Электрические  машины  переменного и постоянного тока

ГЛАВА 8. ТРАНСФОРМАТОРЫ.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ  МАШИНЫ  переменного и постоянного тока

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Характеристики трансформатора

Рабочие свойства трансформатора в нагрузочном режиме характеризуются зависимостями вторичного напряжения и кпд от тока во вторичной обмотке:

Зависимость U ₂ = f (I ₂) - внешняя характеристика;

h = f (b) - рабочая характеристика приведены на рис.8.9, а,б.

 На рис.8.9, а кривая 1 соответствует режиму емкостной нагрузки, cosj <1; кривая 2 - активной нагрузке, cosj₂=1 и кривая 3 - индуктивной нагрузке, cosj<1.

  Максимальный коэффициент полезного действия трансформатора со­ставляет 0,98¸0,99 и находится из соотношения полезной мощности на нагрузке к мощности потребляемой из сети.

h = Р ₂ / Р ₁,                                (6.20)

где  Р ₁ – мощность,потребляемая из сети (первичной обмотки), Вт;

     Р ₂ – активная мощность на выходе трансформатора (полезная мощность на нагрузке), Вт.

Р ₁ = Р ₂ + Р ₁₀ + Р _к; Р ₂ = U ₂ I ₂ cosj₂ = b S _нcosj_2. ,

где, S _н – номинальная полная мощность трансформатора, ВА, .

 

Следовательно, .

 

Из графиков зависимостей кпд и потерь в трансформаторе в функции коэффициента нагрузки (рис.8.9, б) видно, что потери в стали не зависят от нагрузки и являются постоянными. Потери в стали Р _ст называются постоянными потерями, так как они не зависят от тока нагрузки. Эти потери зависят только от Ф², т. е. от и от частоты f. Потери в меди обмоток растут и изменяются по нелинейному закону. Коэффициент полезного действия будет иметь максимальное значение при равенстве указанных потерь и коэффициенте загрузки равном 0,6.

 

 

Пример 6.1.

Однофазный двухобмоточных трансформатор испытан в режимах холостого хода и опытного короткого замыкания. Показания электроизмерительных приборов по результатам испытаний приведены в табл. 8.1.‍                                                                             

Задание:

1. Начертить схему исследования трансформатора, пояснить принцип его работы и цель исследования режимов холостого хода и опытного короткого замыкания. 2. Выполнить расчет: сопротивлений «Т»- образной схемы замещения, полной мощности и коэффициента полезного действия в номинальном режиме работы на нагрузку активно-индуктивного характера.

                                                                                                                                                                                                 Таблица 8.1

Измеряемый параметр	Показания электроизмерительных приборов
U 10, B	220
I 10, A	0,4
P 10, B	50
U 20, B	13
U 1к, В	25
I 1к, А	6
P 1к, Вт	80
I 2к = U 10/ U 20, А
cos j2	0,6

 

Алгоритм решения задачи

1. Расчет сопротивлений "Т" - образной схемы замещения и обмоток трансформатора.

Полное, активное и индуктивное сопротивления (Ом) намагничивающего контура трансформатора вычисляются по формулам

,  , .

Сопротивление короткого замыкания трансформатора, равное суммарному активному сопротивлению обмоток, вычисляют по формулам:

;  ; .

Для расчета сопротивлений обмоток по данным опытного короткого замыкания трансформатор считают приведенным. Параметры приведенной обмотки обозначают штрихом сверху. Для приведенного трансформатора полагают, что мощность электрических потерь (Ом)делятся поровну между обмотками. На основании этого можно записать:

; .

Активное и реактивное сопротивления обмоток вычисляют по формулам:

; .

 где КТР – коэффициент трансформации, вычисляемый по формуле

.

2. Расчет полной мощности и коэффициента полезного действия трансформатора.

Напряжение короткого замыкания трансформатора, выраженное в процентах

%,  где , В.

Коэффициент мощности трансформатора в режиме опытного короткого замыкания

Активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания, выраженные в процентах

, %;     , %.

