Driftsformer for synkrone generatorer, driftskarakteristika for generatorer

De vigtigste størrelser, der kendetegner den synkrone generator, er: terminalspænding U, ladning I, tilsyneladende effekt P (kVa), rotoromdrejninger pr. minut n, effektfaktor cos φ.

De vigtigste egenskaber ved den synkrone generator er som følger:

• tomgangskarakteristik,

• ydre egenskaber,

• regulerende egenskab.

No-load karakteristik af en synkron generator

Generatorens elektromotoriske kraft er proportional med størrelsen af ​​den magnetiske flux Ф skabt af excitationsstrømmen iv og antallet af omdrejninger n generatorens rotor pr. minut:

E = cnF,

hvor s — proportionalitetsfaktor.

Selvom størrelsen af ​​den elektromotoriske kraft af en synkron generator afhænger af antallet af omdrejninger af rotoren, er det umuligt at justere det ved at ændre rotorens rotationshastighed, fordi frekvensen af ​​den elektromotoriske kraft er relateret til antallet af omdrejninger af generatorens rotor, som skal holdes konstant.

Derfor er der stadig den eneste måde at justere størrelsen af ​​den elektromotoriske kraft af en synkron generator - dette er en ændring i den magnetiske hovedflux F. Sidstnævnte opnås normalt ved at justere excitationsstrømmen iw ved hjælp af en reostat indført i excitationskredsløbet af generatoren. I tilfælde af at magnetiseringsspolen forsynes med strøm fra en jævnstrømsgenerator, der er placeret på samme aksel med denne synkrongenerator, justeres synkrongeneratorens magnetiseringsstrøm ved at ændre spændingen ved jævnstrømsgeneratorens terminaler.

Afhængighed af den elektromotoriske kraft E af den synkrone generator af excitationsstrømmen iw ved en konstant nominel rotorhastighed (n = const) og en belastning lig med nul (1 = 0) kaldes generatorens tomgangskarakteristik.

Figur 1 viser tomgangs-karakteristikken for generatoren. Her fjernes den stigende gren 1 af kurven, når strømmen iv stiger fra nul til ivm, og den nedadgående gren 2 af kurven - når iv skifter fra ivm til iv = 0.

Ris. 1. Tomgangskarakteristik for en synkrongenerator

Divergensen mellem de stigende 1 og de faldende 2 grene forklares ved restmagnetisme. Jo større areal der er afgrænset af disse grene, jo større er energitabet i stålet i magnetiseringsreverseringssynkrongeneratoren.

Stejlheden af ​​stigningen af ​​tomgangskurven i dens indledende lige sektion karakteriserer synkrongeneratorens magnetiske kredsløb. Jo lavere ampere-omdrejningshastigheden er i generatorens luftspalter, jo stejlere vil generatorens tomgangskarakteristik være under andre forhold.

Generatorens ydre egenskaber

Terminalspændingen af ​​en belastet synkrongenerator afhænger af generatorens elektromotoriske kraft E, spændingsfaldet i den aktive modstand af dens statorvikling, spændingsfaldet på grund af dissipationen af ​​selvinduktionselektromotorisk kraft Es og spændingsfaldet pga. armaturreaktion.

Det er kendt, at den dissipative elektromotoriske kraft Es afhænger af den dissipative magnetiske flux Fc, som ikke trænger ind i generatorrotorens magnetiske poler og derfor ikke ændrer graden af ​​magnetisering af generatoren. Generatorens dissipative selvinduktion elektromotoriske kraft Es er relativt lille og kan derfor praktisk talt negligeres. Følgelig kan den del af generatorens elektromotoriske kraft, der kompenserer for den dissipative selvinduktion elektromotoriske kraft Es anses for praktisk talt lig nul .

Ankerresponset har en mere mærkbar effekt på synkrongeneratorens driftsmåde og især på spændingen ved dens terminaler. Graden af ​​denne påvirkning afhænger ikke kun af størrelsen af ​​generatorbelastningen, men også af belastningens art.

Lad os først overveje virkningen af ​​ankerreaktionen af ​​en synkron generator i det tilfælde, hvor generatorbelastningen er rent aktiv. Til dette formål tager vi en del af kredsløbet af en fungerende synkrongenerator vist i fig. 2, a. Her er vist en del af statoren med en aktiv ledning på ankerviklingen og en del af rotoren med flere af dens magnetiske poler.

