§ 20.3. Реакция якоря синхронной машины. Реакция якоря синхронной машины

§ 20.3. Реакция якоря синхронной машины

В процессе работы нагруженного синхронного генератора в нем одновременно действуют МДС возбуждения Fв0 [см. (20.1)] и статора (якоря) F1 [см. (9.15)], при этом МДС статора (якоря) воздействует на МДС возбуждения, усиливая или ослабляя поле возбуждения или же искажая его форму. Воздействие МДС обмотки статора (якоря) на МДС обмотки возбуждения называется реакцией якоря. Реакция якоря оказывает влияние на рабочие свойства синхронной машины, так как изменение магнитного поля в машине сопровождается изменением ЭДС, наведенной в обмотке статора, а следовательно, изменением и рада других величин, связанных с этой ЭДС. Влияние реакции якоря на работу синхронной машины зависит от значения и характера нагрузки.

Синхронные генераторы, как правило, работают на смешанную нагрузку (активно-индуктивную или активно-емкостную). Но для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря на работу синхронной машины целесообразно рассмотреть случаи работы генератора при нагрузках предельного характера, а именно: активной, индуктивной и емкостной. Воспользуемся для этого векторными диаграммами МДС. При построении этих диаграмм следует иметь в виду, что вектор ЭДС , индуцируемой магнитным потоком возбуждения в обмотке статора, отстает по фазе от вектора этого потока (а следовательно, и вектора МДС ) на 90°. Что же касается вектора тока в обмотке статораI1, то он может занимать по

отношению к вектору различные положения, определяемые углом , в зависимости от вида нагрузки.

Активная нагрузка (= 0). На рис. 20.5,а представлены статор и ротор двухполюсного генератора. На статоре показана часть фазной обмотки. Ротор явнополюсный, вращается против движения часовой стрелки. В рассматриваемый момент времени ротор занимает вертикальное положение, что соответствует максимуму ЭДС в фазной обмотке. Так как ток при активной нагрузке совпадает по фазе с ЭДС, то указанное положение ротора соответствует также и максимуму тока. Изобразив линии магнитной индукции поля возбуждения (ротора) и линии магнитной индукции поля обмотки статора, видим, что МДС статора направлена перпендикулярно МДС возбуждения. Этот вывод также подтверждается векторной диаграммой, построенной для этого же случая. Порядок построения этой диаграммы следующий: в соответствии с пространственным положением ротора генератора проводим вектор МДС возбуждения; под углом 90° к этому вектору в сторону отставания проводим вектор ЭДС, наведенной магнитным полем возбуждения в обмотке статора; при подключении чисто активной нагрузки ток в обмотке статора ,

Рис. 20.5. Реакция якоря синхронного генератора при

активной (а), индуктивной (б) и емкостной (в) нагрузках

совпадает по фазе с ЭДС , а поэтому вектор МДС, создаваемый этим током, сдвинут в пространстве относительно вектора на 90°.

Такое воздействие МДС статора (якоря) на МДС возбуждения вызовет искажения результирующего поля машины: магнитное поле машины ослабляется под набегающим краем полюса и усиливается под сбегающим краем полюса (рис. 20.6). Вследствие насыщения магнитной цепи результирующее магнитное поле машины несколько ослабляется. Объясняется это тем, что размагничивание набегающих краев полюсных наконечников и находящихся над ними участков зубцового слоя статора происходит беспрепятственно, а подмагничивание сбегающих краев полюсных наконечников и находящихся над ними участков зубцового слоя статора ограничивается магнитным насыщением этих элементов магнитной цепи. В итоге результирующий магнитный поток машины ослабляется, т. е. магнитная система несколько размагничивается. Это ведет к уменьшению ЭДС машины Е1.

Индуктивная нагрузка (= 90°). При чисто индуктивной нагрузке генератора ток статора отстает по фазе от ЭДСна 90°. Поэтому он достигает максимального значения лишь после поворота ротора вперед на 90° относительно его положения, соответствующего максимуму ЭДС (см. рис. 20.5, 6). При этом МДС действует вдоль оси полюсов ротора встречно МДС возбуждения. В этом мы также убеждаемся, построив векторную диаграмму.

Такое действие МДС статора F1 ослабляет поле машины. Следовательно, реакция якоря в синхронном генераторе при чисто индуктивной нагрузке оказывает продольно-размагничивающее действие.

В отличие от реакции якоря при активной нагрузке в рассматриваемом случае магнитное поле не искажается.

Емкостная нагрузка ( ψ = - 90°). Так как ток , при емкостной нагрузке опережает по фазе ЭДСна 90°, то своего большего значения он достигает раньше, чем ЭДС, т. е. когда ротор займет положение, показанное на рис. 20.5,в. Магнитодвижущая сила статора так же, как и в предыдущем случае, действует по оси полюсов, но теперь уже согласно с МДС возбуждения .

При этом происходит усиление магнитного поля возбуждения. Таким образом, при чисто емкостной нагрузке синхронного генератора реакция якоря оказывает продольно-намагничивающее действие. Магнитное поле при этом не искажается.

Смешанная нагрузка. При смешанной нагрузке синхронного генератора ток статора сдвинут по фазе относительно ЭДС на угол ψ1, значения которого находятся в пределах 0 < ψ1 < ± 90° . Для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря при смешанной нагрузке воспользуемся диаграммами МДС, представленными на рис. 20.7.

Рис. 20.6. Магнитное поле синхронного генератора при активной нагрузке

Рис. 20.7. Реакция якоря при смешанной нагрузке

При активно-индуктивной нагрузке (рис. 20.7, а) вектор отстает от вектора на угол 0 < ψ1 < 90° . Разложим вектор F1 на оставляющие: продольную составляющую МДС статора, F1d = F1 sin ψ1 и поперечную составляющую МДС статора F1q = F1 cos ψ1. Такое же разложение МДС якоря F1 на составляющие можно сделать в случае активно-емкостной нагрузки (рис. 20.7, б). Поперечная составляющая МДС статора F1q, представляющая собой МДС реакции якоря по поперечной оси, пропорциональна активной составляющей тока нагрузки Iq = I1 cos ψ, т. е.

F1q = F1 cos ψ1 , (20.13)

а продольная составляющая МДС статора (якоря) F1d представляющая собой МДС реакции якоря по продольной оси, пропорциональна реактивной составляющей тока нагрузки Id = I1 sin ψ1 , т. е.

F1d = F1 sin ψ1 (20.14)

При этом если реактивная составляющая тока нагрузки отстает по фазе от ЭДС (нагрузка активно-индуктивная), то МДС F1d размагничивает генератор, если же реактивная составляющая тока опережает по фазе ЭДС(нагрузка активно-емкостная), то МДСF1dподмагничивает генератор.

