Sünkroongeneraatorite töörežiimid, generaatorite tööomadused

Peamised sünkroongeneraatorit iseloomustavad suurused on: klemmipinge U, laadimine I, näivvõimsus P (kVa), rootori pöörded minutis n, võimsustegur cos φ.

Sünkroongeneraatori kõige olulisemad omadused on järgmised:

• tühikäigu omadus,

• välised omadused,

• reguleeriv omadus.

Sünkroongeneraatori tühikoormuse tunnusjoon

Generaatori elektromotoorjõud on võrdeline ergutusvoolu iv tekitatava magnetvoo Ф suurusega ja generaatori rootori pöörete arvuga n minutis:

E = cnF,

kus s — proportsionaalsustegur.

Kuigi sünkroongeneraatori elektromotoorjõu suurus sõltub rootori pöörete arvust, on seda võimatu reguleerida rootori pöörlemiskiirust muutes, kuna elektromotoorjõu sagedus on seotud pöörete arvuga. generaatori rootori pöörded, mida hoitakse konstantsena.

Seetõttu jääb ainsaks võimaluseks sünkroongeneraatori elektromotoorjõu suurust reguleerida — see on peamise magnetvoo F muutus. Viimane saavutatakse tavaliselt ergutusvoolu iw reguleerimisega ergutusahelasse sisestatud reostaadi abil. generaatorist. Juhul, kui ergutusmähis saab voolu alalisvoolugeneraatorist, mis asub selle sünkroongeneraatoriga samal võllil, reguleeritakse sünkroongeneraatori ergutusvoolu alalisvoolugeneraatori klemmide pinge muutmisega.

Sünkroongeneraatori elektromotoorjõu E sõltuvust ergutusvoolust iw rootori konstantsel nimikiirusel (n = const) ja nulliga võrdsel koormusel (1 = 0) nimetatakse generaatori tühikäigukarakteristikuks.

Joonisel 1 on kujutatud generaatori tühikäigukarakteristikut. Siin eemaldatakse kõvera tõusev haru 1, kui vool iv suureneb nullist ivm-ni, ja kõvera langev haru 2 - kui iv muutub väärtusest ivm väärtuseks iv = 0.

Riis. 1. Sünkroongeneraatori tühikäigu karakteristikud

Tõusva 1 ja laskuva 2 haru erinevus on seletatav jääkmagnetismiga. Mida suurem on nende harudega piiratud ala, seda suuremad on energiakaod magnetiseerimise tagasikäigu sünkroongeneraatori terases.

Tühikäigukõvera tõusu järsk tõus selle algses sirges osas iseloomustab sünkroongeneraatori magnetahelat. Mida väiksem on ampripöörde voolukiirus generaatori õhuvahedes, seda järsem on generaatori tühikäigu karakteristikud muudel tingimustel.

Generaatori välised omadused

Koormatud sünkroongeneraatori klemmipinge sõltub generaatori elektromotoorjõust E, selle staatorimähise aktiivtakistuse pingelangust, hajumise iseinduktsiooniga elektromotoorjõust Es tulenevast pingelangust ja generaatorist tulenevast pingelangust. armatuuri reaktsioon.

On teada, et dissipatiivne elektromotoorjõud Es sõltub hajuvast magnetvoost Fc, mis ei tungi generaatori rootori magnetpoolustesse ega muuda seetõttu generaatori magnetiseerumisastet. Generaatori dissipatiivse iseinduktsiooni elektromotoorjõud Es on suhteliselt väike ja seetõttu võib seda praktiliselt tähelepanuta jätta. Seega võib generaatori elektromotoorjõu seda osa, mis kompenseerib dissipatiivse iseinduktsiooni elektromotoorjõudu Es, lugeda praktiliselt võrdseks nulliga. .

Armatuuri reaktsioonil on märgatavam mõju sünkroongeneraatori töörežiimile ja eriti selle klemmide pingele. Selle mõju määr ei sõltu mitte ainult generaatori koormuse suurusest, vaid ka koormuse iseloomust.

Vaatleme esmalt sünkroongeneraatori armatuurireaktsiooni mõju juhul, kui generaatori koormus on puhtalt aktiivne. Selleks võtame osa joonisel fig. 2, a. Siin on näidatud osa staatorist, mille armatuurimähisel on üks aktiivne traat, ja osa rootorist koos mitme magnetpoolusega.

