Bedrijfsmodi van synchrone generatoren, bedrijfskarakteristieken van generatoren

De belangrijkste grootheden die de synchrone generator kenmerken zijn: klemspanning U, lading I, schijnbaar vermogen P (kVa), rotoromwentelingen per minuut n, arbeidsfactor cos φ.

De belangrijkste kenmerken van de synchrone generator zijn als volgt:

• inactieve eigenschap,

• uiterlijk kenmerk,

• regelkarakteristiek.

Nullastkarakteristiek van een synchrone generator

De elektromotorische kracht van de generator is evenredig met de grootte van de magnetische flux Ф gecreëerd door de excitatiestroom iv en het aantal omwentelingen n rotor van de generator per minuut:

E = cnF,

waarbij s — evenredigheidsfactor.

Hoewel de grootte van de elektromotorische kracht van een synchrone generator afhangt van het aantal omwentelingen van de rotor, is het onmogelijk om deze aan te passen door de rotatiesnelheid van de rotor te veranderen, omdat de frequentie van de elektromotorische kracht verband houdt met het aantal omwentelingen van de rotor van de generator, die constant moet worden gehouden.

Daarom blijft er de enige manier om de grootte van de elektromotorische kracht van een synchrone generator aan te passen - dit is een verandering in de belangrijkste magnetische flux F. Dit laatste wordt meestal bereikt door de excitatiestroom iw aan te passen met behulp van een reostaat die in het excitatiecircuit is geïntroduceerd van de generator. In het geval dat de bekrachtigingsspoel stroom krijgt van een gelijkstroomgenerator die zich op dezelfde as bevindt als deze synchrone generator, wordt de bekrachtigingsstroom van de synchrone generator aangepast door de spanning op de klemmen van de gelijkstroomgenerator te wijzigen.

De afhankelijkheid van de elektromotorische kracht E van de synchrone generator van de bekrachtigingsstroom iw bij een constant nominaal rotortoerental (n = const) en een belasting gelijk aan nul (1 = 0) wordt de stationaire karakteristiek van de generator genoemd.

Figuur 1 toont de nullastkarakteristiek van de generator. Hier wordt de stijgende tak 1 van de curve verwijderd als de huidige iv toeneemt van nul naar ivm, en de dalende tak 2 van de curve - wanneer iv verandert van ivm naar iv = 0.

Rijst. 1. Nullastkarakteristiek van een synchrone generator

De divergentie tussen de stijgende 1 en dalende 2 takken wordt verklaard door restmagnetisme. Hoe groter het gebied dat wordt begrensd door deze takken, hoe groter de energieverliezen in het staal van de magnetisatie-omkering synchrone generator.

De steilheid van de stijging van de inactieve curve in het aanvankelijke rechte gedeelte kenmerkt het magnetische circuit van de synchrone generator. Hoe lager het amp-turn debiet in de luchtspleten van de generator, hoe steiler de stationaire karakteristiek van de generator zal zijn, onder andere omstandigheden.

Externe kenmerken van de generator

De klemspanning van een geladen synchrone generator hangt af van de elektromotorische kracht E van de generator, de spanningsval in de actieve weerstand van de statorwikkeling, de spanningsval als gevolg van de dissipatie zelfinductie elektromotorische kracht Es en de spanningsval als gevolg van de anker reactie.

Het is bekend dat de dissipatieve elektromotorische kracht Es afhangt van de dissipatieve magnetische flux Fc, die niet door de magnetische polen van de generatorrotor dringt en daarom de mate van magnetisatie van de generator niet verandert. De dissipatieve zelfinductie-elektromotorische kracht Es van de generator is relatief klein en kan daarom praktisch worden verwaarloosd. Dienovereenkomstig kan het deel van de elektromotorische kracht van de generator dat de dissipatieve zelfinductie-elektromotorische kracht Es compenseert, als praktisch gelijk aan nul worden beschouwd. .

De reactie van het anker heeft een meer merkbaar effect op de werkingsmodus van de synchrone generator en in het bijzonder op de spanning op de klemmen. De mate van deze invloed hangt niet alleen af ​​van de grootte van de generatorbelasting, maar ook van de aard van de belasting.

Laten we eerst eens kijken naar het effect van de ankerreactie van een synchrone generator voor het geval dat de generatorbelasting puur actief is. Voor dit doel nemen we een deel van het circuit van een werkende synchrone generator getoond in Fig. 2, een. Hier wordt een deel van de stator getoond met één actieve draad op de ankerwikkeling en een deel van de rotor met verschillende van zijn magnetische polen.

