Synkronisten generaattoreiden toimintatavat, generaattoreiden toimintaominaisuudet

Synkronista generaattoria kuvaavat pääsuuret ovat: napajännite U, lataus I, näennäisteho P (kVa), roottorin kierrokset minuutissa n, tehokerroin cos φ.

Synkronisen generaattorin tärkeimmät ominaisuudet ovat seuraavat:

• tyhjäkäyntiominaisuus,

• ulkoinen ominaisuus,

• säätelevä ominaisuus.

Synkronisen generaattorin tyhjäkäyntiominaisuus

Generaattorin sähkömotorinen voima on verrannollinen herätevirran iv synnyttämän magneettivuon Ф suuruuteen ja generaattorin roottorin kierrosten lukumäärään n minuutissa:

E = cnF,

missä s — suhteellisuuskerroin.

Vaikka synkronisen generaattorin sähkömotorisen voiman suuruus riippuu roottorin kierrosten lukumäärästä, sitä on mahdotonta säätää muuttamalla roottorin pyörimisnopeutta, koska sähkömotorisen voiman taajuus on suhteessa roottorin kierrosten lukumäärään. generaattorin roottorin kierrokset, jotka pidetään vakiona.

Siksi on jäljellä ainoa tapa säätää synkronisen generaattorin sähkömotorisen voiman suuruutta — tämä on muutos päämagneettivuossa F. Jälkimmäinen saavutetaan yleensä säätämällä viritysvirtaa iw virityspiiriin lisätyn reostaatin avulla. generaattorista. Siinä tapauksessa, että virityskäämiin syötetään virtaa tasavirtageneraattorista, joka sijaitsee samalla akselilla tämän synkronisen generaattorin kanssa, synkronisen generaattorin viritysvirtaa säädetään muuttamalla jännitettä tasavirtageneraattorin navoissa.

Synkronisen generaattorin sähkömotorisen voiman E riippuvuutta herätevirrasta iw roottorin vakionopeudella (n = const) ja nollaa vastaavalla kuormalla (1 = 0) kutsutaan generaattorin joutokäyntiominaisuudeksi.

Kuvassa 1 on esitetty generaattorin tyhjäkäyntiominaisuus. Tässä käyrän nouseva haara 1 poistetaan, kun virta iv kasvaa nollasta ivm:ksi, ja käyrän laskeva haara 2 - kun iv muuttuu arvosta ivm arvoon iv = 0.

Riisi. 1. Synkronisen generaattorin tyhjäkäyntiominaisuus

Nousevan 1 ja laskevan 2 haaran välinen ero selittyy jäännösmagnetismilla. Mitä suurempi näiden haarojen rajaama alue on, sitä suuremmat ovat energiahäviöt magnetoinnin käänteisen synkronisen generaattorin teräksessä.

Tyhjäkäyntikäyrän nousun jyrkkyys sen alkusuoralla osalla luonnehtii synkronisen generaattorin magneettipiiriä. Mitä pienempi ampeerin kierrosnopeus generaattorin ilmaväleissä, sitä jyrkempi generaattorin joutokäyntikäyrä on muissa olosuhteissa.

Generaattorin ulkoiset ominaisuudet

Kuormitetun synkronisen generaattorin napajännite riippuu generaattorin sähkömotorisesta voimasta E, sen staattorikäämin aktiivivastuksen jännitehäviöstä, dissipaatio-itseinduktion sähkömoottorivoiman Es aiheuttamasta jännitehäviöstä ja sähkömoottorin sähkömoottorivoimasta Es johtuvasta jännitehäviöstä. armatuurireaktio.

Tiedetään, että dissipatiivinen sähkömotorinen voima Es riippuu dissipatiivisesta magneettivuosta Fc, joka ei tunkeudu generaattorin roottorin magneettinapoihin eikä siksi muuta generaattorin magnetoitumisastetta. Generaattorin dissipatiivisen itseinduktion sähkömotorinen voima Es on suhteellisen pieni ja siksi se voidaan käytännössä jättää huomiotta, joten sen osan generaattorin sähkömoottorivoimasta, joka kompensoi dissipatiivisen itseinduktion sähkömoottorivoiman Es voidaan katsoa käytännössä nollaksi .

Ankkurin vasteella on havaittavampi vaikutus synkronisen generaattorin toimintatapaan ja erityisesti sen liittimien jännitteeseen. Tämän vaikutuksen aste ei riipu ainoastaan ​​generaattorin kuorman koosta, vaan myös kuorman luonteesta.

Tarkastellaan ensin synkronisen generaattorin ankkurireaktion vaikutusta tapaukseen, jossa generaattorin kuorma on puhtaasti aktiivinen. Tätä tarkoitusta varten otetaan osa toimivan synkronisen generaattorin piiristä, joka on esitetty kuvassa. 2, a. Tässä näkyy osa staattorista, jossa on yksi aktiivinen lanka ankkurikäämityksessä, ja osa roottorista useilla sen magneettinapoilla.

