Что такое внешняя характеристика синхронного генератора

Внешняя характеристика синхронного генератора (ЭМ)

Внешняя характеристика представляет собой зависимость напряжения на выводах обмотки статора от тока нагрузки: U₁= f(I₁) при I_в = const; cos φ = const; п₁ = п_иом =const. На рис. 3.4, а представлены внешние характеристики, соответст­вующие различным по характеру нагрузкам синхронного гене­ратора.

При активной нагрузке (cos φ₁ = l): уменьшение тока нагрузки I₁ сопровождается ростом напряжения U₁, что объяс­няется уменьшением падения напряжения в обмотке статора и ослаблением размагничивающего действия реакции якоря по по­перечной оси. При индуктивной нагрузке (cos φ

100 %. (3.3)

При емкостной нагрузке генератора сброс нагрузки вызывает уменьшение напряжения, а поэтому отрицательно.

В процессе эксплуатации синхронного генератора напряже­ние U₁ при колебаниях нагрузки поддерживается неизменным посредством быстродействующих автоматических регуляторов. Однако во избежание повреждения изоляций обмотки не должно превышать 50 %.

3.3. Регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика показывает, как следует менять ток возбуждения генератора при изменениях нагрузки, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянно равным номинальному: I_в = f(I₁) при U₁ = = U_1ном = const; n₁ = n_ном = const и cos φ₁ = const. На рис. 3.4, б представлены регулировочные характеристики СГ.

Рис. 3.4. Внешние (а) и регулировочные (б) характерис­тики синхронного генератора

При активной нагрузке (cos φ₁ = 1) увеличение тока нагрузки I₁ сопровождается уменьшением напряжения U₁, поэтому для под­держания этого напряжения неизменным по мере увеличения тока нагрузки I₁ следует повышать ток возбуждения. Индук­тивный характер нагрузки (cos φ₁

Источник

Характеристики синхронного генератора

Свойства синхронного генератора определяются характеристиками холостого хода, короткого замыкания, внешними и регу­лировочными.

Характеристика холостого хода синхронного генератора.Представляет собой график зависимости напряжения на выходе генератора в режиме х.х. U₁ = Е₀ от тока возбуждения I_в.0 при n₁ = const. Схема включения синхронного генератора для снятия характеристики х.х. приведена на рис. 20.9, а. Если характеристики х.х. различных синхронных генераторов изобразить в относительных единицах Е_* = f (I_в*), то эти характеристики мало отличаются друг от друга и будут очень схожи с нормальной характеристикой х.х. (риc. 20.9, б), которую используют при расчетах синхронных машин:

Здесь E_* = Е₀ / U_1ном — относительная ЭДС фазы обмотки статора;

I_в* = I_в0 /I_в0ном — относительный ток возбуждения; I_в0ном — ток возбуждения в режиме х.х., соответствующий ЭДС х.х. Е₀ = U_1ном

Характеристика короткого замыкания.Характеристику трехфазного к.з. получают следующим образом: выводы обмотки статора замыкают накоротко (рис. 20.10, а) и при вращении ротора с частотой вращения n₁ постепенно увеличивают ток возбуждения до значения, при котором ток к.з. превышает номинальный рабочий ток статорной обмотки не более чем на 25% (I_1к = l,25 I_1ном). Так как в этом случае ЭДС обмотки статора имеет значение, в несколько раз меньшее, чем в рабочем режиме генератора, и, следовательно, основной магнитный поток весьма мал, то магнитная цепь машины оказывается ненасыщенной. По этой причине ха­рактеристика к.з. представляет собой прямую линию (рис. 20.10, б). Активное сопротивление обмотки статора невелико по сравне­нию с ее индуктивным сопротивлением, поэтому, принимая r₁ ≈ 0, можно считать, что при опыте к.з. нагрузка синхронного генерато­ра (его собственные обмотки) является чисто индуктивной. Из этого следует, что при опыте к.з. реакция якоря синхронного гене­ратора имеет продольно-размагничивающий характер (см. § 20.3).

Векторная диаграм­ма, построенная для ге­нератора при опыте трехфазного к.з., пред­ставлена на рис. 20.10, в. Из диаграммы вид­но, что ЭДС инду­цируемая в обмотке ста­тора, полностью урав­новешивается ЭДС продольной реакции якоря и ЭДС рассеяния .

Рис. 20.9. Опыт холостого хода синхронного генератора

При этом МДС обмотки возбуждения имеет как бы две со­ставляющие: одна ком­пенсирует падение на­пряжения , а дру­гая компенсирует раз­магничивающее влия­ние реакции якоря .