Rijst. 2. Invloed van de ankerreactie onder belasting: a — actief, b — inductief, c — capacitieve aard

Op het moment in kwestie passeert de noordpool van een van de tegen de klok in draaiende elektromagneten met de rotor net onder de actieve draad van de statorwikkeling.

De in deze draad geïnduceerde elektromotorische kracht wordt achter het vlak van tekening naar ons toe geleid. En aangezien de generatorbelasting puur actief is, is de ankerwikkelstroom Iz in fase met de elektromotorische kracht. Daarom stroomt in de actieve geleider van de statorwikkeling de stroom naar ons toe vanwege het vlak van de tekening.

De magnetische veldlijnen die door elektromagneten worden gecreëerd, worden hier weergegeven met ononderbroken lijnen, en de magnetische veldlijnen die worden gecreëerd door de ankerwikkeldraadstroom worden hier weergegeven. - een stippellijn.

Hieronder in afb. 2 toont a een vectordiagram van de magnetische inductie van het resulterende magnetische veld dat zich boven de noordpool van de elektromagneet bevindt. Hier zien we dat de magnetische inductie V het magnetische hoofdveld gecreëerd door de elektromagneet een radiale richting heeft, en de magnetische inductie VI van het magnetische veld van de ankerwikkelstroom is naar rechts en loodrecht op de vector V gericht.

De resulterende magnetische inductie De snede is naar boven en naar rechts gericht. Dit betekent dat er enige vervorming van het onderliggende magnetische veld is opgetreden als gevolg van de toevoeging van de magnetische velden. Links van de Noordpool verzwakte het wat en rechts nam het iets toe.

Het is gemakkelijk in te zien dat de radiale component van de resulterende magnetische inductievector, waarvan de grootte van de geïnduceerde elektromotorische kracht van de generator in wezen afhangt, niet is veranderd. Daarom heeft de ankerreactie onder een puur actieve belasting van de generator geen invloed op de grootte van de elektromotorische kracht van de generator.Dit betekent dat de spanningsval over de generator met een puur actieve belasting uitsluitend het gevolg is van de spanningsval over de actieve weerstand van de generator als we de lek-zelfinductie-elektromotorische kracht verwaarlozen.

Laten we nu aannemen dat de belasting op een synchrone generator puur inductief is. In dit geval loopt de stroom Az achter op de elektromotorische kracht E met een hoek van π / 2... Dit betekent dat de maximale stroom iets later in de geleider verschijnt dan de maximale elektromotorische kracht. Daarom, wanneer de stroom in de ankerwikkeldraad zijn maximale waarde bereikt, zal de noordpool N niet langer onder deze draad staan, maar iets verder bewegen in de draairichting van de rotor, zoals weergegeven in Fig. 2, geb.

In dit geval worden de magnetische lijnen (stippellijnen) van de magnetische flux van de ankerwikkeling gesloten door twee aangrenzende tegenoverliggende polen N en S en worden ze gericht op de magnetische lijnen van het magnetische hoofdveld van de generator gecreëerd door de magnetische polen. Dit leidt ertoe dat het magnetische hoofdpad niet alleen wordt vervormd, maar ook iets zwakker wordt.

In afb. 2.6 toont een vectordiagram van de magnetische inducties: het magnetische hoofdveld B, het magnetische veld als gevolg van de ankerreactie Vi en het resulterende magnetische veld Vres.

Hier zien we dat de radiale component van de magnetische inductie van het resulterende magnetische veld kleiner is geworden dan de magnetische inductie B van het magnetische hoofdveld met de waarde AV. Daarom wordt de geïnduceerde elektromotorische kracht ook verminderd omdat dit te wijten is aan de radiale component van de magnetische inductie.Dit betekent dat de spanning op de generatorklemmen, bij verder gelijk blijvende omstandigheden, lager zal zijn dan de spanning bij een puur actieve generatorbelasting.

Als de generator een puur capacitieve belasting heeft, loopt de stroom erin voor op de fase van de elektromotorische kracht met een hoek van π / 2... De stroom in de draden van de ankerwikkeling van de generator bereikt nu eerder een maximum dan de elektromotorische kracht E. Daarom, wanneer de stroom in de draad van de winding van het anker (Fig. 2, c) zijn maximale waarde bereikt, zal de noordpool van N deze draad nog steeds niet opnemen.

