Driftsätt för synkrona generatorer, driftegenskaper för generatorer

Huvudstorheterna som kännetecknar synkrongeneratorn är: terminalspänning U, laddning I, skenbar effekt P (kVa), rotorvarv per minut n, effektfaktor cos φ.

De viktigaste egenskaperna hos den synkrona generatorn är följande:

• tomgångskaraktär,

• yttre egenskap,

• reglerande egenskap.

Tomgångskarakteristik för en synkrongenerator

Generatorns elektromotoriska kraft är proportionell mot storleken på det magnetiska flödet Ф som skapas av excitationsströmmen iv och antalet varv n generatorns rotor per minut:

E = cnF,

där s — proportionalitetsfaktor.

Även om storleken på den elektromotoriska kraften hos en synkrongenerator beror på rotorns varv, är det omöjligt att justera det genom att ändra rotorns rotationshastighet, eftersom frekvensen av den elektromotoriska kraften är relaterad till antalet varv på generatorns rotor, vilken måste hålls konstant.

Därför återstår det enda sättet att justera storleken på den elektromotoriska kraften hos en synkrongenerator — detta är en förändring av det magnetiska huvudflödet F. Det senare uppnås vanligtvis genom att justera excitationsströmmen iw med hjälp av en reostat som införs i excitationskretsen av generatorn. I händelse av att magnetiseringsspolen matas med ström från en likströmsgenerator placerad på samma axel med denna synkrongenerator, justeras synkrongeneratorns magnetiseringsström genom att ändra spänningen vid likströmsgeneratorns plintar.

Beroendet av den elektromotoriska kraften E hos synkrongeneratorn på magnetiseringsströmmen iw vid ett konstant nominellt rotorvarvtal (n = const) och en belastning lika med noll (1 = 0) kallas tomgångskarakteristiken för generatorn.

Figur 1 visar tomgångskarakteristiken för generatorn. Här tas den stigande grenen 1 av kurvan bort när strömmen iv ökar från noll till ivm, och den nedåtgående grenen 2 av kurvan - när iv ändras från ivm till iv = 0.

Ris. 1. Tomgångskarakteristik för en synkrongenerator

Divergensen mellan stigande 1 och fallande 2 grenar förklaras av restmagnetism. Ju större yta som begränsas av dessa grenar, desto större energiförluster i stålet hos magnetiseringsomkastningssynkrongeneratorn.

Brantheten i stigningen av tomgångskurvan i dess initiala raka sektion kännetecknar den magnetiska kretsen hos synkrongeneratorn. Ju lägre ampere-varv flödeshastighet i generatorns luftspalter, desto brantare blir generatorns tomgångskarakteristik under andra förhållanden.

Generatorns yttre egenskaper

Terminalspänningen för en laddad synkrongenerator beror på generatorns elektromotoriska kraft E, spänningsfallet i det aktiva motståndet hos dess statorlindning, spänningsfallet på grund av den självinduktionselektromotoriska kraften Es och spänningsfallet på grund av ankarreaktion.

Det är känt att den dissipativa elektromotoriska kraften Es beror på det dissipativa magnetiska flödet Fc, som inte penetrerar generatorrotorns magnetiska poler och därför inte ändrar magnetiseringsgraden hos generatorn. Generatorns dissipativa självinduktionselektromotoriska kraft Es är relativt liten och kan därför praktiskt taget försummas. Följaktligen kan den del av generatorns elektromotoriska kraft som kompenserar för den dissipativa självinduktionselektromotoriska kraften Es anses vara praktiskt taget lika med noll .

Armatursvaret har en mer märkbar effekt på synkrongeneratorns driftsätt och i synnerhet på spänningen vid dess terminaler. Graden av denna påverkan beror inte bara på storleken på generatorbelastningen utan också på belastningens natur.

Låt oss först överväga effekten av ankarreaktionen hos en synkron generator för det fall där generatorbelastningen är rent aktiv. För detta ändamål tar vi del av kretsen för en fungerande synkrongenerator som visas i fig. 2, a. Här visas en del av statorn med en aktiv tråd på ankarlindningen och en del av rotorn med flera av dess magnetiska poler.