Направление вектора F1d относительно вектора определяется характером реакции якоря, который при токе нагрузки, отстающем по фазе от ЭДС, является размагничивающим, а при токе, опережающем по фазе ЭДС, — подмагничивающим.

Пример 20.1. Определить продольную и поперечную составляющие МДС статора (якоря) трехфазного синхронного генератора номинальной мощностью 150 кВА при напряжении 6,3 кВ, если его четырехполюсная обмотка статора с обмоточным коэффициентомkоб1 = 0,92 содержит в каждой фазе по w1 = 312 последовательно соединенных витков. Нагрузка генератора номинальная при cos = ψ1 0,8.

Решение. Ток нагрузки номинальный

I1 = Sном / (U1ном) = 150/ ( 6,3) = 13,76 А.

Максимальное значение МДС трехфазной обмотки статора по (9. IS)

F1 =1,35 I1w1 ko6l / p = l,3513,763120,92 / 2 = 2666 A.

Поперечная составляющая МДС статора по (20.13)

F1q = F1 cos ψ1 = 2666 • 0,8 = 2133 А.

Продольная составляющая МДС статора по (20.14)

F1d = F1 sin ψ1 = 2666 • 0,6 = 1600 А.

Магнитодвижущие силы реакции якоря по продольной F1d и поперечной F1q осям создают в магнитопроводе синхронной машины магнитные потоки реакции якоря. Основные гармоники этих потоков: по продольной оси

Ф1d = F1d / Rмd = F1 sin ψ1/ Rмd; (20.15)

по поперечной оси

Ф1q = F1q / Rмq = F1 cos ψ1/ Rмq; (20.16)

где Rмd и Rмq — магнитные сопротивления синхронной машины потокам основной гармоники по продольной и поперечной осям.

В неявнополюсной машине воздушный зазор по периметру расточки статора равномерен, а поэтому магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям равны (Rмd = Rмq = Rм).

Магнитные потоки реакции якоря, сцепляясь с обмоткой статора, наводят в этой обмотке ЭДС реакции якоря:

по продольной оси

; (20.17)

по поперечной оси

. (20.18)

Здесь ха — индуктивное сопротивление реакции якоря, представляющее собой главное индуктивное сопротивление обмотки статора (Ом):

xa = 2,5 10-6 m1 f1 , (20.19)

где D1 — внутренний диаметр сердечника статора, м; li — расчетная длина сердечника статора, м; δ — воздушный зазор, м.

В явнополюсных синхронных машинах магнитные сопротивления машины потокам основной гармоники по продольной и поперечной осям не одинаковы (Rмq > Rмd):

Rмd = Rм / kd (20.20)

Rмq = Rм / kq (20.21)

где Rм — магнитное сопротивление машины при равномерном воздушном зазоре по всему периметру расточки статора.

Это обстоятельство оказывает влияние на значения магнитных потоков реакции якоря, а следовательно, и на ЭДС реакции якоря. Количественно это влияние учитывается коэффициентами формы

= - j xa kq = - j xad sin ψ1 (20.22)

= - j xaq kq = - j xaq cos ψ1. (20.23)

Здесь xadи xaq — индуктивные сопротивления реакции якоря явнополюсной машины: по продольной оси

xad = xa kd ; (20-24)

по поперечной оси

xaq = xa kq. (20.25)

studfiles.net

3.Реакция якоря в синхронной машине.

В процессе работы нагруженного синхронного генератора в нем одновременно действует МДС возбуждения Fв0 и МДС статора (якоря) F1, при этом МДС статора (якоря) воздействует на МДС возбуждения, усиливая или ослабляя поле возбуждения или искажая его форму. Воздействие МДС обмотки статора (якоря) на МДС обмотки возбуждения называется реакцией якоря. Реакция якоря оказывает влияние на рабочие свойства синхронной машины, т.к. изменение магнитного поля машины сопровождается изменением ЭДС, наведенной в обмотке статора, а следовательно изменением и ряда других величин, связанных с этой ЭДС. Влияние реакции якоря на работу синхронной машины зависит от величины и характера нагрузки. Рассмотрим предельные случаи различных нагрузок.

Активная нагрузка (ψ1=0). Рис а. В рассматриваемый момент времени ротор занимает вертикальное положение, что соответствует мах ЭДС Е0 в фазной обмотке. Т.к. ток при активной нагрузке совпадает по фазе с ЭДС, то указанное положение соответствует и мах тока. Изобразив линии магнитной индукции, видим, что МДС статора F1 направлена перпендикулярно МДС возбуждения Fв0.

Вызывает искажение результирующего поля машины: магнитное поле машины ослабляется под набегающим краем полюса и усиливается под сбегающим.

Индуктивная нагрузка (ψ1=90). Рис б. При чисто индуктивной нагрузке генератора ток статора I1 отстает по фазе от ЭДС Е0 на 90 градусов. Поэтому он достигает мах значения лишь при повороте ротора вперед на 90 град. При этом МДС статора (якоря) F1 действует вдоль оси полюсов ротора встречно МДС возбуждения Fв0.

Реакция якоря оказывает продольно – размагничивающее действие.

Емкостная нагрузка (ψ1=-90). Рис в. Ток статора I1 опережает по фазе ЭДС Е0 на 90 град., что значит, что его мах значение он достигнет раньше, чем ЭДС. Магнитодвижущая сила статора действует вдоль оси полюсов, но теперь согласно с возбуждением. Реакция якоря оказывает продольно – намагничивающее действие. Магнитное поле искажается.

Реакция якоря СГ при активно-индуктивной нагрузке

При смешанной нагрузке, когда Ψ≠0 и Ψ≠±900 ток можно разложить на две составляющие

, .

Одна из этих составляющих Iqсовпадает по фазе с ЭДС и носит название поперечного тока, а другая составляющая перпендикулярна ЭДС и носит название продольного тока.

Реакция якоря СГ при активно-емкостной нагрузке.

При смешанной нагрузке, когда Ψ≠0 и Ψ≠±900 ток можно разложить на две составляющие

, .

Одна из этих составляющих Iqсовпадает по фазе с ЭДС и носит название поперечного тока, а другая составляющая пер пендикулярна ЭДС и носит название продольного тока.

4.Устройство и принцип действия машины постоянного тока (а.Ген., б.Двигатель).

Устройство и принцип действия МПТ.