Характеристики к.з. и х.х. дают возможность определить значения токов возбуждения, со­ответствующие указан­ным составляющим МДС возбуждения. С этой целью характери­стики х.х. и к.з. строят в одних осях (рис. 20.11), при этом на оси ор­динат отмечают относительные значения напряжения х.х. Е_* = E₀/ U_1ном и тока к.з. I_к* = I_1к/ I_1ном. На оси ординат отклады­вают отрезок ОВ, выражающий в масштабе напряжения относительное значение ЭДС рассеяния . Затем точку В сносят на

Рис. 20.10. Опыт короткого замыкания син­хронного генератора

Рис. 20.11. Определение состав­ляющих тока к.з.

характеристику х.х. (точка В’) и опускают перпендикуляр B’D на ось абсцис. Полученная точка D разделила ток возбуждения I_в0ном на две части: I_вх — ток возбуждения, необходимый для компен­сации падения напряжения , и — ток возбуждения, компен­сирующий продольно-размагничивающую реакцию якоря.

Один из важных параметров синхронной машины — отно­шение короткого замыкания (ОКЗ), которое представляет собой отношение тока возбуж­дения I_в0ном, соответствующего номинальному напряжению при х.х., к току возбуждения I_в.к.ном соответствующему номиналь­ному току статора при опыте к.з. (рис. 20.10, б):

Для турбогенераторов ОКЗ = 0,4 ÷ 0,7; для гидрогене­раторов ОКЗ = 1,0 ÷ 1,4.

ОКЗ имеет большое практическое значение при оценке свойств синхронной машины: машины с малым ОКЗ менее устой­чивы при параллельной работе (см. гл. 21), имеют значительные колебания напряжения при изменениях нагрузки, но такие маши­ны имеют меньшие габариты и, следовательно, дешевле, чем ма­шины с большим ОКЗ.

Внешняя характеристика.Представляет собой зависимость напряжения на выводах обмотки статора от тока нагрузки: U₁ = f (I₁) при I_в = const; соs φ₁, = const; n₁ = n_ном = const. На рис. 10.12, а представлены внешние характеристики, соответствующие различным по характеру нагрузкам синхронного генератора.

При активной нагрузке (соs φ₁ = 1) уменьшение тока нагрузки I₁ сопровождается ростом напряжения U₁, что объясняется уменьшением падения напряжения в обмотке статора и ослабле­нием размагничивающего действия реакции якоря по поперечной оси. При индуктивной нагрузке (cos φ₁

Дата добавления: 2015-11-18 ; просмотров: 3211 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Основные характеристики синхронных генераторов

Основными характеристиками синхронных генераторов являются:

— характеристика холостого хода;

Характеристика холостого хода показывает зависимость ЭДС генератора от величины тока возбуждения при постоянной частоте и отключенной нагрузке, т.е. при холостом ходе Е = f(I_в) при I_н = 0, n = const.

В нижней части характеристика холостого хода прямолинейна, поскольку при малых индукциях большая часть МДС (W I_в) затрачивается на преодоление магнитным потоком воздушного зазора между статором и ротором, а для воздуха зависимость Ф = f(I_в) линейная. Стальные же участки магнитопровода при малых индукциях не представляют существенного сопротивления магнитному потоку.

При дальнейшем увеличении МДС и потока сказывается магнитное насыщение стали, вследствие чего магнитное сопротивление стальных участков начинает быстро возрастать и для их преодоления потоком требуется значительно большая часть МДС. Поэтому характеристика начинает наклоняться в сторону оси абсцисс и становится криволинейной.

При полном насыщении стали магнитопровода, которое наступает при очень больших МДС, характеристика холостого хода снова выпрямляется, но ее наклон к оси абсцисс значительно меньше, чем на начальном линейном участке.

Характеристика холостого хода определяет свойства магнитной цепи синхронного генератора. Она аналогична кривой намагничивания, которую рассматривали в теме магнитные цепи. т.е. она имеет восходящую и нисходящую ветви обусловленные наличием гистерезиса в сердечнике машины.

Рабочую точку А, соответствующую номинальному режиму работы генератора, выбирают обычно на перегибе («колене») характеристики холостого хода.

Внешняя характеристика показывает, как изменяется напряжение на генераторе при изменении тока нагрузки и постоянной частоте вращения, а также при неизменных коэффициенте мощности и токе возбуждения

С увеличением нагрузки, подключенной к генератору, возрастает ток якоря I_я. Это приводит к увеличению падения напряжения в обмотке якоря. Тогда из основного уравнения генератора U = E – I_я · R_я, следует, что напряжение на выходе генератора будет уменьшаться вследствие:

— изменения напряжения на обмотке якоря I_я · R_я ;

— изменения ЭДС Е из-за реакции якоря, зависящей от характера нагрузки.

При индуктивной нагрузке, ток якоря наиболее сильно размагничивает генератор (сильно сказывается влияние продольно – размагничивающей реакции якоря).