Riis. 2. Armatuuri reaktsiooni mõju koormustel: a — aktiivne, b — induktiivne, c — mahtuvuslik iseloom

Praegusel hetkel läheb ühe rootoriga vastupäeva pöörleva elektromagneti põhjapoolus lihtsalt staatorimähise aktiivjuhtme alt läbi.

Selles juhtmes indutseeritud elektromotoorjõud on suunatud meie poole joonise tasapinna taga. Ja kuna generaatori koormus on puhtalt aktiivne, on armatuuri mähise vool Iz elektromotoorjõuga faasis. Seetõttu liigub staatori mähise aktiivses juhis vool meie poole tänu joonise tasapinnale.

Elektromagnetite tekitatud magnetvälja jõujooned on siin näidatud pidevate joontega ja armatuuri mähise traadi voolu tekitatud magnetvälja jõujooned on siin näidatud. - punktiirjoon.

Allpool joonisel fig. Joonisel 2 on näidatud elektromagneti põhjapooluse kohal paikneva tekkiva magnetvälja magnetilise induktsiooni vektorskeem. Siin näeme, et elektromagneti tekitatud põhimagnetvälja magnetinduktsioon V on radiaalse suunaga ja armatuuri mähise voolu magnetvälja magnetinduktsioon VI on suunatud paremale ja risti vektoriga V.

Tekkiv magnetinduktsioon Lõige on suunatud üles ja paremale. See tähendab, et magnetväljade lisandumise tulemusena on tekkinud mõningane aluseks oleva magnetvälja moonutamine. Põhjapoolusest vasakul nõrgenes see mõnevõrra ja paremal tõusis veidi.

On hästi näha, et tekkiva magnetinduktsiooni vektori radiaalkomponent, millest olemuslikult sõltub generaatori indutseeritud elektromotoorjõu suurus, ei ole muutunud. Seetõttu ei mõjuta armatuuri reaktsioon generaatori puhtalt aktiivse koormuse korral generaatori elektromotoorjõu suurust.See tähendab, et pingelangus generaatoris puhtalt aktiivse koormuse korral on tingitud ainult pingelangust generaatori aktiivtakistusest, kui jätame tähelepanuta lekke iseinduktsiooni elektromotoorjõu.

Oletame nüüd, et sünkroongeneraatori koormus on puhtalt induktiivne. Sel juhul jääb vool Az elektromotoorjõust E maha nurga π / 2 võrra... See tähendab, et maksimaalne vool tekib juhis veidi hiljem kui maksimaalne elektromotoorjõud. Seetõttu, kui armatuuri mähisjuhtme vool saavutab maksimaalse väärtuse, ei asu põhjapoolus N enam selle juhtme all, vaid liigub rootori pöörlemissuunas veidi kaugemale, nagu on näidatud joonisel fig. 2, b.

Sel juhul suletakse armatuuri mähise magnetvoo magnetjooned (punktiirjooned) läbi kahe kõrvuti asetseva vastaspooluse N ja S ning suunatakse magnetpooluste tekitatud generaatori peamagnetvälja magnetjoontele. See toob kaasa asjaolu, et peamine magnetrada mitte ainult ei moonuta, vaid muutub ka veidi nõrgemaks.

Joonisel fig. 2.6 on kujutatud magnetinduktsioonide vektordiagrammi: põhimagnetväli B, armatuuri reaktsioonist Vi tingitud magnetväli ja tekkiv magnetväli Vres.

Siin näeme, et tekkiva magnetvälja magnetilise induktsiooni radiaalkomponent on muutunud põhimagnetvälja magnetinduktsioonist B väärtuse ΔV võrra väiksemaks. Seetõttu väheneb ka indutseeritud elektromotoorjõud, kuna see on tingitud magnetinduktsiooni radiaalsest komponendist.See tähendab, et pinge generaatori klemmidel, kui muud tegurid on võrdsed, on väiksem kui pinge puhtalt aktiivse generaatori koormuse korral.

Kui generaatoril on puhtalt mahtuvuslik koormus, siis juhib selles olev vool elektromotoorjõu faasi nurga π / 2 võrra... Vool generaatori armatuurimähise juhtmetes saavutab nüüd maksimumi varem kui elektromotoor. jõud E. Seega, kui vool ankru mähise juhtmes (joonis 2, c) saavutab maksimaalse väärtuse, ei mahu N põhjapoolus ikkagi seda traati.