Ris. 2. Indflydelse af ankerreaktionen under belastninger: a — aktiv, b — induktiv, c — kapacitiv natur

I det pågældende øjeblik passerer nordpolen af ​​en af ​​elektromagneterne, der roterer mod uret med rotoren, lige under statorviklingens aktive ledning.

Den elektromotoriske kraft induceret i denne ledning er rettet mod os bag ved tegningens plan. Og da generatorbelastningen er rent aktiv, er ankerviklingsstrømmen Iz i fase med den elektromotoriske kraft. Derfor, i den aktive leder af statorviklingen, strømmer strømmen mod os på grund af tegningens plan.

De magnetiske feltlinjer skabt af elektromagneter er vist her med fuldt optrukne linjer, og de magnetiske feltlinjer skabt af ankerviklingstrådstrømmen er vist her. - en stiplet linje.

Nedenfor i fig. 2 viser a et vektordiagram af den magnetiske induktion af det resulterende magnetfelt placeret over elektromagnetens nordpol. Her ser vi, at den magnetiske induktion V hovedmagnetfeltet skabt af elektromagneten har en radial retning, og den magnetiske induktion VI af magnetfeltet af ankerviklingsstrømmen er rettet mod højre og vinkelret på vektoren V.

Den resulterende magnetiske induktion Snittet er rettet op og til højre. Det betyder, at der er opstået en vis forvrængning af det underliggende magnetfelt som følge af tilføjelsen af ​​magnetfelterne. Til venstre for Nordpolen svækkedes den noget, og til højre tog den lidt til.

Det er let at se, at den radiale komponent af den resulterende magnetiske induktionsvektor, som størrelsen af ​​den inducerede elektromotoriske kraft af generatoren i det væsentlige afhænger af, ikke har ændret sig. Derfor påvirker ankerreaktionen under en rent aktiv belastning af generatoren ikke størrelsen af ​​generatorens elektromotoriske kraft.Det betyder, at spændingsfaldet over generatoren med en rent aktiv belastning udelukkende skyldes spændingsfaldet over generatorens aktive modstand, hvis vi negligerer den lækage selvinduktion elektromotoriske kraft.

Lad os nu antage, at belastningen på en synkrongenerator er rent induktiv. I dette tilfælde halter strømmen Az efter den elektromotoriske kraft E med en vinkel på π / 2... Det betyder, at den maksimale strøm optræder i lederen lidt senere end den maksimale elektromotoriske kraft. Derfor, når strømmen i armaturviklingstråden når sin maksimale værdi, vil nordpolen N ikke længere være under denne ledning, men vil bevæge sig lidt længere i rotorens rotationsretning, som vist i fig. 2, b.

I dette tilfælde er de magnetiske linjer (stiplede linjer) af den magnetiske flux af ankerviklingen lukket gennem to tilstødende modstående poler N og S og er rettet mod de magnetiske linjer i generatorens hovedmagnetfelt skabt af de magnetiske poler. Dette fører til, at den vigtigste magnetiske vej ikke kun er forvrænget, men også bliver lidt svagere.

I fig. 2.6 viser et vektordiagram over de magnetiske induktioner: det magnetiske hovedfelt B, det magnetiske felt på grund af ankerreaktionen Vi og det resulterende magnetfelt Vres.

Her ser vi, at den radiale komponent af den magnetiske induktion af det resulterende magnetfelt er blevet mindre end den magnetiske induktion B af hovedmagnetfeltet med værdien ΔV. Derfor er den inducerede elektromotoriske kraft også reduceret, fordi den skyldes den radiale komponent af den magnetiske induktion.Det betyder, at spændingen ved generatorens klemmer alt andet lige vil være mindre end spændingen ved en rent aktiv generatorbelastning.

Hvis generatoren har en rent kapacitiv belastning, fører strømmen i den fasen af ​​den elektromotoriske kraft med en vinkel på π / 2... Strømmen i ledningerne i generatorens ankervikling når nu et maksimum tidligere end den elektromotoriske kraft E. Derfor, når strømmen i ledningen af ​​ankerviklingen (fig. 2, c) når sin maksimale værdi, vil nordpolen af ​​N stadig ikke rumme denne ledning.