Регулировочная характеристикапоказывает, как следует изменять ток возбуждения синхронного генератора при изменении тока нагрузки, чтобы поддерживать неизменным напряжение I_в = f(I) при U, n, cos = const.

Различный характер кривых обусловлен опять фазовыми соотношениями в цепях с разной нагрузкой, как и во внешней характеристике.

Для поддержания напряжения неизменным при активной и тем более активно-индуктивной нагрузке, когда сильно сказывается продольно-размагничивающая реакция якоря, ток возбуждения нужно увеличивать, а при активно-емкостной нагрузке – уменьшать.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Внешние и регулировочные характеристики синхронного генератора.

Внешняя характеристика синхронного генератора характеризует его электрические свойства и представляет собой зависимость напряжения на зажимах генератора U от его тока нагрузки I при постоянных значениях коэффициента мощности cosφ, скорости вращения ротора n и тока возбуждения Iв.

Чтобы экспериментально получить внешнюю характеристику, нужно сначала нагрузить генератор до номинального тока Iн при номинальном напряжении Uн на зажимах генератора, которое устанавливается путём регулировки тока возбуждения. Затем, поддерживая ток возбуждения и частоту вращения постоянными, постепенно уменьшают ток нагрузки до нуля. Внешние характеристики могут иметь спад (кривая 2) или подъём (кривая 3) в зависимости от характеристики нагрузки и действия реакции якоря.

Номинальный режим нагрузки выбирают так, чтобы при cosφ = 0,8 изменение напряжения ΔU не превышало 35 – 45% от номинального (кривая 1).

Регулировочная характеристика.

Представляет собой зависимость тока возбуждения генератора Iв от тока нагрузки I при U= Uн=const, n=n_н=const, cosφ = const.

Эта характеристика показывает, как выбирать ток возбуждения, при котором напряжение на зажимах генератора оставалось бы постоянным при изменении нагрузки.

Для получения регулировочной характеристики нужно сначала включить генератор и сообщить его ротору номинальную скорость вращения при холостом ходе, а потом путём изменения тока возбуждения добиться получения номинального напряжения Uн. Далее постепенно увеличивают ток нагрузки и снимают характеристику, добиваясь в каждой точке напряжения на зажимах U = Uн = const, регулируя ток возбуждения. Мы видим регулировочные характеристики при различных cosφ.

Кривая 2 – активно-индуктивная нагрузка (ток Iв нужно уменьшить).

Кривая 3 – активно-ёмкостная нагрузка (ток Iв нужно увеличить).

Кривая 1 – оптимальный режим.

Регулировочные характеристики имеют важное значение, т.к. они определяют пределы изменения тока возбуждения для поддержания номинального напряжения при изменении нагрузки.

Синхронный двигатель

Синхронной называется электрическая машина, скорость вращения n (об/мин) которой связана постоянным отношением с частотой n = 60 * f / p (где р — число пар полюсов машины) сети переменного тока, в которую эта машина включена.

Синхронный двигатель – синхронная машина, работающая в режиме двигателя.

В отличие от асинхронного двигателя частота вращения синхронного двигателя постоянна при различных нагрузках. Синхронные двигатели находят применение для привода машин постоянной скорости (насосы, компресоры, вентиляторы).
В статоре синхронного электродвигателя размещается обмотка, подключаемая к сети трехфазного тока и образующая вращающееся магнитное поле. Ротор двигателя состоит из сердечника с обмоткой возбуждения. Обмотка возбуждения через контактные кольца подключается к источнику постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитное поле, намагничивающее ротор.
Роторы синхронных машин могут быть явнополюсными (с явновыраженными полюсами) и неявнополюсными (с неявновыраженными полюсами). На рис. 1а изображен сердечник 1 явнополюсного ротора с выступающими полюсами. На полюсах размещены катушки возбуждения 2. На рисунке 1б изображен неявнополюсной ротор, представляющий собой ферромагнитный цилиндр 1. На поверхности ротора в осевом направлении фрезеруют пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения 2.

Рассмотрим принцип работы синхронного двигателя на модели

Ротор синхронного реактивного двигателя изготавливается из ферромагнитного материала и должен иметь явновыраженные полюсы. Вращающееся магнитное поле статора намагничивает ротор. Явнополюсный ротор имеет неодинаковые магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям полюса. Силовые линии магнитного поля статора изгибаются, стремясь пройти по пути с меньшим магнитным сопротивлением. Деформация магнитного поля вызовет, вследствие упругих свойств силовых линий, реактивный момент, вращающий ротор синхронно с полем статора.
Если к вращающемуся ротору приложить тормозной момент, ось магнитного поля ротора повернется на угол θ относительно оси магнитного поля статора.