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении вторичной обмотки трансформатора, выраженное в процентах

, %,

где cosj₂ – коэффициент мощности потребителя.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора в номинальном режиме

Полная мощность трансформатора

, В×А, где I _2н = I _2н.

Активная мощность вторичной обмотки трансформатора в номинальном режиме (Вт):

.

Активная мощность первичной обмотки трансформатора больше активной мощности вторичной обмотки трансформатора на величину потерь (Вт):

Р _1н = Р _2н + Р ₁₀ + Р_1к .

Коэффициент полезного действия трансформатора

%. h_н = Р _2н / Р _1н • 100%

 

Контрольные вопросы

1. С какой целью используют трансформатор в энергетике?

2. На каком законе основан принцип работы трансформатора?

3. Объясните векторную диаграмму трансформатора для режима холостого хода.

4. Какие параметры трансформатора определяют из опыта холостого хода?

5.Перечислите основные характеристики трансформатора.

6. Какой трансформатор называется приведенным?

7. Объясните векторную диаграмму трансформатора для режима номинальной нагрузки. 

8. Какие параметры трансформатора определяют из опыта короткого замыкания?

9. Какая характеристика трансформатора называется внешней?

10. Перечислите виды потерь мощности в трансформаторе

Асинхронный двигатель

Двигателя

1. Частота вращения магнитного поля статора n ₁ зависит от частоты сети f и числа пар полюсов магнитного поля р.

n ₁ = (60 f) / p, об/мин.

Обратите внимание, что частота вращения магнитного поля не зависит от режима работы асинхронной машины и её нагрузки.

При анализе работы асинхронной машины часто используют понятие о частоте вращения магнитного поля ω₁, которая определяется соотношением:

ω₁ = (2 π f) / p = π n ₁ / 30, рад/с.

В двигательном режиме частота вращения ротора (n) всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора(n ₁). Эта особенность и определяет название двигателя - асинхронный.

2. Скольжение.

Величина, характеризующая разность частот вращения ротора и магнитного поля статора, выраженная в относительных единицах или процентах, называется скольжением:

s = (n ₁ - n)/ n ₁, s =((n ₁ - n)/ n ₁ )100%.       .

Из приведенной формулы следует, что скольжение асинхронного двигателя изменяется в диапазоне

При n = 0, s = 1 ротор неподвижен. Номинальное скольжение равно s _н = 0,03. При 0< s <1 - двигательный режим, при s <0 - генераторный режим работы

В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (в режиме холостого хода) ротор вращается с частотой немного меньше частоты вращения магнитного поля, которую в дальнейшем будем называть синхронной частотой вращения. В этом случае скольжение весьма мало отли­чается от нуля. Однако ток холостого хода статора примерно на порядок больше тока холостого хода трансформатора. Напомним, что ток холостого хода трансформатора составляет (2...8) % от номинального значения тока первичной обмотки. Ток холостого хода двигателя составляет (20...40) % от номинального тока статора. Такое увеличение тока холостого хода объясняется тем, что воздушный зазор между статором и ротором увеличивает магнит­ное сопротивление цепи двигателя для магнитного потока.

Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей номинальное скольжение составляет (1…8) %. Меньшие значения соответствуют двигателям большей мощности, большие значения скольжения соответствуют двигателям малой мощности.

3. Частота вращения ротора

Частота вращения ротора (об/мин) может быть определена, если известны синхронная частота вращения магнитного поля статора и скольжение:

 n = n ₁ (1- s).

Например, для двигателя общепромышленного назначения (f =50 Гц), имеющего четыре полюса и номинальное скольжение 4 %, частота вращения ротора равна   

n = 60 f (1- s)/ p = 3000(1 - 0,04)/ 2 = 1440 об/мин.

4. Частота ЭДС (тока) ротора

Частота тока в обмотке ротора пропорциональная разности синхронной частоты и частоты вращения ротора, называется частотой скольжения. Ее значение, Гц вычисляется по формуле

f ₂ = (n ₁ - n) р /60.

Если числитель и знаменатель выражения для частоты скольжения умножить на значение синхронной частоты, то получим возможность вычислять частоту скольжения через известные значения частоты питающего напряжения и величину скольжения:

f ₂= (n ₁ - n) n ₁ × р / 60ּ n ₁ = f ₁ × s.