I dette tilfælde lukkes de magnetiske linjer (stiplede linjer) af den magnetiske flux af ankerviklingen gennem to tilstødende modstående poler N og S og er rettet langs banen med magnetlinjerne i generatorens hovedmagnetfelt. Dette fører til det faktum, at generatorens hovedmagnetfelt ikke kun er forvrænget, men også noget forstærket.

I fig. 2, c viser vektordiagrammet for den magnetiske induktion: det magnetiske hovedfelt V, det magnetiske felt på grund af ankerreaktionen Vya og det resulterende magnetfelt Bres. Vi ser, at den radiale komponent af den magnetiske induktion af det resulterende magnetfelt er blevet større end den magnetiske induktion B af hovedmagnetfeltet med mængden ΔB. Derfor er den induktive elektromotoriske kraft af generatoren også steget, hvilket betyder, at spændingen ved generatorens terminaler, når alle andre forhold er ens, bliver større end spændingen ved en rent induktiv generatorbelastning.

Efter at have fastslået indflydelsen af ​​ankerreaktionen på den elektromotoriske kraft af en synkron generator for belastninger af forskellig art, fortsætter vi med at afklare generatorens ydre egenskaber.Den ydre karakteristik af en synkrongenerator er afhængigheden af ​​spændingen U ved dens terminaler af belastningen I ved konstant rotorhastighed (n = const), konstant excitationsstrøm (iv = const) og konstansen af ​​effektfaktoren (cos φ = konst).

I fig. 3 er de ydre karakteristika for en synkrongenerator til belastninger af forskellig art angivet. Kurve 1 udtrykker den ydre karakteristik under aktiv belastning (cos φ = 1,0). I dette tilfælde falder generatorterminalspændingen, når belastningen skifter fra tomgang til nominel inden for 10 - 20 % af generatorspændingen uden belastning.

Kurve 2 udtrykker den ydre karakteristik med en resistiv-induktiv belastning (cos φ = 0, otte). I dette tilfælde falder spændingen ved generatorterminalerne hurtigere på grund af ankerreaktionens afmagnetiseringseffekt. Når generatorbelastningen skifter fra tomgangs til nominel, falder spændingen til inden for 20 - 30 % tomgangsspænding.

Kurve 3 udtrykker den ydre karakteristik af den synkrone generator ved en aktiv-kapacitiv belastning (cos φ = 0,8). I dette tilfælde stiger generatorterminalspændingen noget på grund af ankerreaktionens magnetiserende virkning.

Ris. 3. Generatorens ydre karakteristika for forskellige belastninger: 1 — aktiv, 2 — induktiv, 3 kapacitiv

Styrekarakteristik for en synkrongenerator

Styrekarakteristikken for en synkrongenerator udtrykker afhængigheden af ​​feltstrømmen i i generatoren af ​​belastningen I med en konstant effektiv værdi af spændingen ved generatorens terminaler (U = const), et konstant antal omdrejninger af rotoren af generatoren pr. minut (n = const) og konstansen af ​​faktoren for effekten (cos φ = const).

I fig.4 er angivet tre styrekarakteristika for en synkrongenerator. Kurve 1 refererer til det aktive belastningstilfælde (fordi φ = 1).

Ris. 4. Generatorstyringsegenskaber for forskellige belastninger: 1 — aktiv, 2 — induktiv, 3 — kapacitiv

Her ser vi, at når belastningen I på generatoren stiger, øges excitationsstrømmen. Dette er forståeligt, for med en stigning i belastningen I øges spændingsfaldet i den aktive modstand af generatorens ankervikling, og det er nødvendigt at øge generatorens elektromotoriske kraft E ved at øge excitationsstrømmen iv. hold spændingen konstant U .

Kurve 2 refererer til tilfældet med en aktiv-induktiv belastning ved cos φ = 0,8... Denne kurve stiger mere stejlt end kurve 1 på grund af afmagnetiseringen af ​​ankerreaktionen, som reducerer størrelsen af ​​den elektromotoriske kraft E og derfor spænding U ved generatorens terminaler.

Kurve 3 refererer til tilfældet med en aktiv kapacitiv belastning ved cos φ = 0,8. Denne kurve viser, at når belastningen på generatoren stiger, kræves der mindre excitationsstrøm i i generatoren for at opretholde en konstant spænding over dens terminaler. Dette er forståeligt, da ankerreaktionen i dette tilfælde øger den magnetiske hovedflux og derfor bidrager til en stigning i generatorens elektromotoriske kraft og spændingen ved dens terminaler.