Riisi. 2. Ankkurin reaktion vaikutus kuormituksella: a — aktiivinen, b — induktiivinen, c — kapasitiivinen luonne

Tällä hetkellä yhden roottorin kanssa vastapäivään pyörivän sähkömagneetin pohjoisnapa menee juuri staattorikäämin aktiivisen johdon alta.

Tässä langassa indusoitunut sähkömotorinen voima suuntautuu meitä kohti piirustuksen tason takana. Ja koska generaattorin kuorma on puhtaasti aktiivinen, ankkurin käämivirta Iz on vaiheessa sähkömotorisen voiman kanssa. Siksi staattorikäämin aktiivisessa johtimessa virta kulkee meitä kohti piirustuksen tasosta johtuen.

Sähkömagneettien luomat magneettikenttäviivat on esitetty tässä yhtenäisinä viivoina ja ankkurin käämilangan virran synnyttämät magneettikenttäviivat on esitetty tässä. - katkoviiva.

Alla kuvassa Kuviossa 2 on esitetty vektorikaavio sähkömagneetin pohjoisnavan yläpuolella olevan tuloksena olevan magneettikentän magneettisesta induktiosta. Tässä näemme, että sähkömagneetin luomalla päämagneettikentällä magneetti-induktiolla V on säteittäinen suunta ja ankkurikäämivirran magneettikentän magneettinen induktio VI on suunnattu oikealle ja kohtisuoraan vektoriin V.

Tuloksena oleva magneettinen induktio Leikkaus on suunnattu ylös ja oikealle. Tämä tarkoittaa, että taustalla olevan magneettikentän vääristymiä on tapahtunut magneettikenttien lisäyksen seurauksena. Pohjoisnavan vasemmalla puolella se heikkeni jonkin verran ja oikealla kasvoi hieman.

On helppo nähdä, että tuloksena olevan magneettisen induktiovektorin säteittäinen komponentti, josta generaattorin indusoituneen sähkömotorisen voiman suuruus oleellisesti riippuu, ei ole muuttunut. Siksi ankkurireaktio generaattorin puhtaasti aktiivisella kuormalla ei vaikuta generaattorin sähkömotorisen voiman suuruuteen.Tämä tarkoittaa, että jännitehäviö generaattorissa puhtaasti aktiivisella kuormalla johtuu yksinomaan generaattorin aktiivisen resistanssin jännitehäviöstä, jos jätämme huomiotta vuodon itseinduktion sähkömotorisen voiman.

Oletetaan nyt, että synkronisen generaattorin kuormitus on puhtaasti induktiivinen. Tässä tapauksessa virta Az on jäljessä sähkömoottorivoimasta E kulman π / 2 verran... Tämä tarkoittaa, että maksimivirta ilmestyy johtimeen hieman myöhemmin kuin suurin sähkömoottorivoima. Siksi, kun armatuurikäämin langan virta saavuttaa maksimiarvonsa, pohjoisnapa N ei enää ole tämän johtimen alla, vaan liikkuu hieman pidemmälle roottorin pyörimissuunnassa, kuten kuvassa 10 esitetään. 2, b.

Tässä tapauksessa ankkurikäämin magneettivuon magneettiset viivat (pisteviivat) suljetaan kahden vierekkäisen vastakkaisen navan N ja S kautta ja suunnataan magneettinapojen synnyttämiin generaattorin päämagneettikentän magneettisiin linjoihin. Tämä johtaa siihen, että päämagneettinen polku ei vain vääristy, vaan myös heikkenee hieman.

Kuvassa Kuvassa 2.6 on vektorikaavio magneettisista induktioista: päämagneettikenttä B, ankkurireaktion Vi aiheuttama magneettikenttä ja tuloksena oleva magneettikenttä Vres.

Tässä nähdään, että tuloksena olevan magneettikentän magneettisen induktion säteittäinen komponentti on pienentynyt päämagneettikentän magneettisesta induktiosta B arvolla ΔV. Siksi myös indusoitu sähkömotorinen voima pienenee, koska se johtuu magneettisen induktion säteittäiskomponentista.Tämä tarkoittaa, että jännite generaattorin liittimissä on muiden tekijöiden ollessa yhtä suuri kuin jännite puhtaasti aktiivisella generaattorikuormalla.

Jos generaattorissa on puhtaasti kapasitiivinen kuorma, siinä oleva virta johtaa sähkömoottorivoiman vaihetta kulmassa π / 2... Generaattorin ankkurikäämin johtojen virta saavuttaa nyt maksimin aikaisemmin kuin sähkömoottori. voima E. Siksi, kun virta ankkurin käämin johdossa (kuva 2, c) saavuttaa maksimiarvonsa, N:n pohjoisnapa ei silti mahdu tätä lankaa.