Для f ₁ = 50 Гц и скольжения s = (2...8) % частота f ₂= 1…4 Гц.

В дальнейшем будем обозначать индексом 1 параметры обмотки статора, а индексом 2 параметры обмотки ротора.

Влияние частоты скольжения проявляется на параметрах ротора – ЭДС и реактивном сопротивлении.

Выражение для ЭДС обмотки ротора имеет вид 

E _2S = 4,44 w ₂ f ₂Ф _mк _oб,

где к _об - коэффициент, учитываю­щий специфику выполнения обмотки ротора (обмоточный коэффициент).

На неподвижном роторе, когда s = 1, частота скольжения f ₂ равна частоте питающего двигатель напряжения. Поэтому E _2S = E ₂.

В случае вращающегося ротора, когда f ₂ = f ₁× s, выражение для ЭДС примет вид

E _2S = 4,44 w ₂ f Ф _mk _o6 s = E ₂ ּ s.

Аналогичную связь можно установить и между индуктивными сопротивлениями неподвижного x _2S  и вращающегося роторов х ₂:

х _2S = x ₂ּ s.

Пример 6.2.1.

У трехфазного асинхронного двигателя f ₁ = 50 Гц. ЭДС и индуктивное сопротивление неподвижного ротора Е ₂ =120 В., х ₂ =130 Ом.

Определить значения f _2S, Е _2S и х _2S при скольжении s = 4 %.

Воспользовавшись вышеприведенными формулами, получим:

f _2S = f ₁ ּ s = 2 Гц; E _2S = E ₂ ּ s = 4,8 В; x ₂ = x ₂ּ s = 5,2 Ом.

4. Механическая мощность асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель потребляет из сети активную мощность Р ₁ = 3U _Ф I _Фcosφ_Ф = . Здесь индексом " ф " обозначены фазные значения напряжения и тока обмотки статора; индексом " л " - линейные значения напряжения питающей сети и тока, потребляемого двигателем.

Процесс преобразования электрической энергии в механическую наиболее просто показать в виде энергетической диаграммы (рис. 8.17). На каждой ступени передачи происходят соответствующие потери энер­гии, обозначенные отдельными ручейками. Эта энергия считается потерянной, а отдельные ее составляющие называются потерями мощности.

На основании энергетической диаграммы двигателя можно определить механическую мощность Р _МЕХ, отдаваемую двигателем, путем вычитания из подведенной от сети мощности потерь на всех ступенях передачи. К ним относятся потери в обмотке статора, стали сердечника и потери в обмотке ротора.

Уравнение энергетического баланса двига­теля запишем в виде

                 Р _мех = 3 U ₁ I ₁ соsφ₁ - ,

где m ₂ - число фаз обмотки ротора в случае фазного способа его исполнения или число стержней ротора, деленное на два, если обмот­ка ротора выполнена короткозамкнутой; Р _СТ - потери в стали статора. Потерями в стали ротора обычно пренебрегают по причине малой частоты тока ротора.

Электромагнитная мощность Р _ЭМ, передаваемая вращающимся магнитным полем статора через воздушный зазор ротору, равна

Р _ЭМ = Р ₁ – Р _СТ – Р _М1.                               

    

      Р ₁                                                Р _ЭМ                                 Р ₂

      

 

                                                                             

              р _СТ           р _М1                   р _М2           р _МХ

Сеть                  Статор                                    Ротор           Вал                                                                               

Зазор

                                               

 

 

	Рис.8.17. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

 

Таким образом, механическую мощность асинхронного    дви-

гателя можно определить как разность между электромагнитной мощностью и потерями в обмотке ротора:

Р _мех = m ₂ Е ₂ I ₂соsφ₂ - m ₂ r ₂.

 Это уравнение можно представить в ином виде, если  учесть,  что Е ₂ = E _2S ∕s, а произведение E _2S соsφ₂ = r ₂ определяет активную составляющую ЭДС ротора. На основании изложенного выражение для механической мощности примет вид

Р _мех = m ₂ r ₂/s - m ₂ r ₂,

или после некоторого преобразования окончательно запишем:

Р _мех   = m ₂ r ₂ (1- s)/ s.

