Харктеристики явнополюного и неявнополюсного синхронного генератора

Характеристики строят в именованных единицах, как показано на рис. 3.3, а. Номинальный угол нагрузки θ_ном определяется графически по характеристике, снятой при I _в= I _ном, причем Р _1ном= S _номcosφ_ном (номинальные мощность и коэффициент мощности берутся из паспорта машины).

Рис. 3.3. Угловые характеристики явнополюсного синхронного генератора: а –экспериментальные, б – расчетные.

Для определения перегрузочной способности генератора следует провести дополнительные построения основанных на теории синхронных машин. Угловая характеристика трехфазного явнополюсного синхронного генератора с электромагнитным возбуждением описывается уравнением

где Р ₁— электромагнитная мощность, Вт; U ₁— фазное напряжение, В; E ₁₀— фазная ЭДС холостого хода, соответствующая току возбуждения, при котором снималась характеристика, В; х_d, х_q — синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям, Ом.

Уравнение переписать в виде

где P_{m 1}— амплитудное значение электромагнитной мощности, обусловленной потоком возбуждения; Р_{т 0}— амплитудное значение электромагнитной мощности, обусловленной магнитной асимметрией ротора. Р_{т 0} определяется из снятой при нулевом токе возбуждения угловой характеристики как

(Для получения более достоверных результатов значения мощности Р ₁и соответствующего ей угла θ следует брать для точек с наибольшей мощностью.)

Угловая характеристика невозбужденного генератора (рис. 3.3, б) достраивается до угла θ=90° по выражению

Затем графическим путем производят вычитание из угловой характеристики возбужденного генератора (I _в= I _ном) угловой характеристики невозбужденного генератора (I _в=0) в диапазоне углов нагрузки, полученных экспериментальным путем. Полученная таким образом угловая характеристика, должна описываться уравнением

Подставив найденные графическим путем наибольшие Р ₁и соответствующий угол θ, получают величину P_{m 1}

Достраивают угловую характеристику до угла θ=90°.

Статическая перегружаемость W _пи соответствующий ей угол нагрузки q _m могут быть найдены далее двумя способами: графическим и аналитическим. При использовании, графического способа суммируют угловые характеристики, достраивая тем самым угловую характеристику возбужденного генератора до угла θ=90°. По полученной угловой характеристике графически определяют максимальную мощность Р _max и соответствующий ей угол q _m (рис. 3.3, б). Статическая перегружаемость определяется поформуле

Аналитический способ основан на анализе уравнения угловой характеристики. Для определения максимальной мощности следует взять производную от ее выражения и, приравняв ее нулю, получить искомое значение аргумента — угол θ _m. Затем находят величину Р _max и статическую перегружаемость W _п.

Производная от электромагнитной мощности по углу нагрузки равна

Отсюда следует, что P_{m 1}cosθ=-2 P_{m 0}cosθq. В рассматриваемой зоне углов нагрузки 60°≤q _m ≤90° можно считать, что |cosθ:cos2θ|=2 P_{m 0}: P_{m 1}. Зная величины Р_{т 1}и Р_{m 0} находят значение угла нагрузки θ _m.

Неявнополясный

Принципиальной особенностью синхронного генератора, подключенного к сети постоянного напряжения и постоянной частоты, является способность автоматически (без участия операторов) поддерживать постоянной частоту вращения своего ротора. Мощность, отдаваемая генератором в сеть, будет определяться механическим моментом, развиваемым турбиной, вращающей ротор. В случае изменения этого механического момента, приводящего во вращение ротор, генератор без участия каких-либо внешних сил автоматически изменяет свой собственный электромагнитный момент, который противодействует вращению генератора. Сумма этих двух моментов становится равной нулю, и генератор продолжает вращаться с постоянной, синхронной скоростью. Состояние генератора с новым соотношением вращающего (от турбины) и тормозящего (внутреннего электромагнитного) моментов характеризуется так называемым углом нагрузки (рис. 3.13).

Эта зависимость носит название угловой характеристики и представляет собой функцию тормозящего электромагнитного момента Мэм генератора (или электромагнитной мощности Pэм = Мэм1 где 1 — угловая скорость ротора) от внутреннего угла нагрузки. Для турбогенераторов угловая характеристика очень близка к синусоиде. Рабочая точка, при которой функционирует генератор, обозначена индексом номинального режима ном и Pэм.ном причем ном выбирается таким, чтобы отношение максимума синусоиды Pэм.max к Pэм.ном было в пределах 1,5—1,8. Сама мощность Pэм.max и соответствующий ей максимальный момент Mэм.max — это максимально возможная мощность и максимально возможный тормозящий электромагнитный момент, развиваемые данным синхронным генератором.

В области углов от 0 до 90 ° синхронный генератор способен самостоятельно поддерживать синхронное вращение. За пределами угла 90 ° он теряет эту способность и выпадает из синхронизма. Способность самосинхронизировать свое вращение характеризуется удельной синхронизирующей способностью Рс, которая дана на рис. 3.13 штриховой линией.

Вопрос 14 Конструкция и принцип действия АД.

АД потребляет около 50 % электроэнергии. Диапазон мощностей от долей ватта до десятков тысяч кВт. КПД у АД мощностью более 1 кВт – 0,7…0,95. КПД микродвигателей от 0,2 до 0,65. Потребляют реактивный ток. У АД мощностью свыше 1 кВт , в микродвигателях . АД изготавливают для сетей однофазного, двухфазного и трёхфазного тока.

Конструкция машины: статор и ротор. Листы статора и ротора из электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В пазах статора и ротора обмотки. У ротора короткозамкнутая обмотка, у статора обычная. Статор помещается в станине. К станине боковые щиты с подшипниками.

Принцип действия АД. Обмотка статора подключается к трёхфазной сети. Токи в обмотке создают вращающееся магнитное поле. Угловая скорость этого поля:

,

где – частота в сети;

p – число пар полюсов.

Магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой в проводниках протекает ток. На проводники с током в магнитном поле действуют силы, которые совпадают с направлением вращения магнитного поля статора. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки, а направление сил – по правилу левой руки.

Скорость вращения ротора n всегда меньше скорости вращения поля статора. По мере разгона ротора уменьшается его скорость вращения относительно скорости магнитного поля статора (), в результате уменьшается наводимая в обмотке ротора ЭДС и ток. Это приводит к уменьшению электромагнитного момента. В зависимости от нагрузки на валу АД устанавливается равновесная скорость вращения ротора. Её значение оценивается с помощью коэффициента скольжения:

,

где соответственно равно:

,

.

Частота тока в обмотке ротора соответственно равно:

.

При номинальной нагрузке S = 0,015…0,05. Скорость вращения ротора через скольжение:

.

Пределы изменения скольжения Sот

Паспортные данные АД:

1. Номинальная мощность на валу двигателя (отдаваемая);

2. Линейное напряжение обмотки статора в виде дроби звезда/треугольник;

3. Линейные токи в виде дроби при соединении звезда/треугольник;

4. Частота питающей сети;

5. Коэффициент мощности ;

6. Коэффициент полезного действия ;

7. Для АД с однофазным ротором дополнительно указывается напряжение и ток ротора.