Tässä tapauksessa ankkurikäämin magneettivuon magneettiset viivat (pisteviivat) suljetaan kahden vierekkäisen vastakkaisen navan N ja S kautta ja suunnataan polkua pitkin generaattorin päämagneettikentän magneettisten linjojen kanssa. Tämä johtaa siihen, että generaattorin päämagneettikenttä ei vain vääristy, vaan myös vahvistuu jonkin verran.

Kuvassa Kuvassa 2, c on esitetty magneettisen induktion vektorikaavio: päämagneettikenttä V, ankkurireaktiosta Vya johtuva magneettikenttä ja tuloksena oleva magneettikenttä Bres. Näemme, että tuloksena olevan magneettikentän magneettisen induktion säteittäinen komponentti on tullut suuremmaksi kuin päämagneettikentän magneettinen induktio B määrällä ΔB. Tästä syystä myös generaattorin induktiivinen sähkömotorinen voima on kasvanut, mikä tarkoittaa, että generaattorin napojen jännite tulee kaikkien muiden ehtojen ollessa samoina suuremmaksi kuin jännite puhtaasti induktiivisella generaattorikuormalla.

Todettuaan ankkurireaktion vaikutuksen synkronisen generaattorin sähkömotoriseen voimaan erityyppisille kuormille, jatkamme generaattorin ulkoisten ominaisuuksien selventämistä.Synkronisen generaattorin ulkoinen ominaisuus on sen liittimissä olevan jännitteen U riippuvuus kuormasta I vakioroottorin nopeudella (n = const), vakioherätysvirta (iv = const) ja tehokertoimen vakioisuus (cos φ = const).

Kuvassa Kuvassa 3 on esitetty synkronisen generaattorin ulkoiset ominaisuudet erilaisille kuormille. Käyrä 1 ilmaisee ulkoisen ominaiskäyrän aktiivisen kuormituksen alaisena (cos φ = 1,0). Tässä tapauksessa generaattorin liittimen jännite laskee, kun kuorma muuttuu tyhjäkäynnistä nimellisarvoon 10–20 %:n sisällä tyhjäkäynnin generaattorin jännitteestä.

Käyrä 2 ilmaisee ulkoisen ominaiskäyrän resistiivis-induktiivisella kuormalla (cos φ = 0, kahdeksan). Tällöin generaattorin napojen jännite laskee nopeammin ankkurireaktion demagnetoivan vaikutuksen vuoksi. Kun generaattorin kuormitus muuttuu tyhjästä nimellisarvoon, jännite laskee 20–30 %:n sisällä tyhjäkäyntijännitteestä.

Käyrä 3 ilmaisee synkronisen generaattorin ulkoisen ominaiskäyrän aktiivisella kapasitiivisella kuormalla (cos φ = 0,8). Tässä tapauksessa generaattorin päätejännite kasvaa jonkin verran ankkurireaktion magnetoivan vaikutuksen vuoksi.

Riisi. 3. Laturien ulkoiset ominaisuudet eri kuormille: 1 — aktiivinen, 2 — induktiivinen, 3 kapasitiivinen

Synkronisen generaattorin ohjausominaisuus

Synkronisen generaattorin ohjauskäyrä ilmaisee generaattorissa olevan kenttävirran i riippuvuuden kuormasta I generaattorin liittimien jännitteen vakiolla tehollisarvolla (U = const), roottorin vakiokierrosten lukumäärällä generaattorin määrä minuutissa (n = const) ja tehokertoimen vakio (cos φ = const).

Kuvassa4 on annettu kolme synkronisen generaattorin ohjausominaisuutta. Käyrä 1 viittaa aktiiviseen kuormitukseen (koska φ = 1).

Riisi. 4. Laturien ohjausominaisuudet eri kuormille: 1 — aktiivinen, 2 — induktiivinen, 3 — kapasitiivinen

Tässä näemme, että kun generaattorin kuormitus I kasvaa, herätevirta kasvaa. Tämä on ymmärrettävää, koska kuorman I kasvaessa generaattorin ankkurikäämin aktiivivastuksen jännitehäviö kasvaa, ja generaattorin sähkömoottorivoimaa E on lisättävä lisäämällä herätevirtaa iv. pitää jännite vakiona U .

Käyrä 2 viittaa tapaukseen, jossa aktiivi-induktiivinen kuorma on arvolla cos φ = 0,8... Tämä käyrä nousee jyrkemmin kuin käyrä 1 johtuen ankkurireaktion demagnetisoitumisesta, mikä vähentää sähkömotorisen voiman E suuruutta ja siten jännite U generaattorin navoissa.

Käyrä 3 viittaa aktiivisen kapasitiivisen kuorman tapaukseen, kun cos φ = 0,8. Tämä käyrä osoittaa, että kun generaattorin kuormitus kasvaa, generaattorissa tarvitaan vähemmän viritysvirtaa i ylläpitämään vakiojännite sen navoissa. Tämä on ymmärrettävää, koska tässä tapauksessa ankkurireaktio lisää päämagneettivuoa ja edistää siten generaattorin sähkömotorisen voiman ja sen liittimien jännitteen kasvua.