Ris. 2. Inverkan av ankarreaktionen under belastningar: a — aktiv, b — induktiv, c — kapacitiv natur

I det aktuella ögonblicket passerar nordpolen av en av elektromagneterna som roterar moturs med rotorn precis under statorlindningens aktiva tråd.

Den elektromotoriska kraften som induceras i denna tråd riktas mot oss bakom ritningens plan. Och eftersom generatorbelastningen är rent aktiv, är ankarlindningsströmmen Iz i fas med den elektromotoriska kraften. Därför, i statorlindningens aktiva ledare, flyter strömmen mot oss på grund av ritningens plan.

De magnetiska fältlinjerna som skapas av elektromagneter visas här med heldragna linjer, och de magnetiska fältlinjerna som skapas av ankarlindningstrådens ström visas här. - en prickad linje.

Nedan i fig. 2 visar a ett vektordiagram över den magnetiska induktionen av det resulterande magnetfältet beläget ovanför elektromagnetens nordpol. Här ser vi att den magnetiska induktionen V huvudmagnetfältet som skapas av elektromagneten har en radiell riktning, och den magnetiska induktionen VI av magnetfältet hos ankarlindningsströmmen är riktad till höger och vinkelrätt mot vektorn V.

Den resulterande magnetiska induktionen. Snittet är riktat uppåt och åt höger. Detta innebär att viss förvrängning av det underliggande magnetfältet har uppstått som ett resultat av tillsatsen av magnetfälten. Till vänster om Nordpolen försvagades den något, och till höger ökade den något.

Det är lätt att se att den radiella komponenten av den resulterande magnetiska induktionsvektorn, på vilken storleken på den inducerade elektromotoriska kraften hos generatorn i huvudsak beror på, inte har förändrats. Därför påverkar inte ankarreaktionen under en rent aktiv belastning av generatorn storleken på generatorns elektromotoriska kraft.Detta innebär att spänningsfallet över generatorn med en rent aktiv belastning enbart beror på spänningsfallet över generatorns aktiva motstånd om vi bortser från läckaget självinduktionselektromotorisk kraft.

Låt oss nu anta att belastningen på en synkrongenerator är rent induktiv. I detta fall släpar strömmen Az efter den elektromotoriska kraften E med en vinkel på π / 2... Detta betyder att den maximala strömmen uppträder i ledaren lite senare än den maximala elektromotoriska kraften. Därför, när strömmen i ankarlindningstråden når sitt maximala värde, kommer nordpolen N inte längre att vara under denna tråd, utan kommer att röra sig lite längre i rotorns rotationsriktning, som visas i fig. 2, b.

I det här fallet stängs de magnetiska linjerna (prickade linjerna) för ankarlindningens magnetiska flöde genom två intilliggande motsatta poler N och S och riktas mot magnetlinjerna i generatorns huvudmagnetfält som skapas av magnetpolerna. Detta leder till det faktum att den huvudsakliga magnetiska banan inte bara är förvrängd, utan också blir något svagare.

I fig. 2.6 visar ett vektordiagram över de magnetiska induktionerna: huvudmagnetfältet B, magnetfältet på grund av ankarreaktionen Vi och det resulterande magnetfältet Vres.

Här ser vi att den radiella komponenten av den magnetiska induktionen av det resulterande magnetfältet har blivit mindre än den magnetiska induktionen B av huvudmagnetfältet med värdet ΔV. Därför reduceras den inducerade elektromotoriska kraften också eftersom den beror på den radiella komponenten av den magnetiska induktionen.Detta innebär att spänningen vid generatorklämmorna, allt annat lika, blir mindre än spänningen vid en rent aktiv generatorlast.

Om generatorn har en rent kapacitiv belastning, leder strömmen i den den elektromotoriska kraftens fas med en vinkel på π / 2... Strömmen i ledningarna till generatorns ankarlindning når nu ett maximum tidigare än den elektromotoriska kraften kraft E. Därför, när strömmen i tråden av ankarets lindning (fig. 2, c) når sitt maximala värde, kommer nordpolen av N fortfarande inte att rymma denna tråd.

