ТОП 10:

Электромагнитная мощность и момент, угловые характеристики синхронных генераторов



Поле якорной обмотки статора 1 имеет полюса Nя и Sя. Вращающееся вместе с ротором поле 2 обмотки возбуждения, имеет полюса N и S. В установившемся синхронном режиме поля обмотки якоря и обмотки возбуждениявращаются с синхронной скоростью n1. Полюсные системы обмоток якоря и обмотки возбуждения неподвижны относительно друг друга. Между ними происходит постоянное взаимодействие и возникает электромагнитная сила F, стремящаяся ориентировать ротор таким образом, чтобы поля обмоток якорной и возбуждения были направлены согласно.

Силы, возникающие при этом, можно моделировать, используя стремящиеся сократиться резиновые нити 3, натянутые между разноименными полюсами систем якоря и обмотки возбуждения.


Если машина не имеет нагрузки, то разноименные полюса систем якоря и обмотки возбужденияустанавливаются напротив друг друга по одной оси и электромагнитный момент отсутствует. Электромагнитная сила F, действующая между полюсами, имеет радиальное направление.

В генераторном режиме приводной двигатель или турбина создают вращающий момент на валу. Вал генератора вместе с полем ротора поворачивается и опережает поле якорной обмотки на угол Θ. Вследствие этого электромагнитные силы F притяжения полей ротора и статора имеют тангенциальные составляющие Fτ, создающие тормозной электромагнитный момент. С увеличением нагрузки генератора угол Θ увеличивается, т. е. поле статора в большей степени отстает от поля ротора. При увеличении угла Θ в некоторых пределах увеличиваются Fτ и электромагнитный момент генератора. Максимум момента соответствует значению Θ = 90°, когда ось полюсов ротора расположена между осями полюсов суммарного потока.

Если машина переходит в двигательный режим, то на вал действует внешний момент, притормаживающий ротор. Вследствие этого вал двигателя вместе с полем ротора поворачивается и отстает от поля статора на угол Θ. В этом случае тангенциальные составляющие электромагнитных сил меняют направление и возникает вращающий электромагнитный момент двигателя. Таким образом, при переходе из генераторного режима в двигательный установившаяся скорость вращения машины не меняется, а меняется знак угла Θ.

В статоре синхронного генератора имеют место электрические потери в обмотке якоря Рэя и потери в стали сердечника.

Электромагнитная мощность, передаваемая от ротора к статору электромагнитным полем равна:

Рэм = Р2 + Рэя + Рс.

В синхронных машинах большой и средней мощности потери в обмотке якоря Рэя и потери в стали сердечника Рс малы по сравнению с электрической мощностьюотдаваемой генератором сеть. Если ими пренебречь, то электромагнитная мощность будет равна полезной мощности Р2, отдаваемой генератором в сеть:

Рэм ≈ Р2 =m1U1I1 cosφ1.

где 1— количество фаз;

j1 — угол между током и напряжением ;

— напряжение генератора, оно равно напряжению сети.

Для упрощения допустим, что генератор работает на сеть бесконечной мощности, т.е. и .

Чтобы установить, как зависит электромагнитная мощность Рэм явнополюсной синхронной машины от угла нагрузки Θ, рассмотрим упрощенную векторную диаграмму, построенную при R1 = 0.

Рис. Упрощенная векторная диаграмма явнополюсного синхронного генератора

Из векторной диаграммы:

где Xd = Xσ1 + Xad; Xq = Xσ1 + Xaq.

Тогда

Подставляем в полученное выражение значения I1d и I1q. С учетом, что

получим

Из уравнения видно, что электромагнитная мощность явнополюсного синхронного генератора состоит из 2 частей. Первая (основная) составляющая связана с возбуждением в машине и зависит от ЭДС Еf. Вторая (реактивная) составляющая существует и при отсутствии возбуждения и обусловлена наличием в явнополюсной машине чисто магнитного момента из-за стремления ротора ориентироваться по оси магнитного поля (подобно магнитной стрелке).

В неявнополюсной машине , а реактивная составляющая электромагнитной мощности равна нулю. Тогда

Электромагнитный момент явнополюсного синхронного генератора:

.

неявнополюсного

Кривые Рэм = f(Θ) и Мэм = f(Θ) называют угловыми характеристиками синхронной машины.

Мощность синхронного генератора зависит от угла q. Поэтому его называют нагрузочным углом. Угол q, соответствующий максимальному электромагнитному моменту Мmax , называется критическим.

У неявнополюсных синхронных машин угловая характеристика представляет собой синусоиду. Величина критического угла .

Для явнополюсной машины:

где .







Последнее изменение этой страницы: 2016-08-26; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 35.170.78.142 (0.004 с.)