Неподвижная часть машины, называемая индуктором, состоит из полюсов и стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в машине основного магнитного потока. Индуктор простейшей машины имеет два полюса (1) и ярмо. Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валуцилиндрического якоря (2) и коллектора (3). Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, уложенной в пазах сердечника якоря. Обмотка якоря имеет один виток, соединенный с изолированными от вала двумя медными пластинами коллектора. Обмотка якоря соединяется с внешней цепью коллектором и щетками (4).Основной магнитный поток в машинах постоянного тока обычно создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S, и от него через Ярмо снова к северному полюсу, преодолевая дважды воздушный зазор. Сердечники полюсов выполняются из электротехнической стали. Характерной особенностью машины постоянного тока является:

постоянство (в пространстве) магнитного потока возбуждения;
наличие преобразователя переменного тока в постоянный, в коллекторных машинах – это механический преобразователь (коллектор).

МПТ состоит из корпуса (станины), на котором закрепляются главные (являются главной частью индуктора) и добавочные полюса (если таковые есть), но которых намотаны катушки. Якорем в МПТ является вращающаяся часть, в которой уложена обмотка, состоящая каждая из 1 витка, 2-мя концами припаянная к коллекторным пластинам, находящимися на коллекторе и изолированными друг от друг и от вала. С внешней цепью обмотка якоря соединена посредством щеток, которые соприкасаются с коллекторными пластинами. Также в конструкции машины присутствует вентилятор, его кожух, подшипниковые щиты.

ГПТ.

По способу возбуждения ГПТ подразделяются независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Принцип действия генератора постоянного тока: При вращении якоря машины в направлении по часовой стрелке в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС, направление которой может быть определено по правилу правой руки. Значение индуктируемой в проводнике ЭДС,где В-магнитная индукция; l-активная длина проводника;v-линейная скорость перемещения проводника.

Полная ЭДС якоря рассматриваемой машины равна . ЭДС Eg является переменной, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в проводниках меняется. В генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразует перемен. ток в пост. во внешней цепи. Напряжение пост.тока на зажимах якоря будет < Еа на величину падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря ra. На проводники обмотки якоря с токомIA будут действовать электромагнитные силы .Их направление определяется по правилу левой руки. Эти силы создают механический момент:,DA-диаметр якоря. В режиме генератора этот момент действует против направления вращения якоря и является тормозящим.

ДПТ.

По способу возбуждения двигатели постоянного тока подразделяются аналогично генераторам на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Принцип действия:Если к обмотке ее якоря подвести пост.ток от внешнего источника, то машина будет работать в режиме двигателя. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать эл.маг.силыFПРи возникнет эл.маг.момент МЭМ. Данные величины определяются аналогично режиму генератора. При достаточном значении МЭМ якорь машины придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент МЭМпри этом является движущим и действует в направлении вращения. В данном режиме коллектор превращает потребляемый из внешней цеп пост.ток в переменный в обмотке якоря и работает в качестве механического инвертора тока. Проводники обмотки якоря вращаются в маг поле и поэтому в обмотке якоря индуктируется ЭДС ЕА.Направление в дигат-м режиме такое же, как в генератор-м. Т.о. ЭДС ЕАнаправлена против токаIAи приложено к зажимам якоря напряженияUA. Поэтому ЭДС якоря наз-ся противоэлектродвижущей силой. Приложенное напряжение к якорю уравновешивается ЭДС и падением напряжения в обмотке якоря. Развиваемая МЭМмощность.где-угловая скорость вращения. На основанииэлектромагнитная мощность.

1.Трансформаторы специального назначения: для преобразования числа фаз; для преобразования частоты; пик-трансформаторы, сварочные, трансформаторы с подмагничиванием шунтов (ТРПШ), автотрансформаторы.

Пик – трансформатор

ПТ применяются для преобразования синусоидального напряжения в импульсы пикообразной формы. Такие импульсы напряжения необходимы для управления тиристорами либо другими полупроводниковыми или электронными устройствами. Принцип работы ПТ основан на явлении магнитного насыщения ферромагнитного материала. Первичная обмотка ПТ расположена на увеличенном в диаметре стержне, в то время как вторичная обмотка располагается на уменьшенном в диаметре стержне. Имеет место шунтирующий стержень. Принцип действия основан на явлении перенасыщения магнитопроовода в местах с узким стержнем. В результате чего Е2 практически = 0 для данного периода, но малейшее изменение значения Ф2 влечет скачкообразное изменение Е2.

Автотрансформаторы.

Это трансформаторы, у которых помимо магнитной связи между обмотками имеется и электрическая связь.

Обмотка с числом витков ωaxодновременно является частью первичной и вторичной обмотки. При условии, что коэффициент трансформации автотрансформатора меньше 2-х, то виткиωaxможно выполнить проводом меньшего сечения. При этом снижается расход материала и снижаются габариты. Поэтому КПД, при прочих равных условиях, выше у автотрансформатора.

К недостаткам автотрансформатора следует отнести необходимость наличия высокопрочной изоляции. По технике безопасности нельзя использовать автотрансформаторы, для подачи понимающего напряжения непосредственно потребителю.

Сварочный трансформатор:

Выполняется так, что U2должно быть 50-60 В, необходимое для зажигания дуги и ее устойчивого горения.

Зажиганию дуги предшествует короткое замыкание во вторичной обмотке трансформатора, рабочий ок сварочного трансформатора соотвествует напряжению электрической дуги 30 В. Обрывает дугу перевод трансформатора в режим ХХ.

В целях ограничения тока обмотки располагают на разных сторонах магнитопровода, а также включают дроссель во вторичную цепь.

Коэффициент мощности сварочных трансформаторов из-за значительного индуктивного сопротивления не превышает 0,4-0,5.

ТМ для преобразования частоты.Трансформаторные устройства, состоящие из магнитопроводов и обмоток, можно использовать для умножения частоты переменного тока, т.е. увеличения частоты в целое число раз. Практическое применение получили удвоители и утроители частоты. Два замкнутых магнитопровода имеют пять обмоток. Первичную обмотку выполняют так, чтобы она охватывала сразу два магнитопровода.

2. Трехфазная асинхронная машина при неподвижном роторе. Основные уравнения для цепей статора и ротора. Параметры короткозамкнутой обмотки ротора. Приведение параметров вторичной цепи к числу витков и фаз первичной.

Как следует из принципа действия асинхронного двигателя, обмотка ротора не имеет электрической связи с обмоткой статора. Между этими обмотками существует только магнитная связь, энергия из обмотки статора в обмотку ротора передается магнитным полем. В процессе работы асинхронного двигателя токи в обмотках статора и ротора создают две магнитодвижущие силы; МДС статора и МДС ротора.

Основной магнитный поток Ф, вращающийся с частотой n1, наводит в неподвижной обмотке статора ЭДС Е1. I1r1 – падение напряжения в активном сопротивлении обмотки статора r1. U1 – напряжение сети, в которую включен статор. jI1x1 - магнитный поток рассеяния. Т.о. имеем уравнение напряжений обмотки статора:

Данное уравнение полностью идентично уравнению первичной обмотки тр-ра.