Если последнее выражение представить в виде

s × Р _мех / (1- s) = m ₂ r ₂ ,

то становится очевидным, что с увеличением скольжения увеличивается нагрев ротора.

Поэтому современные асинхронные двигатели рассчитываются так, чтобы в рабочем режиме скольжение было минимальным.

Полезная механическая мощность на валу двигателя Р ₂ меньше механической мощности Р _мех, развиваемой двигателем, нa величину механических потерь, определяемых трением в подшип­никах, а также трением ротора о воздух.

 

По паспортным данным

Основными точками механической характеристики асинхронного двигателя являются: номинальный, пусковой и максимальный моменты, а также соответствующие им частоты вращения. Покажем, как, пользуясь информацией, приведенной в паспорте двигателя, можно рассчитать характерные точки механической характеристики. На щитке двигателя приведены значе­ния номинальной механической мощности и частоты вращения ротора. По этим данным можно вычислить значения номинального момента на валу двигателя:

М _н = Р _2н / Ω_Н

и номинального скольжения:  

,

где Ω_{Н =} π n /30 - круговая частота вращения ротора.

Для расчетов значений пускового и максимального моментов следует взять справочник по электрическим машинам и найти в нем для дан­ного двигателя два параметра: кратность пускового момента К_П и кратность максимального момента К _М. Значения коэффициентов определяются соотношением соответствующих моментов к его но­минальному значению:

                          К _П = М _П / М _Н, К _М = М _КР / М _Н.

Из приведенных соотношений, находим значения пускового и максимального моментов: М _П = К _П М _М = К _М М _Н. 

Скольжение, соответствующее пусковому моменту, равно единице. Следовательно, n = 0 об/мин, т. е. ротор неподвижен. Скольжение, соответствующее максимальному (критическому) моменту, вычис­ляется по формуле

Частота вращения ротора (об / мин) асинхронного двигателя может быть вычислена по формуле

n = n ₁(1 - s).

 

Пуск асинхронных двигателей

Пусковые свойства асинхронного двигателя определяются особен­ностями его конструкции, в частности, устройством ротора.   

В большинстве случаев асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ) пус­кают в ход прямым включением обмоток статора к питающей сети. Этот способ пуска прост и быстр. Для его осуществления необходим лишь простейший коммутирующий аппарат - выключатель. Однако следует помнить, что при прямом включении двигателя кратность пускового тока составляет от 4 до 7 номинального значения тока. Кратко­временный толчок пускового тока безопасен для двигателя. Однако он вызывает кратковременное понижение напряжения в сети, что может оказать неблагоприятное влияние на работу других потребителей электрической энергии. Следует иметь в виду еще один недостаток прямого пуска асинхронного двигателя - это кратность пускового момента, которая составляет 1,1...1,4.

Таким образом, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором при пуске имеет большую силу тока при относительно небольшом вращающем моменте. Для уменьшения величин пусковых токов двигатели с короткозамкнутым ротором пускают в ход при пониженном напряжении пи­тающей сети.

 

 

Практическая реализация данного способа требует не только дополнительных элементов, например регулируемых трехфазных трансформаторов, но и приводит к снижению величины пускового момента. Наибольшее распространение получил способ, при котором двигатель, работающий при соединении обмоток статора по схеме «треугольник», пускают в ход без нагрузки путем переключения схемы соединения его об­моток. (Рис.8.20). При пуске обмотки статора соединяют по схеме «звезда», а при достижении им частоты вращения, близкой к номинальной, при помощи специального переключателя обмотки соединяют по схеме «треугольник» и нагружают двигатель.

 

Для регулирования скорости асинхронного двигатели с короткозамкнутым ротором возможны три способа: 1) изменением частоты питающего напряжения f (изменением синхронной скорости вращения магнитного поля статора n ₁), 2) изменением скольжения s 3) переключением числа пар полюсов p.