I detta fall stängs magnetlinjerna (prickade linjer) för ankarlindningens magnetiska flöde genom två intilliggande motsatta poler N och S och riktas längs vägen med magnetlinjerna för generatorns huvudmagnetfält. Detta leder till det faktum att generatorns huvudmagnetfält inte bara är förvrängt utan också något förstärkt.

I fig. 2, c visar vektordiagrammet för den magnetiska induktionen: huvudmagnetfältet V, magnetfältet på grund av ankarreaktionen Vya och det resulterande magnetfältet Bres. Vi ser att den radiella komponenten av den magnetiska induktionen av det resulterande magnetfältet har blivit större än den magnetiska induktionen B av huvudmagnetfältet med mängden ΔB. Därför har den induktiva elektromotoriska kraften hos generatorn också ökat, vilket innebär att spänningen vid generatorterminalerna, med alla andra förhållanden lika, blir större än spänningen vid en rent induktiv generatorbelastning.

Efter att ha fastställt påverkan av ankarreaktionen på den elektromotoriska kraften hos en synkron generator för belastningar av olika natur, fortsätter vi att klargöra de yttre egenskaperna hos generatorn.Den externa egenskapen hos en synkrongenerator är beroendet av spänningen U vid dess terminaler på lasten I vid konstant rotorhastighet (n = const), konstant excitationsström (iv = const) och konstansen hos effektfaktorn (cos φ = konst).

I fig. 3 anges de yttre egenskaperna hos en synkrongenerator för laster av olika slag. Kurva 1 uttrycker den yttre karakteristiken under aktiv belastning (cos φ = 1,0). I det här fallet sjunker generatorns plintspänning när belastningen ändras från tomgång till nominell inom 10–20 % av generatorspänningen utan belastning.

Kurva 2 uttrycker den yttre karakteristiken med en resistiv-induktiv last (cos φ = 0, åtta). I detta fall sjunker spänningen vid generatorterminalerna snabbare på grund av den avmagnetiserande effekten av ankarreaktionen. När generatorbelastningen ändras från tomgång till nominell, sjunker spänningen till inom 20 - 30 % tomgångsspänning.

Kurva 3 uttrycker den yttre karakteristiken för synkrongeneratorn vid en aktiv-kapacitiv last (cos φ = 0,8). I detta fall ökar generatorns terminalspänning något på grund av ankarreaktionens magnetiseringsverkan.

Ris. 3. Generatorns yttre egenskaper för olika belastningar: 1 — aktiv, 2 — induktiv, 3 kapacitiv

Styrkarakteristik för en synkrongenerator

Styrkarakteristiken för en synkrongenerator uttrycker beroendet av fältströmmen i i generatorn på belastningen I med ett konstant effektivt värde på spänningen vid generatorns terminaler (U = const), ett konstant antal varv på rotorn av generatorn per minut (n = const) och konstansen för faktorn för effekten (cos φ = const).

I fig.4 ges tre styrkarakteristika för en synkrongenerator. Kurva 1 hänvisar till det aktiva belastningsfallet (eftersom φ = 1).

Ris. 4. Generatorns regleregenskaper för olika belastningar: 1 — aktiv, 2 — induktiv, 3 — kapacitiv

Här ser vi att när belastningen I på generatorn ökar så ökar excitationsströmmen. Detta är förståeligt, eftersom med en ökning av belastningen I ökar spänningsfallet i det aktiva motståndet hos generatorns ankarlindning, och det är nödvändigt att öka generatorns elektromotoriska kraft E genom att öka excitationsströmmen iv. håll spänningen konstant U .

Kurva 2 hänvisar till fallet med en aktiv-induktiv last vid cos φ = 0,8... Denna kurva stiger mer brant än kurva 1, på grund av avmagnetiseringen av ankarreaktionen, vilket minskar storleken på den elektromotoriska kraften E och därför spänning U vid generatorns plintar.

Kurva 3 hänvisar till fallet med en aktiv kapacitiv last vid cos φ = 0,8. Denna kurva visar att när belastningen på generatorn ökar, krävs mindre excitationsström i i generatorn för att upprätthålla en konstant spänning över dess terminaler. Detta är förståeligt, eftersom ankarreaktionen i detta fall ökar det magnetiska huvudflödet och därför bidrar till en ökning av den elektromotoriska kraften hos generatorn och spänningen vid dess terminaler.