При условии неподвижности ротора асинхронной машины скольжение s=1. Откуда следует, что частота ЭДС ротора f2=f1. С учетом данного факта получим по второму закону Кирхгофа уравнение напряжений для обмотки ротора:

Приведение параметров вторичной цепи к числу витков и фаз первичной цепи применяется с целью построения векторов ЭДС, напряжений и токов статора о ротора на одной векторной диаграмме. Обмотку ротора с числом фаз m2, обмоточным коэффициентом коб2, и числом витков одной фазы w2 заменяют обмоткой с m1, w1 и коб1. При этом мощности и фазовые сдвиги векторов ЭДС и токов ротора после приведения должны остаться такими же, что и до приведения. При s=1 приведенная ЭДС ротора определяется как Е`2 = Е2ке, где ке= коб1w1/ коб2w2 – коэффициент трансформации напряжения в АМ при неподвижном роторе. Приведенный ток ротора I`2 = I2/ki, где ki = m1коб1w1/ (m2коб2w2) – коэффициент трансформации тока АМ. С учетом этих коэффициентов производят пересчет активных и индуктивных сопротивлений. Уравнение напряжений ротора в приведенном виде будет выглядеть как:

studfiles.net

Реакция якоря синхронной машины

отношению к вектору различные положения, определяемые углом , в зависимости от вида нагрузки.

Активная нагрузка( = 0). На рис. 20.5, а представлены статор и ротор двухполюсного генератора. На статоре показана часть фазной обмотки. Ротор явнополюсный, вращается против движения часовой стрелки. В рассматриваемый момент времени ротор занимает вертикальное положение, что соответствует максимуму ЭДС в фазной обмотке. Так как ток при активной нагрузке совпадает по фазе с ЭДС, то указанное положение ротора соответствует также и максимуму тока. Изобразив линии магнитной индукции поля возбуждения (ротора) и линии магнитной индукции поля обмотки статора, видим, что МДС статора направлена перпендикулярно МДС возбуждения . Этот вывод также подтверждается векторной диаграммой, построенной для этого же случая. Порядок построения этой диаграммы следующий: в соответствии с пространственным положением ротора генератора проводим вектор МДС возбуждения ; под углом 90° к этому вектору в сторону отставания проводим вектор ЭДС , наведенной магнитным полем возбуждения в обмотке статора; при подключении чисто активной нагрузки ток в обмотке статора ,

Рис. 20.5. Реакция якоря синхронного генератора при

активной (а), индуктивной (б) и емкостной (в) нагрузках

совпадает по фазе с ЭДС , а поэтому вектор МДС , создаваемый этим током, сдвинут в пространстве относительно вектора на 90°.

Индуктивная нагрузка ( = 90°). При чисто индуктивной нагрузке генератора ток статора отстает по фазе от ЭДС на 90°. Поэтому он достигает максимального значения лишь после поворота ротора вперед на 90° относительно его положения, соответствующего максимуму ЭДС (см. рис. 20.5, 6). При этом МДС действует вдоль оси полюсов ротора встречно МДС возбуждения . В этом мы также убеждаемся, построив векторную диаграмму.

В отличие от реакции якоря при активной нагрузке в рассматриваемом случае магнитное поле не искажается.

Емкостная нагрузка( ψ = -90°). Так как ток , при емкостной нагрузке опережает по фазе ЭДС на 90°, то своего большего значения он достигает раньше, чем ЭДС, т. е. когда ротор займет положение, показанное на рис. 20.5, в. Магнитодвижущая сила статора так же, как и в предыдущем случае, действует по оси полюсов, но теперь уже согласно с МДС возбуждения .

Смешанная нагрузка.При смешанной нагрузке синхронного генератора ток статора сдвинут по фазе относительно ЭДС на угол ψ1, значения которого находятся в пределах 0 < ψ1 < ± 90° . Для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря при смешанной нагрузке воспользуемся диаграммами МДС, представленными на рис. 20.7.

Рис. 20.6. Магнитное поле синхронного генератора при активной нагрузке

Рис. 20.7. Реакция якоря при смешанной нагрузке

F1q = F1 cos ψ1 , (20.13)

F1d = F1 sin ψ1 (20.14)

При этом если реактивная составляющая тока нагрузки отстает по фазе от ЭДС (нагрузка активно-индуктивная), то МДС F1d размагничивает генератор, если же реактивная составляющая тока опережает по фазе ЭДС (нагрузка активно-емкостная), то МДС F1d подмагничивает генератор.

Направление вектора F1d относительно вектора определяется характером реакции якоря, который при токе нагрузки , отстающем по фазе от ЭДС , является размагничивающим, а при токе , опережающем по фазе ЭДС , — подмагничивающим.

Пример 20.1.Определить продольную и поперечную составляющие МДС статора (якоря) трехфазного синхронного генератора номинальной мощностью 150 кВ А при напряжении 6,3 кВ, если его четырехполюсная обмотка статора с обмоточным коэффициентом kоб1 = 0,92 содержит в каждой фазе по w1 = 312 последовательно соединенных витков. Нагрузка генератора номинальная при cos = ψ10,8.

Решение. Ток нагрузки номинальный

I1 = Sном / ( U1ном) = 150/ ( 6,3) = 13,76 А.

Максимальное значение МДС трехфазной обмотки статора по (9. IS)

F1 =1,35 I1w1 ko6l / p = l,35 13,76 312 0,92 / 2 = 2666 A.

Поперечная составляющая МДС статора по (20.13)

F1q = F1 cos ψ1 = 2666 • 0,8 = 2133 А.

Продольная составляющая МДС статора по (20.14)

F1d = F1 sin ψ1 = 2666 • 0,6 = 1600 А.

Ф1d = F1d / Rмd = F1 sin ψ1/ Rмd ; (20.15)

по поперечной оси

Ф1q = F1q / Rмq = F1 cos ψ1/ Rмq ; (20.16)

Магнитные потоки реакции якоря, сцепляясь с обмоткой статора, наводят в этой обмотке ЭДС реакции якоря:

по продольной оси

; (20.17)

по поперечной оси

. (20.18)

xa = 2,5 10-6 m1 f1, (20.19)

Rмd = Rм / kd (20.20)

Rмq = Rм / kq(20.21)

= - j xa kq = - j xad sin ψ1 (20.22)

= - j xaq kq = - j xaq cos ψ1. (20.23)

Здесь xad и xaq — индуктивные сопротивления реакции якоря явнополюсной машины: по продольной оси

xad = xa kd ; (20-24)

по поперечной оси

xaq = xa kq. (20.25)

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru

Реакция якоря синхронной машины

В машине, работающей под нагрузкой, магнитное поле создается в отличие от холостого хода не только в роторе, но и МДС токов статора. Эти МДС, вращаясь с одной и той же синхронной частотой, взаимодействуют между собой и образуют результирующее вращающееся магнитное поле машины. Воздействие МДС статора на магнитное поле машины называется реакцией якоря.