С увеличением нагрузки этот угол возрастает. Если нагрузка превысит некоторое допустимое значение, двигатель остановится, выпадет из синхронизма.

У синхронных двигателей отсутствует пусковой момент. Это объясняется тем, что электромагнитный вращающий момент, воздействующий на неподвижный ротор, меняет свое направление два раза за период Т переменного тока. Из-за своей инерционности, ротор не успевает тронуться с места и развить необходимое число оборотов.

В настоящее время применяется асинхронный пуск синхронного двигателя. В пазах полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка.

Вращающее магнитное поле статора индуктирует в короткозамкнутой пусковой обмотке вихревые токи. При взаимодействии этих токов с магнитным полем статора образуется асинхронный электромагнитный момент, приводящий ротор во вращение. Когда частота вращения ротора приближается к частоте вращения статорного поля, двигатель втягивается в синхронизм и вращается с синхронной скоростью. Короткозамкнутая обмотка не перемещается относительно поля, вихревые токи в ней не индуктируются, асинхронный пусковой момент становится равным нулю.

На рис. 6.16 показана простейшая схема трехфазного синхронного двигателя. К обмотке статора подведено трехфазное переменное напряжение, к обмотке возбуждения — постоянное напряжение.

Рис. 6.16

по второму правилу Кирхгофа составим уравнение (6.30)

откуда определим ток якоря (6.31)

На рис. 6.17 показана векторная диаграмма двигателя при определенных значениях механической нагрузки и тока возбуждения.

Рис. 6.17

Синхронному двигателю соответствуют такие же уравнения для мощностей, как и для синхронного генератора, но смысл их будет иным. В двигательном режиме работы синхронной машины представляет собой потребляемую из сети мощность. Вычитанием из этой мощности потерь мощности в обмотке якоря получается электромагнитная мощность, преобразуемая в механическую:

(6.32)

Электромагнитный момент двигателя выражается через мощность и угловую частоту вращения:

(6.33)

Уравнение угловой характеристики синхронного двигателя:

(6.34)

Угловая характеристика показана на рис. 6.18. При постоянных значениях электромагнитный момент синхронного двигателя пропорционален

Рис. 6.18

Рабочая часть характеристики при условно положительном направлении вращения двигателя расположена в первом квадранте. Часть характеристики, расположенная в пределах , называется устойчивой. Для устойчивой части характеристики характерно выполнение общего принципа саморегулирования электрических машин: увеличение момента нагрузки приводит к увеличению момента двигателя до такого же уровня. Часть характеристики, расположенная в пределах 90…180, называется неустойчивой, так как увеличение момента нагрузки в этой области приводит к остановке двигателя.

При номинальном моменте двигателя угол находится в пределах , а отношение . Это отношение характеризует перегрузочную способность двигателя. Перегрузочная способность может быть увеличена за счет повышения ЭДС

Преимущества, недостатки и применение синхронных двигателей. Преимущество синхронных двигателей перед асинхронными состоит в том, что благодаря возбуждению от независимого источника постоянного тока они работают при высоком коэффициенте мощности (до ) и даже с опережающим током. Это обстоятельство позволяет увеличивать cosφ всей сети. Кроме того, работа двигателя с высоким cosφ обеспечивает уменьшение потребляемого тока и потерь в синхронном двигателе по сравнению с асинхронным той же мощности и, следовательно, более высокий КПД.

Вместе с тем синхронный двигатель сложнее по конструкции, чем асинхронный той же мощности, и поэтому дороже. Синхронные двигатели должны иметь источник постоянного тока (специальный возбудитель или выпрямитель), пуск у них протекает сложнее, чем у асинхронных. Частотное регулирование является единственным способом регулирования угловой частоты вращения ротора синхронного двигателя.

Тем не менее, преимущества синхронных двигателей настолько велики, что при мощностях свыше 100 кВт их целесообразно применять всюду, где не требуется часто останавливать и пускать механизмы или регулировать их скорость. В настоящее время они применяются для привода преобразовательных агрегатов, компрессоров, насосов, вентиляторов, мельниц, дробилок, нерегулируемых прокатных станов и т.п.

Отечественная промышленность выпускает трёхфазные синхронные двигатели мощностью от 20 кВт до нескольких десятков тысяч киловатт при частотах вращения от 100 до 1000 об/мин в явнополюсном исполнении и при 1500, 3000 об/мин – в неявнополюсном, с различным исполнением по способу защиты от внешних воздействий (открытое, защищённое, закрытое и т.д.), с различным рабочим положением вала (горизонтальные, вертикальные) и с различными системами возбуждения: от генератора постоянного тока, расположенного на одном валу с двигателем, от тиристорных выпрямителей и т.д.

Источник