ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 286
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
При емкостной нагрузке реакция статора подмагничивающая, поэтому с ростом нагрузки растет напряжение на выводах генератора.
Рисунок 3.5 - Внешние характеристики синхронного генератора при разных видах нагрузки
В процентном отношении внутреннее сопротивление машины по отношению к сопротивлению нагрузки обычно составляет небольшое значение, поэтому можно реакцию статора при активной нагрузке считать без учета индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора. В машинах небольшой мощности поперечная реакция статора (чисто активный ток) будет при наличии в нагрузке небольшой емкости, компенсирующей индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора машины.
Номинальным изменением напряжения синхронного генератора ΔUном называется изменение напряжения при изменении нагрузки от нуля до номинальной при неизменном токе возбуждения.
Номинальное изменение напряжения определяется по формуле:
, %. (3.11)3.4. Регулировочная характеристика синхронного генератора
Регулировочная характеристика—это зависимость тока возбуждения от тока статора If=f(Ia) при постоянном напряженииU=const, постоянной скорости вращенияn=const и неизменном cosφ нагрузки.
Регулировочные характеристики показывают, как нужно изменять ток возбуждения при изменении нагрузки, чтобы напряжение на выводах генератора оставалось постоянным (рисунок 3.6).
Рисунок 3.6 - Регулировочные характеристики синхронного генератора при разных видах нагрузки
Регулировочные характеристики могут быть построены, если известны внешние характеристики. При увеличении нагрузки при индуктивной нагрузке напряжение уменьшается. Чтобы напряжение оставалось неизменным, надо увеличивать ток возбуждения. При емкостной нагрузке при увеличении тока в статоре машины напряжение на выводах генератора растет. Чтобы оно оставалось неизменным, надо уменьшать ток возбуждения.
Так же, как и внешние характеристики, регулировочные характеристики при небольших нагрузках линейны. При нагрузках, близких к номинальному значению, из-за насыщения регулировочные характеристики становятся нелинейными.
При работе синхронного генератора на емкостную нагрузку магнитное поле в машине создается током возбуждения и реактивными токами, протекающими в статоре. При небольших зазорах в синхронной машине, работающей на емкостную нагрузку, может наступить самовозбуждение, когда при отключенной обмотке возбуждения (If=0) на выводах генератора появится напряжение. Это явление называется самовозбуждением синхронной машины.
3.5. Нагрузочная характеристика синхронного генератора
Нагрузочная характеристика — это зависимость напряжения на генераторе от тока возбуждения U=f(If) при постоянных значениях тока статораI=const, cosφ=const нагрузки и скорости вращения n=const (рисунок 3.7).
При изменении напряжения ток в статоре поддерживается неизменным путем регулирования сопротивления нагрузки. Нагрузочные характеристики снимают только при индуктивной нагрузке. Поэтому и называют зависимость U=f(If) при cosφ=0=const индукционной нагрузочной характеристикой.
Индукционная нагрузочная характеристика является вспомогательной характеристикой и используется для определения индуктивного сопротивления рассеяния. Для этого необходимо иметь характеристику холостого хода и индукционную нагрузочную характеристику, снятые опытным путем. Имея эти характеристики, можно построить реактивный треугольник АВС. В треугольнике АВС катет АВ равен падению напряжения в сопротивлении рассеяния статора (Iа∙Xσa), a горизонтальный катет ВС равен МДС реакции статора в масштабе тока возбуждения, в котором построены характеристика холостого хода и нагрузочная характеристика.
Реактивный треугольник показывает, что уменьшение напряжения при снятии нагрузочной характеристики происходит вследствие падения напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния Хσа (катет АВ) и размагничивающего действия реакции статора (катет ВС).
Рисунок 3.7 - Нагрузочная характеристика и реактивный треугольник
Если известны катеты реактивного треугольника, то по характеристике холостого хода
XXX можно построить нагрузочную характеристику, передвигая реактивный треугольник параллельно самому себе (треугольник А1В1С1). Если имеются снятые опытным путем XXX и нагрузочная характеристика, можно определить Хσа , зная продольную реакции статора (катет ВС в масштабе тока возбуждения).
(3.12)Приближенно катеты реактивного треугольника определяются по спрямленной XXX так, как это показано на рисунке 3.7.