Рассмотрим реакцию якоря на примере двухполюсного синхронного генератора с явновыраженными полюсами. На рис. 11.21 каждая фаза обмотки изображена в виде одного витка (А – Х, В – Y, С – Z), северный полюс ротора обозначен буквой N, южный – буквой S, магнитные линии этого поля не показаны.

а) б) в)

Рис. 11.21

Рис. 11.21 а поясняет реакцию якоря при активной нагрузке, когда угол сдвига по фазе между ЭДС и током равен нулю. В этом положении ЭДС и ток фазы А максимальны, а в фазах В и С равны половине от максимальных значений и противоположны по знаку (направление токов в верхней половине обмотки статора показано крестиками, в нижней – точками). Этим направлениям токов соответствует магнитное поле реакции якоря, основные линии которого направлены поперек оси полюсов ротора. Они размагничивают набегающий край полюса и намагничивают сбегающий. При этом результирующий магнитный поток генератора поворачивается относительно потока ротора на некоторый угол в направлении, противоположном направлению вращения ротора. Следовательно, при активной нагрузке ( = 0) реакция якоря синхронной машины является чисто поперечной.

Рис. 11.21 б соответствует фазовому сдвигу = 90°. В этом случае максимум тока в фазе А наступает в момент, когда ротор повернется на 90° по часовой стрелке. Ориентация потока реакция якоря осталась такой же, как на рис. 11.21 а, но теперь этот поток направлен навстречу потоку ротора по его продольной оси, т.е. при отстающем токе и = 90° реакция якоря действует по продольной оси и является по отношению к полю возбуждения размагничивающей.

Рис. 11.21 в соответствует опережающему току относительно ЭДС на угол = –90°. В этом случае максимум тока в фазе А наступает по сравнению с рис. 11.21 а на четверть периода раньше, когда ротор занимает положение, повернутое на 90° против вращения, т.е. при опережающем токе и –90° реакция якоря действует по продольной оси и является по отношению к полю возбуждения намагничивающей.

В общем случае, когда 0 и 90°, ток можно разложить на составляющие:

по продольной оси ; (11.50)

по поперечной оси . (11.51)

Продольная составляющая тока якоря создает продольную реакцию якоря, а поперечная – поперечную реакцию якоря. Угол считается положительным, когда ток отстает от ЭДС .

При работе синхронной машины в режиме двигателя ток в статоре имеет противоположное направление по сравнению с режимом генератора. Поэтому при = 0 ось результирующего потока оказывается повернутой относительно потока ротора на угол по направлению вращения ротора. При реакция якоря является продольной и намагничивающей, а при – продольной и размагничивающей.

Сравнение реакции якоря явнополюсных и неявнополюсных машин показывает, что принципиально они отличаются тем, что у неявнополюсных машин воздушный зазор почти одинаковый вдоль продольной и поперечной осей ротора. Поэтому и потоки реакции якоря по осям при одинаковых токах статора практически равны. У явнополюсных машин воздушный зазор вдоль поперечной оси во много раз больше, чем вдоль продольной оси. Поэтому при равных составляющих МДС якоря вдоль продольной и поперечной осей магнитный поток реакции якоря вдоль поперечной оси значительно меньше и составляет, примерно, 60 % от потока вдоль продольной оси.

31. Реакция якоря синхронной машины.

еакция якоря синхронной машины

Под реакцией якоря в синхронных машинах понимают воздействие магнитного поля статора (якоря) на магнитное поле ротора. Реакция якоря оказывает сильное влияние на все электромагнитные процессы в машине. Явление реакции по определению связано с магнитным полем статора, поэтому характер и степень влияния реакции определяется током статора, т.е. нагрузкой машины.

Рассмотрим этот процесс на примере синхронного генератора. Изобразим вращающееся магнитное поле ротора вектором. При вращении оно пересекает неподвижные проводники обмоток статора и наводит в них ЭДС, отстающую от потокана. Ток статорасоздает магнитный поток статора, совпадающий с ним по направлению. В зависимости от характера нагрузки ток статора может иметь фазовый сдвиг по отношению к ЭДСв пределах.

При чисто активной нагрузке (R) токи магнитный потокстатора совпадают по фазе си результирующий магнитный поток машиныоказывается смещенным относительно потока роторана некоторый угол в сторону запаздывания. В результате смещения потока магнитное поле ослабляется под набегающими краями полюсов ротора и усиливается под сбегающими. Несмотря на то, что в результате смещения сбегающие края полюсов подмагничиваются, результирующее поле машины ослабляется, т.к. из-за насыщения полюсов в зоне подмагничивания оно проявляется слабее, чем размагничивание на набегающих краях. В целом при активной нагрузке магнитное поле ослабляется и деформируется.

При чисто индуктивной нагрузке (L) ток статора и магнитный поток отстают от ЭДСна. Поток статораоказывается направленным встречно по отношению к потоку ротораи сильно размагничивает машину. Однако, в отличие от активной нагрузки, искажения поля за счет смещения потока не происходит.

При чисто емкостной нагрузке (C) ток статора и магнитный поток опережают ЭДС наи поле в машине усиливается потоком реакции, направленным согласно с потоком ротора. Искажения поля в этом случае также не происходит, а усиление поля вследствие насыщения оказывается выраженным слабо.

В случае активно-реактивной нагрузки (RLиRC) поток статора оказывается смещенным на угол меньший, чем, в сторону запаздывания или опережения. В этом случае магнитный поток статора, можно разложить на продольнуюи поперечнуюсоставляющие. Продольная составляющая будет оказывать приRLнагрузке размагничивающее действие, а приRCнагрузке – подмагничивающее. Поперечная составляющая будет вызывать деформацию поля, аналогичную деформации при активной нагрузке.

Таким образом реакция якоря в синхронной машине изменяет величину и направление магнитного потока, в отличие от асинхронной машины, у которой . Негативное влияние реакции якоря в синхронных машинах снижают увеличением рабочего зазора.

Магнитный поток вызывает искажение магнитного поля ротора, которое проявляется в статоре в виде ЭДС. Так как потоклинейно связан с током статора, то эту ЭДС можно представить в комплексной форме через некое индуктивное сопротивление в виде.

32. Внешняя характеристика синхронного генератора.