Пусковые свойства асинхронного двигателя с фазным ротором существенно (АДФР) от­личаются от двигателя с короткозамкнутым ротором за счет возмож­ности включения в цепь ротора внешнего пускового реостата (рис.8.22, а)Сопротивление каждой фазы пускового реостата выбирается таким, чтобы обеспечить при пуске максимальный момент. По мере разго­на ротора уменьшаются скольжение, а вместе с ним ЭДС и сила тока ротора, вследствие чего падает и вращающий момент. Для получения вращающего момента, близкого к максимальному, сопротив­ление пускового реостата постепенно уменьшают. Наконец, когда ротор двигателя достигает нормальной скорости, сопротивления пусковых реостатов замыкаются накоротко.

Добавочное сопротивление, включенное в цепь ротора, изменяет характер зависимости вращающего момента от скольжения путем смещения максимума момента в сторону большего скольжения. Такая механическая характеристика называется искусственной (рис.8.22, б.).

Численное значение критического скольжения искусственной характеристики может быть оценено по формуле

Значение добавочного сопротивления (Ом), которое необходимо включить в цепь фазы ротора для обеспечения заданного пускового момента, рассчитывается как

где r ₂ - активное сопротивление фазы обмотки ротора, опреде­ляемое выражением

,

где Е _{2 К} - линейное значение ЭДС обмотки ротора, 1 _2Н - номинальное значение тока в обмотке ротора.

Численные значения ЭДС и тока в обмотке ротора приводятся в каталогах на асинхронные двигатели.

Выбор двигателя

 

Расчетные формулы для выбора двигателя имеют вид:

М = Р ₂/ n; Р ₁ = ; Р ₂ = h Р ₁.

Выбор двигателя по каталогу осуществляется следующим образом. По заданному моменту рабочего механизма и частоте вращения определяется необходимая мощность. После этого определяются условия окружающей среды, выбирается исполнение по типу монтажа и высоте оси рабочего вала двигателя. Зная эти параметры, по каталогу проверяются необходимая перегрузочная способность, КПД, масса и момент инерции.

Для шахтных условий используются двигатели взрывозащищенного исполнения, для крановых механизмов – двигатели с повышенным скольжением и т.д. Для регулирования частоты вращения двигателей с короткозамкнутым ротором в настоящее время широко используются частотные преобразователи с микропроцессорным управлением.

В бытовых приборах используются однофазные двигатели. В системах управления используются двигатели, в которых одна из обмоток статора постоянно подключена к сети переменного тока (обмотка возбуждения), а ко второй (обмотка управления) подводится напряжение управления. Такие двигатели относятся к классу микромашин.

Микромашины используются также в информационных системах, где они выполняют функции первичных преобразователей для вычислительных операций в системах автоматики и телемеханики. Одним из примеров является сельсин, предназначенный для передачи на расстояние угловых перемещений валов, механически не связанных друг с другом.

 

      Пример

Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, подключенный к трехфазной сети переменного тока частой f = 50 Гц, имеет следующие номинальные данные, приведенные в табл. 8: мощность на валу Р _2Н, линейное напряжение U _1Н, схема соединения обмоток статора, частота вращения ротора n _Н, коэффициент мощности cosj_н , кратность критического К _м  и пускового К _п моментов.

Задание:

1. Начертить схему включения двигателя, пояснить принцип его работы и назначение элементов схемы.

2. Определить число пар полюсов обмотки статора; номинальное, критическое пусковое скольжение и соответствующие им моменты на валу; возможность пуска двигателя с номинальной нагрузкой при снижении номинального напряжения на 10 %.

Данные для расчета приведены в табл.6.2.1.

Таблица 8.2.1.

Параметры АДКР
P 2н, кBт	1,2
U 1н, B	220
Схема соединения	∆
n н  ×10^-1 об/мин	288
cos j н	0,87
К м	2,4
К п	1,4

 (в задании сказано,что n _н  ×10^-1 об/мин надо умножить на 10)?????                                                                                                

Алгоритм решения задачи

 

Для определения числа пар полюсов обмотки статора воспользуемся формулой, устанавливающей связь синхронной частоты вращения магнитного поля статора n ₁,(об/мин) с частотой питающего напряжения f и числом пар полюсов обмотки

n ₁ = 60 f / p.