Рассмотренные характеристики дают возможность судить об основных электромагнитных показателях машины. Однако о КПД и распределении тепловых полей по ним судить нельзя.
3.6 Потери и КПД синхронного генератора
Преобразование энергии в синхронном генераторе происходит следующим образом.
К валу синхронного генератора от первичного двигателя подводится механическая мощность P1. Часть этой мощности расходуется на механические потери РМЕХ в генераторе, на магнитные потери в стали статора РСТ, добавочные потери в стали статора и ротора РДОБ. Остальная часть мощности преобразуется в электрическую мощность и передается магнитным полем в статор.
Полная электрическая мощность, получаемая в результате преобразования механической мощности, называется электромагнитной мощностью. Магнитные потери в сердечнике статора у генератора покрываются непосредственно за счет механической мощности со стороны вала и в электромагнитную мощность не входят.
Электромагнитная мощность трехфазного синхронного генератора равна:
, Вт (3.13)Преобразование энергии в синхронном генераторе связано с потерями энергии. Все виды потерь в синхронной машине разделяются на основные и добавочные.
Основные потери в синхронном генераторе слагаются из электрических потерь в обмотке статора, потерь на возбуждение, магнитных потерь и механических потерь.
Электрические потери в обмотке статора:
, Вт (3.14)где
— активное сопротивление одной фазы обмотки статора при расчетной рабочей температуре:
, Ом (3.15)где
— активное сопротивление одной фазы обмотки статора при температуре Т1 , отличающейся от расчетной рабочей; α=0,004.Потери на возбуждение:
а) при возбуждении от отдельного возбудительного устройства:
, Вт (3.16)где
— активное сопротивление обмотки возбуждения при расчетной рабочей температуре;
=2В — падение напряжения в контакте щеток;Сопротивление обмотки возбуждения без учета вытеснения тока определяют по формуле и приводят к расчетной температуре:
, Ом (3.17)где
— активное сопротивление при температуре Т1 , отличающейся от расчетной рабочей.б) при возбуждении от генератора постоянного тока (возбуди теля), сочлененного с валом синхронной машины:
, Вт (3.18)где
- КПД возбудителя ( =0,8-0,85).Если обмотка возбуждения питается от собственного возбудителя, расположенного на валу приводного двигателя, то мощность, идущая на возбуждение генератора, а также на потери в возбудителе, следует прибавить к мощности P1. При независимом возбуждении к P1 прибавляется мощность, расходуемая в обмотке возбуждения генератора. Для схем с самовозбуждением мощность возбуждения вычитается из
, так как на возбуждение машины расходуется часть электрической мощности.Если возбуждение бесконтактное, эта составляющая потерь отсутствует
Магнитные потери в синхронном генераторе происходят в сердечнике статора, который подвержен перемагничиванию вращающимся магнитным полем. Эти потери состоят из потерь от гистерезиса и потерь от вихревых токов:
, Вт (3.19)Механические потери (Вт), равные сумме потерь на трение в подшипниках и потерь на вентиляцию (при самовентиляции машины):
, Вт (3.20)где
— окружная скорость на поверхности полюсного наконечника ротора, м/с;
— конструктивная длина сердечника статора, мм.Добавочные потери при нагрузке
в синхронном генераторе определяют в процентах от полезной мощности генератора. Для синхронных машин мощностью до 1000кВт добавочные потери при нагрузке принимают равными 0,5%, а для машин мощностью более 1000кВт — 0,25—0,4%.Суммарные потери в синхронном генераторе:
, Вт (3.21)Оставшаяся мощность отдается генератором в сеть (активная мощность, отбираемая от генератора при его номинальной нагрузке).
Мощность Р2 является полезной мощностью генератора:
(3.22)Здесь U1 и I1 — фазные значения напряжения и тока статора.
Коэффициент полезного действия для синхронного генератора:
, Вт (3.23)КПД синхронного генератора зависит от величины нагрузки
и от ее характера (cosφ). Графики этой зависимости представлен на рисунке 3.8.КПД синхронных машин мощностью до 100кВт 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.
Подводимая механическая мощность
определяется по формуле:
(3.24)
Рисунок 3.8 – График зависимости КПД и cosφ от величины нагрузки β.
Характеристика холостого хода представляет собой зависимость ЭДС генератора в режиме холостого хода