ц — капацитивна природа

У овом тренутку, северни пол једног од електромагнета који се окреће супротно од казаљке на сату са ротором управо пролази испод активне жице намотаја статора.

Електромоторна сила индукована у овој жици усмерена је ка нама иза равни цртежа. А пошто је оптерећење генератора чисто активно, струја намотаја арматуре Из је у фази са електромоторном силом. Дакле, у активном проводнику намотаја статора струја тече према нама због равни цртежа.

Линије магнетног поља које стварају електромагнети су овде приказане пуним линијама, а линије магнетног поља које ствара струја жице намотаја арматуре су приказане овде. - испрекидана линија.

Испод на сл. 2, а приказује векторски дијаграм магнетне индукције резултујућег магнетног поља које се налази изнад северног пола електромагнета. Овде видимо да магнетна индукција В главно магнетно поље које ствара електромагнет има радијални смер, а магнетна индукција ВИ магнетног поља струје намотаја арматуре усмерена је удесно и управно на вектор В.

Резултујућа магнетна индукција Рез је усмерен нагоре и надесно. То значи да је дошло до изобличења основног магнетног поља као резултат додавања магнетних поља. Лево од Северног пола је нешто ослабио, а десно се мало повећао.

Лако је видети да се радијална компонента резултујућег вектора магнетне индукције, од које суштински зависи величина индуковане електромоторне силе генератора, није променила. Дакле, реакција арматуре под чисто активним оптерећењем генератора не утиче на величину електромоторне силе генератора.То значи да је пад напона на генератору са чисто активним оптерећењем искључиво последица пада напона на активном отпору генератора ако занемаримо електромоторну силу самоиндукције цурења.

Претпоставимо сада да је оптерећење синхроног генератора чисто индуктивно. У овом случају струја Аз заостаје за електромоторном силом Е за угао од π / 2... То значи да се максимална струја појављује у проводнику нешто касније од максималне електромоторне силе. Стога, када струја у жици за намотавање арматуре достигне своју максималну вредност, северни пол Н више неће бити испод ове жице, већ ће се померити мало даље у правцу ротације ротора, као што је приказано на сл. 2, б.

У овом случају, магнетне линије (испрекидане линије) магнетног флукса намотаја арматуре су затворене кроз два суседна супротна пола Н и С и усмерене су на магнетне линије главног магнетног поља генератора створеног магнетним половима. То доводи до чињенице да главна магнетна путања није само изобличена, већ и мало слабија.

На сл. 2.6 приказује векторски дијаграм магнетних индукција: главно магнетно поље Б, магнетно поље услед реакције арматуре Ви и резултујуће магнетно поље Врес.

Овде видимо да је радијална компонента магнетне индукције насталог магнетног поља постала мања од магнетне индукције Б главног магнетног поља за вредност ΔВ. Дакле, индукована електромоторна сила је такође смањена јер је због радијалне компоненте магнетне индукције.То значи да ће напон на терминалима генератора, ако су друге ствари једнаке, бити мањи од напона на чисто активном оптерећењу генератора.

Ако генератор има чисто капацитивно оптерећење, струја у њему води фазу електромоторне силе за угао од π / 2... Струја у жицама арматурног намотаја генератора сада достиже максимум раније од електромотора. сила Е. Стога, када струја у жици намотаја сидра (слика 2, ц) достигне своју максималну вредност, северни пол Н и даље неће прихватити ову жицу.

У овом случају, магнетне линије (испрекидане линије) магнетног флукса намотаја арматуре су затворене кроз два суседна супротна пола Н и С и усмерене су дуж путање са магнетним линијама главног магнетног поља генератора. То доводи до чињенице да главно магнетно поље генератора није само изобличено, већ и донекле појачано.

На сл. 2, ц приказује векторски дијаграм магнетне индукције: главно магнетно поље В, магнетно поље услед реакције арматуре Виа и резултујуће магнетно поље Брес. Видимо да је радијална компонента магнетне индукције насталог магнетног поља постала већа од магнетне индукције Б главног магнетног поља за износ ΔБ. Због тога се повећала и индуктивна електромоторна сила генератора, што значи да ће напон на терминалима генератора, уз све остале услове, постати већи од напона при чисто индуктивном оптерећењу генератора.

Након што смо установили утицај реакције арматуре на електромоторну силу синхроног генератора за оптерећења различите природе, прелазимо на појашњење спољашњих карактеристика генератора.Екстерна карактеристика синхроног генератора је зависност напона У на његовим стезаљкама од оптерећења И при константној брзини ротора (н = цонст), константној побудној струји (ив = цонст) и константности фактора снаге (цос φ = цонст).

На сл. 3 дате су спољне карактеристике синхроног генератора за оптерећења различите природе. Крива 1 изражава спољашњу карактеристику под активним оптерећењем (цос φ = 1,0). У овом случају, напон терминала генератора опада када се оптерећење промени са празног хода на номинално у оквиру 10 — 20% напона генератора без оптерећења.

Крива 2 изражава спољашњу карактеристику са отпорно-индуктивним оптерећењем (цос φ = 0, осам). У овом случају, напон на терминалима генератора опада брже због демагнетизирајућег ефекта реакције арматуре. Када се оптерећење генератора промени са празног хода на номинално, напон опада на 20—30% напона празног хода.

Крива 3 изражава спољашњу карактеристику синхроног генератора при активно-капацитивном оптерећењу (цос φ = 0,8). У овом случају, напон терминала генератора се донекле повећава због магнетизирајућег дејства реакције арматуре.

Пиринач. 3. Спољашње карактеристике алтернатора за различита оптерећења: 1 — активни, 2 — индуктивни, 3 капацитивни

Управљачка карактеристика синхроног генератора

Управљачка карактеристика синхроног генератора изражава зависност струје поља и у генератору од оптерећења И са константном ефективном вредношћу напона на стезаљкама генератора (У = цонст), константним бројем обртаја ротора. генератора у минути (н = цонст) и константност фактора снаге (цос φ = цонст).

На сл.4 дате су три контролне карактеристике синхроног генератора. Крива 1 се односи на случај активног оптерећења (јер је φ = 1).

Пиринач. 4. Управљачке карактеристике алтернатора за различита оптерећења: 1 — активно, 2 — индуктивно, 3 — капацитивно

Овде видимо да како расте оптерећење И на генератору, струја побуде расте. Ово је разумљиво, јер се са повећањем оптерећења И повећава пад напона у активном отпору намотаја арматуре генератора, те је потребно повећати електромоторну силу Е генератора повећањем струје побуде ив. одржавати константан напон У.

Крива 2 се односи на случај активно-индуктивног оптерећења при цос φ = 0,8... Ова крива расте стрмије од криве 1, због демагнетизације реакције арматуре, чиме се смањује величина електромоторне силе Е и самим тим напон У на стезаљкама генератора.

Крива 3 се односи на случај активно-капацитивног оптерећења при цос φ = 0,8. Ова крива показује да како расте оптерећење генератора, потребно је мање струје побуде и у генератору да би се одржао константан напон на његовим терминалима. Ово је разумљиво, јер у овом случају реакција арматуре повећава главни магнетни флукс и самим тим доприноси повећању електромоторне силе генератора и напона на његовим терминалима.