Число пар полюсов р вычислим, приняв n ₁ = n _н, по соотношению:

р = 60 f / n _н,

беря во внимание по конструктивным соображениям только целую часть.

Скольжение ротора в номинальном режиме определяется по формуле:

s = (n ₁ - n)/ n ₁

Вращающий момент на валу, развиваемый двигателем в номинальном режиме вычисляется по формуле

М _н = 9550 ,

где Р _2н выражено в кВт, М _н - Н×м,

Скольжение ротора в критическом режиме вычисляется по формуле:

,

т. е. частота вращения ротора в этом режиме (об/мин) равна

.

Вращающий момент, развиваемый двигателем в критическом режиме работы

М _кр = К _м × М _{н .}

При пуске двигателя в ход частота вращения ротора n _п = 0, поэтому скольжение ротора s _п = 1.

Вращающий момент, развиваемый двигателем в момент пуска

М _п = К _п × М _н.

Величина этого момента определяет возможность пуска двигателя с номинальным моментом, если М _п > М _н.В режиме холостого хода величина этого момента, с последующим увеличением нагрузки на валу, если М _п < М _н

Вращающий момент, развиваемый двигателем, пропорционален квадрату приложенного напряжения. При номинальном напряжении эта зависимость определяется выражением.

где С _м - постоянный коэффициент, определяемый конструктивными особенностями машины.

Если напряжение на зажимах двигателя изменять, например,

в сторону уменьшения, то будет изменяться и величина вращающего

момента на валу двигателя. Например, при U = 0,9 U _н, тогда

.

Вычислив величину момента на валу, следует определить значение пускового момента двигателя при пониженном напряжении:

М _п = К _м× М

и сделать вывод о возможности пуска двигателя в ход.

 

Контрольные вопросы

1. В асинхронном двигателе вращающееся электромагнитное поле, какого элемента, называют основным?

2.Как называется режим асинхронного двигателя, при котором в результате перегрузки он останавливается и не может вернуться в рабочий режим без очередного запуска, называется

3.Чему равно номинальное скольжение асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?

4.Чем АДКЗ отличается от АДФР?

5. Как производится пуск АДФР?

 

Синхронные машины

 

Синхронные компенсаторы

Способность синхронной машины вызывать в сети опережающий ток и служить генератором реактивной мощности находит широкое применение.

Создают специальные синхронные двигатели, работающие на холостом ходу, генерирующие реактивную мощность и повышающие cosφ сети. Перевозбужденный синхронный двигатель без нагрузки на валу является «синхронным компенсатором» - потребителем емкостного тока. Они работают в режиме перевозбуждения, вызывая ток, опережающий напряжение сети на угол, близкий к π / 2. Тем самым компенсируется реактивная составляющая тока других потребителей, и, как следствие, уменьшается результирующий ток, нагружающий электрическую сеть.

Потери мощности синхронных компенсаторов невелики и не превышают 2 – 3 % от их номинальной мощности. По сравнению с конденсаторами, которые также вызывают в сети опережающий ток и используются для повышения cosφ сети, синхронные компенсаторы дешевле, имеют меньшие габариты при той же мощности, но потери мощности в них больше потерь в конденсаторах. Мощность синхронных компенсаторов достигает 100-160 Мвар.

Работу с сетью

 На электростанциях, как правило, имеются несколько синхронных генераторов, включаемых параллельно и совместно работающих на одну сеть.

Перед включением генератора на параллельную работу необходимо выполнить ряд операций, называемых синхронизацией. Условия синхронизации заключаются в следующем:

- напряжение включаемого генератора должно быть равно напряжению сети или уже работающего генератора;

-частота генератора должна равняться частоте сети;

- чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково;

- напряжения генератора и сети должны быть в фазе.

Выполнение всех этих условий входит в задачу управления электроприводом синхронных генераторов.

Схема включения СГ на параллельную работу с сетью с помощью с помощью лампового синхроскопа и нулевого вольтметра приведена на рис.8.36.

Подключение генератора к сети производится в середине периода погасания ламп при показании вольтметра равном нулю. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе и амплитуде векторов напряжений сети и генератора (U _с = U _г). После включения генератора в сеть дальнейшая синхронизация происходит автоматически.