Sel juhul suletakse armatuurimähise magnetvoo magnetjooned (punktiirjooned) läbi kahe kõrvuti asetseva vastaspooluse N ja S ning suunatakse mööda rada generaatori põhimagnetvälja magnetjoontega. See toob kaasa asjaolu, et generaatori peamine magnetväli pole mitte ainult moonutatud, vaid ka mõnevõrra võimendatud.

Joonisel fig. 2, c on kujutatud magnetinduktsiooni vektordiagrammi: põhimagnetväli V, armatuurireaktsioonist Vya tingitud magnetväli ja sellest tulenev magnetväli Bres. Näeme, et tekkiva magnetvälja magnetilise induktsiooni radiaalne komponent on muutunud põhimagnetvälja magnetinduktsioonist B suuruse ΔB võrra suuremaks. Seetõttu on suurenenud ka generaatori induktiivne elektromotoorjõud, mis tähendab, et pinge generaatori klemmidel muutub, kui kõik muud tingimused on samad, suuremaks kui pinge puhtalt induktiivse generaatori koormuse korral.

Olles kindlaks teinud armatuuri reaktsiooni mõju sünkroongeneraatori elektromotoorjõule erineva iseloomuga koormuste korral, jätkame generaatori väliste omaduste selgitamist.Sünkroongeneraatori väliskarakteristikuks on selle klemmide pinge U sõltuvus koormusest I konstantsel rootori kiirusel (n = const), konstantsest ergutusvoolust (iv = const) ja võimsusteguri püsivusest (cos φ = konst).

Joonisel fig. 3 on toodud erineva iseloomuga koormuste sünkroongeneraatori väliskarakteristikud. Kõver 1 väljendab väliskarakteristikut aktiivse koormuse all (cos φ = 1,0). Sel juhul generaatori klemmi pinge langeb, kui koormus muutub tühikäigult nimiväärtusele 10–20% piires generaatori tühikäigupingest.

Kõver 2 väljendab välist karakteristikku takistus-induktiivse koormusega (cos φ = 0, kaheksa). Sel juhul langeb pinge generaatori klemmidel kiiremini armatuurireaktsiooni demagnetiseeriva toime tõttu. Kui generaatori koormus muutub tühikäigult nimikoormuseks, langeb pinge vahemikku 20–30% tühikäigupingest.

Kõver 3 väljendab sünkroongeneraatori väliskarakteristikut aktiiv-mahtuvuslikul koormusel (cos φ = 0,8). Sel juhul suureneb generaatori klemmi pinge mõnevõrra armatuurireaktsiooni magnetiseeriva toime tõttu.

Riis. 3. Generaatori väliskarakteristikud erinevatele koormustele: 1 — aktiivne, 2 — induktiivne, 3 mahtuvuslik

Sünkroongeneraatori juhtimisomadused

Sünkroongeneraatori juhtimiskarakteristik väljendab generaatori väljavoolu i sõltuvust koormusest I generaatori klemmide pinge konstantse efektiivse väärtusega (U = const), rootori konstantse pöörete arvuga. generaatori võimsus minutis (n = const) ja võimsusteguri püsivus (cos φ = const).

Joonisel fig.4 on toodud kolm sünkroongeneraatori juhtimiskarakteristikut. Kõver 1 viitab aktiivsele koormuse juhtumile (kuna φ = 1).

Riis. 4. Generaatori juhtimiskarakteristikud erinevatele koormustele: 1 — aktiivne, 2 — induktiivne, 3 — mahtuvuslik

Siin näeme, et generaatori koormuse I kasvades suureneb ergutusvool. See on arusaadav, sest koormuse I suurenemisega suureneb pingelang generaatori armatuurimähise aktiivtakistuses ning generaatori elektromotoorjõudu E on vaja suurendada ergutusvoolu iv suurendamise teel. hoida pinge konstantsena U .

Kõver 2 viitab aktiiv-induktiivse koormuse korral cos φ = 0,8... See kõver tõuseb armatuurireaktsiooni demagnetiseerumise tõttu järsemalt kui kõver 1, mis vähendab elektromotoorjõu E suurust ja seega pinge U generaatori klemmidel.

Kõver 3 viitab aktiivne-mahtuvusliku koormuse korral cos φ = 0,8. See kõver näitab, et generaatori koormuse kasvades on generaatoris vaja väiksemat ergutusvoolu i, et säilitada konstantne pinge selle klemmidel. See on arusaadav, kuna sel juhul suurendab armatuuri reaktsioon peamist magnetvoogu ja aitab seega kaasa generaatori elektromotoorjõu ja selle klemmide pinge suurenemisele.