Внешние характеристики. Зависимости напряжения U от тока нагрузки Iа при неизменных токе возбуждения Iв , угле φ и частоте f1 (постоянной частоте вращения ротора п2 ) называют внешними характеристиками генератора. Их можно построить с помощью векторных диаграмм. Допустим, что при номинальной нагрузке Iа ном генератор имеет номинальное напряжение Uном , что достигается путем соответствующего выбора тока возбуждения. При уменьшении тока нагрузки до нуля напряжение генератора становится равным ЭДС холостого хода Е0. Следовательно, векторная диаграмма, построенная при номинальной нагрузке, сразу дает две точки внешней характеристики. Форма внешней характеристики зависит от характера нагрузки, т. е. от угла сдвига фаз φ между Ú и Íа , так как в зависимости от этого изменяется вектор É0 (при заданном значении U = Uном ).

На рис. 6.27 показаны упрощенные векторные диаграммы генератора с неявно выраженными полюсами для активной (а), активно-индуктивной (б) и активноемкостной (в) нагрузок. При активной и активно-индуктивной нагрузках ЭДС Е0 > U; при активно-емкостной нагрузке ЭДС Е0 < U. Таким образом, в первых двух случаях при увеличении нагрузки напряжение генератора уменьшается, в третьем — увеличивается. Это объясняется тем, что при активно-емкостной нагрузке имеется продольная намагничивающая составляющая реакции якоря, а при активной и активно-индуктивной нагрузках — продольная размагничивающая составляющая (при чисто активной нагрузке угол ψ > 0).

Рис. 6.27. Упрощенные векторные диаграммы синхронного неявнополюсного генератора при различных видах нагрузки

Рис. 6.28. Внешние характеристики синхронного генератора при различных видах нагрузки

На рис. 6.28, а изображены внешние характеристики генератора при различных видах нагрузки, полученные при одинаковом для всех характеристик значении Uном а на рис. 6.28,б - при одинаковом значении U0 = E0 . При U = 0 (короткое замыкание) все характеристики пересекаются в одной точке, соответствующей значению тока Iк .

При переходе от режима холостого хода к режиму номинальной нагрузки изменение напряжения характеризуется величиной (%)

(6.22)

Δu = [(U0 - Uном )/Uном ]100.

Обычно генераторы работают с cos φ = 0,9 ÷ 0,85 при отстающем токе. В этом случае Δu = 25 ÷ 35 %. Чтобы подключенные к генератору потребители работали при напряжении, близком к номинальному, применяют специальные устройства, стабилизирующие его выходное напряжение U, например быстродействующие регуляторы тока возбуждения. Чем больше Δu, тем более сложным получается регулирующее устройство, а поэтому желательно иметь генераторы с небольшой величиной Δu. Однако для получения небольшого изменения Δu

Рис. 6.29. Регулировочные характеристики синхронного генератора при различных видах нагрузки

необходимо снижать синхронное индуктивное сопротивление Хсн (в неявнополюсных машинах) или соответственно Хd и Xq (в явнополюсных машинах), для чего требуется увеличивать воздушный зазор между ротором и статором. Это, в свою очередь, требует увеличения МДС обмотки возбуждения, т. е. ее размеров, что в конечном итоге делает синхронную машину более дорогой.

В турбогенераторах большой мощности мощность ограничивается именно размерами ротора, на котором размещена обмотка возбуждения. Поэтому в современных турбогенераторах с повышением мощности машины одновременно возрастает и изменение напряжения Δu. В гидрогенераторах (по сравнению с турбогенераторами) воздушный зазор обычно имеет гораздо большую величину, поэтому у них относительно слабее проявляется реакция якоря, т. е. они имеют меньшие синхронные индуктивные сопротивления, выраженные в относительных единицах, что обусловливает и меньшее изменение напряжения Δu.

studfiles.net

Магнитное поле нагруженного синхронного генератора. Реакция якоря синхронной машины

При включении генератора на симметричную нагрузку в обмотках якоря появляется 3-х фазная симметричная система токов, которая образует вращающееся магнитное поле, это поле накладывается на поле возбуждения, вращается синхронно с ним и в машине образуется результирующее магнитное поле. Магнитное поле якоря зависит от хар-ра нагрузки, т.е. от cosφ, поэтому результирующее магнитное поле может изменяться под влиянием якоря. Воздействие поля якоря на результирующее поле машины называется реакцией якоря. Поле возбуждения всегда направлено вдоль осей полюса, а поле якоря может иметь различные направления в зависимости от хар-ра нагрузки. В явнополюсных машинах магнитный зазор неравномерный, поэтому их магнитнаясис-ма несимметричная. Под полюсами, где зазор небольшой, магнитноесопр. Гораздо меньше чем между полюсами, поэтому в явнополюснвх машинах магнитное поле якоря принято делить на 2 составляющие: продольную и поперечную. Продольная составляющая направлена вдоль оси полюса, поперечная направлена вдоль оси проходящей на середине между полюсами. Картина магнитного поля повторяется на всех одноименных полюсах, поэтому достаточно рассмотреть магнитное поле на 2-х соседних полюсных делениях. Для этого вместо реальной машины рассматривают упрощенную 2-х полюсную модель

6.Реакция якоря при ψ=0Активная нагрузка(ψ1= 0). На рис.представлены статор и ротор двухполюсного генератора. На статоре показана часть фазной обмотки. Ротор явнополюсный, вращается против движения часовой стрелки. В рассматриваемый момент времени ротор занимает вертикальное положение, что соответствует максимуму ЭДС Е0в фазной обмотке. Так как ток при активной нагрузке совпадает по фазе с ЭДС, то указанное положение ротора соответствует также и максимуму тока. Изобразив линии магнитной индукции поля возбуждения (ротора) и линии магнитной индукции поля обмотки статора, видим, что МДС статора F1направлена перпендикулярно МДС возбуждения FBO.Этот вывод также подтверждается векторной диаграммой, построенной для этого же случая. Порядок построения этой диаграммы следующий: в соответствии с пространственным положением ротора генератора проводим вектор МДС возбуждения FBO; под углом 90° к этому вектору в сторону отставания проводим вектор ЭДС E0, наведенной магнитным полем возбуждения в обмотке статора; при подключении чисто активной нагрузки ток в обмотке статора I1, совпадает по фазе с ЭДС E0, а поэтому вектор МДС F1 , создаваемый этим током, сдвинут в пространстве относительно вектора FBOна 90°.Такое воздействие МДС статора (якоря) F1 на МДС возбуждения FBOвызовет искажения результирующего поля машины: магнитное поле машины ослабляется под набегающим краем полюса и усиливается под сбегающим краем полюса. Вследствие насыщения магнитной цепи результирующее магнитное поле машины несколько ослабляется. Объясняется это тем, что размагничивание набегающих краев полюсных наконечников и находящихся над ними участков зубцового слоя статора происходит беспрепятственно, а подмагничивание сбегающих краев полюсных наконечников и находящихся над ними участков зубцового слоя статора ограничивается магнитным насыщением этих элементов магнитной цепи. В итоге результирующий магнитный поток машины ослабляется, т. е. магнитная система несколько размагничивается. Это ведет к уменьшению ЭДС машины Е1.