 

 

 

 

Синхронный генератор в качестве источника электрической энергии пе­ременного тока включают в распределительную сеть параллельно. При параллельной работе генератора с системой большой мощности его час­тота и напряжение, а также угловая скорость должны оставаться неизменными при любых изменениях нагрузки, тока возбуждения и момента первичного дви­гателя. Активную мощность, отдаваемую при этом генератором в сеть, можно изменять только изменением момента первичного двигателя.

 

Пример.

Для 3-х фазного неявнополюсного синхронного генератора построить упрощенную векторную диаграмму. Падением напряжения в активном сопротивлении обмотки якоря пренебречь. Обмотка статора генератора соединена в звезду. При построении необходимо задаться масштабами по току и напряжению: m_i = 1000 А/см, m _u =2000В/см. Синхронное индуктивное сопротивление пересчитать в именованные единицы по формуле:

x _с= x *_сн · U _ф / I _н Ом.

Из построения определить:

1. Величину ЭДС синхронного генератора в режиме холостого хода Е ₀.

2. Величину угла θ.

Данные синхронного генератора приведены в табл. 8.2.1

                                                                                           Таблица 8.2.1.

Р н, МВт	U н, кВ	cоs φн	x *сн
100	10,5	0,85	1,79

Обмотки статора соединены в звезду, а U_н – это линейное напряжение. Тогда фазное напряжение U_нф = U_н /

 Решение.

Уравнение ЭДС цепи неявнополюсного синхронного генератора при очень малом падении напряжения в активном сопротивлении фазной обмотки статора (из условия) имеет вид

= ,

где    U ₁ – значение напряжения на выводах неявнополюсного синхронного генератра, В;

     E ₀ – основная ЭДС генератора, В;

E _c - синхронная ЭДС неявнополюсного синхронного генератора, В;

I ₁ - ток в обмотке статора, А

    x _c – синхронное сопротивление неявнополюсной машины, Ом.

1) Определение тока синхронного генератора

где m ₁= 3 (число фаз);

фазное напряжение обмотки статора

U _ф1 = U _н / = 10,5/1,732=6,07 кВ.

2) Определение E _c - синхронной ЭДС неявнополюсного синхронного генератора:

E _c= I ₁ x _c= 6,46 · 1,68=10,85 А,

где - x _с= x ^*_сн · U _ф1 / I _н = 1,79·6,07/6,46=1,68 Ом.

3) Построение векторной диаграммы

Для построения векторной диаграммы определяем в масштабе длины векторов следующих электрических величин:

Определяем угол ₁

₁= arc cos 0,85=31,8⁰.

Машины постоянного тока

Генераторы постоянного тока

При эксплуатации машины постоянного тока в генераторном режиме важно знать три основные характеристики, выражающие зависимость одних переменных величин от других. К ним относятся: характеристика холостого хода, внешняя и регулировочная характеристики.

Рассмотрим характеристики генератора с обмоткой независимого возбуждения (рис.8.41, а).

Характеристика холостого хода - зависимость напряжения на зажимах генератора от тока возбуждения при отсутствии тока в обмотке якоря и постоянной частоте его вращения, т.е. U = f (I _в) при I _я = 0, n = const.

Для снятия этой характеристики (рис.8.42) якорь генератора приводят во вращение вспомогательным устройством, например, асинхронным дви­гателем. Цепь якоря размыкается. Ток в обмотке возбуждения изменяется от нуля до максимального значения и обратно до нуля. При увеличении тока получают восходящую ветвь характерис­тики; при уменьшении тока - нисходящую ветвь. Получаем петлю гистерезиса. Обычно в каталоге приводится средняя линия. Особое внимание следует обратить на наличие напряжения на зажимах обмотки яко­ря при равенстве нулю тока в обмотке возбуждения. Причиной появления напряжения является магнитный поток остаточной индукции, сохраняющийся в магнитной цепи машины от ее предыдущей работы. При отсутствии тока возбуждения в якоре наводится эдс, равная примерно 2-3 % от напряжения якоря.