In dit geval worden de magnetische lijnen (stippellijnen) van de magnetische flux van de ankerwikkeling gesloten door twee aangrenzende tegenovergestelde polen N en S en worden ze langs het pad geleid met de magnetische lijnen van het magnetische hoofdveld van de generator. Dit leidt ertoe dat het magnetische hoofdveld van de generator niet alleen wordt vervormd, maar ook enigszins wordt versterkt.

In afb. 2, c toont het vectordiagram van de magnetische inductie: het magnetische hoofdveld V, het magnetische veld als gevolg van de ankerreactie Vya en het resulterende magnetische veld Bres. We zien dat de radiale component van de magnetische inductie van het resulterende magnetische veld groter is geworden dan de magnetische inductie B van het magnetische hoofdveld met de hoeveelheid ΔB. Daarom is ook de inductieve elektromotorische kracht van de generator toegenomen, wat betekent dat de spanning op de generatorklemmen, alle andere omstandigheden gelijk blijvend, groter zal worden dan de spanning bij een puur inductieve generatorbelasting.

Nadat we de invloed van de ankerreactie op de elektromotorische kracht van een synchrone generator voor ladingen van verschillende aard hebben vastgesteld, gaan we verder met het verduidelijken van de externe kenmerken van de generator.Het externe kenmerk van een synchrone generator is de afhankelijkheid van de spanning U aan zijn klemmen van de belasting I bij constante rotorsnelheid (n = const), constante excitatiestroom (iv = const) en de constantheid van de arbeidsfactor (cos φ = konst).

In afb. 3 worden de uiterlijke kenmerken van een synchrone generator voor belastingen van verschillende aard gegeven. Curve 1 drukt de externe karakteristiek uit onder actieve belasting (cos φ = 1,0). In dit geval daalt de generatorklemspanning wanneer de belasting verandert van stationair naar nominaal binnen 10 - 20% van de nullastgeneratorspanning.

Kromme 2 geeft de externe karakteristiek weer bij een ohmse-inductieve belasting (cos φ = 0, acht). In dit geval daalt de spanning op de generatorklemmen sneller door het demagnetiserende effect van de ankerreactie. Wanneer de generatorbelasting verandert van nullast naar nominaal, daalt de spanning tot binnen 20 - 30% nullastspanning.

Curve 3 drukt de externe karakteristiek uit van de synchrone generator bij een actief-capacitieve belasting (cos φ = 0,8). In dit geval neemt de klemspanning van de generator enigszins toe vanwege de magnetiserende werking van de ankerreactie.

Rijst. 3. Externe kenmerken van de dynamo voor verschillende belastingen: 1 — actief, 2 — inductief, 3 capacitief

Regelkarakteristiek van een synchrone generator

De regelkarakteristiek van een synchrone generator drukt de afhankelijkheid uit van de veldstroom i in de generator van de belasting I met een constante effectieve waarde van de spanning aan de klemmen van de generator (U = const), een constant aantal omwentelingen van de rotor van de generator per minuut (n = const) en de constantheid van de factor van het vermogen (cos φ = const).

In afb.4 worden drie regelkarakteristieken van een synchrone generator gegeven. Curve 1 verwijst naar het actieve belastinggeval (omdat φ = 1).

Rijst. 4. Regelkarakteristieken van de alternator voor verschillende belastingen: 1 — actief, 2 — inductief, 3 — capacitief

Hier zien we dat naarmate de belasting I op de generator toeneemt, de excitatiestroom toeneemt. Dit is begrijpelijk, omdat met een toename van de belasting I de spanningsval in de actieve weerstand van de ankerwikkeling van de generator toeneemt en het noodzakelijk is om de elektromotorische kracht E van de generator te vergroten door de excitatiestroom iv te verhogen. houd de spanning constant U .

Curve 2 verwijst naar het geval van een actief-inductieve belasting bij cos φ = 0,8... Deze curve stijgt steiler dan curve 1, vanwege de demagnetisatie van de ankerreactie, die de grootte van de elektromotorische kracht E vermindert en dus de spanning U aan de klemmen van de generator.

Curve 3 verwijst naar het geval van een actief-capacitieve belasting bij cos φ = 0,8. Deze curve laat zien dat naarmate de belasting van de generator toeneemt, er minder bekrachtigingsstroom i nodig is in de generator om een ​​constante spanning over de klemmen te handhaven. Dit is begrijpelijk, aangezien in dit geval de ankerreactie de belangrijkste magnetische flux verhoogt en daarom bijdraagt ​​​​aan een toename van de elektromotorische kracht van de generator en de spanning op zijn klemmen.