7. Реакция якоря синхронной машины при индуктивнойнагрузке Индуктивная нагрузка (ψ1= 90°). При чисто индуктивнойнагрузке генератора ток статора I1 отстает по фазе от ЭДС E0 на 90°. Поэтому он достигает максимального значения лишь после поворота ротора вперед на 90° относительно его положения, соответствующего максимуму ЭДС E0При этом МДС F1действует вдоль оси полюсов ротора встречно МДС возбуждения FBO. В этом мы также убеждаемся, построив векторную диаграмму.Такое действие МДС статора F1ослабляет поле машины. Следовательно, реакция якоря в синхронном генераторе при чисто индуктивной нагрузке оказывает продольно-размагничивающее действие.В отличие от реакции якоря при активной нагрузке в рассматриваемом случае магнитное поле не искажается.

8.Реакция якоря синхронной машины при емкостной нагрузке Емкостная нагрузка( ψ = -90°). Так как ток I1, при емкостной нагрузке опережает по фазе ЭДС E0 на 90°, то своего большего значения он достигает раньше, чем ЭДС, т. е. когда ротор займет положение, показанное на рис. 20.5, в. Магнитодвижущая сила статора F1 так же, как и в предыдущем случае, действует по оси полюсов, но теперь уже согласно с МДС возбуждения FBO .При этом происходит усиление магнитного поля возбуждения. Таким образом, при чисто емкостной нагрузке синхронного генератора реакция якоря оказывает продольно-намагничивающее действие. Магнитное поле при этом не искажается.

9.Уравнения напряжений синхронного генератораПри работе нагруженной синхронной машины в ней возникает несколько МДС, которые, взаимодействуя, создают результирующий магнитный поток. Однако при учете факторов, влияющих на напряжение синхронного генератора, условно исходят из предположения независимого действия всех МДС генератора, т. е. предполагается, что каждая из МДС создает собственный магнитный поток Итак выясним, каково же влияние магнитодвижущих сил на работу явнополюсного синхронного генератора.1.МДС обмотки возбуждения Fв0, создает магнитный поток возбуждения Ф0, который, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней основную ЭДС генератора Е0.2. МДС реакции якоря по продольной оси F1dсоздает магнитный поток Ф1d, который наводит в обмотке статора ЭДС реакции якоря E1dзначение которой пропорционально индуктивному сопротивлению реакции якоря по продольной оси хad3. МДС реакции якоря по поперечной оси F1qсоздает магнитный поток Ф1q, который наводит в обмотке статора ЭДС Е1qзначение которой пропорционально индуктивному сопротивлению реакции якоря по поперечной оси xaq4. Магнитный поток рассеяния обмотки статора Фσ1наводит в обмотке статора ЭДС рассеянияЕσ1, значение которой пропорционально индуктивному сопротивлению рассеяния фазы обмотки статора х1: Eσ1= -jI1x15.Ток в обмотке статора I1 создает активное падение напряжения в активном сопротивлении фазы обмотки статора r1: Ua1=I1r1Геометрическая сумма всех перечисленных ЭДС, наведенных в обмотке статора, определяет напряжение на выходе синхронного генератора U1=∑E-I1r1=E0+E1d+E1q+Eσ1-I1r1 , где ∑Е- геометрическая сумма всех ЭДС, наведенных в обмотке статора результирующим магнитным полем машины образованным совместным действием всех МДС и потоком рассеяния статора Фσ1. Активное сопротивления фазы обмотки статора r1 у синхронных машин средней и большой мощности невелико, и поэтому даже при номинальной нагрузке падение напряжения I1r1составляет настолько малую величину, что с некоторым допущением можно принять I1r1=0. Тогда уравнение можно записать в виде U1=∑E=E0+E1d+E1q+Eσ1

10.Векторные диаграммы синхронного генератораВоспользовавшись уравнением ЭДС (20.28), построим векторнуюдиаграмму явнополюсного синхронного генератора,работающего на активно-индуктивную нагрузку (ток I1 отстает по фазе от ЭДСE0). Векторную диаграмму строят на основании следующих данных: ЭДС генератора в режиме х.х.E0; тока нагрузки I1, и его угла сдвига ψ1, относительно ЭДСE0; продольного хadи поперечного хaqиндуктивных сопротивлений реакции якоря; активного сопротивления фазной обмотки статора r1.При симметричной нагрузке генератора диаграмму строят лишь для одной фазы.Рассмотрим порядок построения векторной диаграммы (рис 20.8, а). В произвольном направлении откладываем вектор ЭДС E0и под углом ψ1 к нему — вектор тока I1. Последний разложим на составляющие: реактивную Id=I1sin ψ1, и активную Iq=I1 sin ψ1 . Далее, из конца вектораE0откладываем векторы ЭДС, E1d=-jIdxadE1q=-jIqxaq , Eσ1=-jI1x1 , Ua1=-I1r1Соединив конец вектора Ua1=-I1r1с точкой О, получим вектор напряженияU1, значение которого равно геометрическом сумме векторов ЭДС [см. (20.28)].При построении векторной диаграммы генератора, работающего на активно-емкостную нагрузку (ток I1опережает по фазе ЭДСE0), вектор токаI1, откладывают влево от вектора ЭДС (рис. 20.8, б), а направление вектора E1dустанавливают согласно с направлением вектора ЭДСE0, так как при емкостном характере нагрузки реакция якоря имеет подмагничивающий характер. В остальном порядок построения диаграммы остается прежним.Векторную диаграмму синхронного неявнополюсного генератора строят на основании уравнения (20.32), при этом вектор E0откладывают под углом ψ1 к вектору тока (рис. 20.8,в)

11.Характеристики синхронного генератораХарактеристика холостого хода синхронного генератора.Представляет собой график зависимости напряжения на выходегенератора в режиме х.х. U1= Е0от тока возбуждения Iв.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 относительныхединицахЕ*= f(Iв*), то эти характеристики мало отличаются друг от друга и будут очень схожи с нормальной характеристикой х.х.E* = Е0 / U1ном— относительная ЭДС фазы обмотки статора; Iв* = Iв0 /Iв0ном— относительный ток возбуждения; Iв0ном — ток возбуждения в режиме х.х., соответствующий ЭДС х.х. Е0 = U1номХарактеристика короткого замыкания.Характеристикутрехфазного к.з. получают следующим образом: выводы обмоткистатора замыкают накоротко (рис. 20.10, а) и при вращении ротора с частотой вращения n1постепенно увеличивают ток возбуждениядо значения, при котором ток к.з. превышает номинальный рабочий ток статорной обмотки не более чем на 25% (I1к = l,25 I1ном). 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 линиюВнешняя характеристика.Представляет собой зависимость напряжения на выводах обмотки статора от тока нагрузки: U1= f(I1) при Iв = const; соs φ1, = const; n1 = nном = 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 (cosφ1< 1; инд.) увеличение U1 при сбросе нагрузки более интенсивно, так как с уменьшением тока I1 ослабляется размагничивающее действие продольной составляющей реакции якоря (см. § 20.3). Однако в случае емкостной нагрузки генератора (cosφ1 < 1; емк.) уменьшение I1сопровождается уменьшением напряжения U1, что объясняется ослаблением подмагничивающего действия продольной составляющей реакции якоря.Регулировочная характеристика. Она показывает, как следует изменять ток возбуждения генератора при изменениях нагрузки, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось неизменно равным номинальному: Iв= f(I1) при U1 = U1ном= const; n1= nном = const и cos φ1 = const. На рис. 20.12, б представлены регулировочные характеристики синхронного генератора.

12.Потери и КПД синхронных машинПреобразование энергии в синхронной машине связано с потерями энергии. Все виды потерь в синхронной машине разделяются на основные и добавочные.Основные потери в синхронной машине слагаются из электрических потерь в обмотке статора, потерь на возбуждение, магнитных потерь и механических потерь.Электрические потери в обмотке статора (Вт)Рэ1 = m1 I12 r1 где r1— активное сопротивление одной фазы обмотки статора при расчетной рабочей температуре, Ом. Потери на возбуждение (Вт):а) при возбуждении от отдельного возбудительного устройстваРв = Iв2rв + ΔUщIвгде rв— активное сопротивление обмотки возбуждения при расчетной рабочей температуре, Ом; ΔUщ = 2 В — падение напряжения в щеточном контакте щеток;Магнитные потери синхронной машины происходят в сердечнике статора, который подвержен перемагничиванию вращающимся магнитным полем. Эти потери состоят из потерь от гистерезиса Рги потерь от вихревых токов Рв.т:Рм = Рг+ Рв.т. Механические потери (Вт), равные сумме потерь на трение в подшипниках и потерь на вентиляцию (при самовентиляции машины),Pмех≈3,68p (v2/40)3 * √(103l1)гдеv2 = π (D1 - 2δ)n1/ 60— окружная скорость на поверхности полюсного наконечника ротора, м/с; l1 — конструктивная длина сердечника статора, мм.Коэффициент полезного действия: для синхронного генератораηг = 1 - ∑Р / (Рном+ ∑Р ) гдеРном= m1U1номI1номcos φ110-3- активная мощность, отбираемая от генератора при его номинальной нагрузке, кВт;для синхронного двигателяηд = 1 - ∑Р / Р1номЗдесь U1ном и I1ном — фазные значения напряжения и тока статора.КПД синхронной машины зависит от величины нагрузки (β = Р2/ Рном) и от ее характера (соs φ1). Графики этой зависимости аналогичны изображенным на рис. 1.41. КПД синхронных машин мощностью до 100 кВт составляет 80—90%, у более мощных машин КПД достигает 92—99%. Более высокие значения КПД относятся к турбо- и гидрогенераторам мощностью в десятки и даже сотни тысяч киловатт.

15.Включение генераторов на параллельную работуПри включении синхронного генератора в сеть на параллельную работу необходимо соблюдать следующие условия: ЭДС генератора E0в момент подключения его к сети должна быть равна и противоположна по фазе напряжению сети (Er=-Uc), частота ЭДС генератора fr должна быть равна частоте переменного напряжения в сетиfc; порядок следования фаз на выводах генератора должен быть таким же, что и на зажимах сети.Приведение генератора в состояние, удовлетворяющее всем указанным условиям, называют синхронизацией. Несоблюдение любого из условий синхронизации приводит к появлению в обмотке статора больших уравнительных токов, чрезмерное значение которых может явиться причиной аварии.Включить генератор в сеть с параллельно работающими генераторами можно или способом точной синхронизации, или способом самосинхронизацииСпособ точной синхронизации. Сущность этого способа состоит в том, что, прежде чем включить генератор в сеть, его приводят в состояние, удовлетворяющее всем вышеперечисленным условиям. Момент соблюдения этих условий, т. е. момент синхронизации, определяют прибором, называемым синхроноскопом. Способ самосинхронизации. Ротор невозбужденного генератора приводят во вращение первичным двигателем до частоты вращения, отличающейся от синхронной не более чем на 2—5%, затем генератор подключают к сети. Для того чтобы избежать перенапряжений в обмотке ротора в момент подключения генератора к сети, ее замыкают на некоторое активное Сопротивление. Так как в момент подключения генератора к сети его ЭДС равна нулю (генератор не возбужден), то под действием напряжения сети в обмотке статора наблюдается резкий бросок тока, превышающий номинальное значение тока генератора. Вслед за включением обмотки статора в сеть подключают обмотку возбуждения к источнику постоянного тока и синхронный генератор под действием электромагнитного момента, действующего на его ротор, втягивается в синхронизм, т. е. частота вращения ротора становится синхронной. При этом ток статора быстро уменьшается.При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значительные механические воздействия на обмотки, подшипники и муфту, соединяющую генератор с турбиной. Влияние этих воздействий на надежность генератора учитывается при проектировании синхронных генераторов. Способ самосинхронизации (грубой синхронизации) обычно применяют в генераторах при их частых включениях. Этот способ прост и легко автоматизируется.

17. Угловая характеристика неявнополюсного синхронного генератораЭлектромагнитная мощность неявнополюсного синхронного генератора при его параллельной работе с сетьюPЭМ Н= m1U1E0sinθ/xcгде θ - угол, на который продольная ось ротора смещена относительнопродольной оси результирующего поля машины Разделив выражение на синхронную угловую скорость вращения ω1, получим выражение электромагнитного момента Mn =Pэм/ω1=(m1U1E0/ω1xc)*sinθ (На рисунке представлена угловая характеристика активной мощности неявнополюсного СГ) У неявнополюсных синхронных машин Мкр=0, а поэтому угловая характеристика представляет собой синусоиду и угол θкр = 90°.

cyberpedia.su

§ 20.3. Реакция якоря синхронной машины. Реакция якоря синхронной машины