Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как противостоять манипуляциям мужчин? Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







Холостой ход син­хронного генератора





Рис. 11.19

При холостом ходе обмотка якоря (статора) разомкнута и магнитное поле ма­шины создается только обмоткой возбуждения ротора (рис. 11.19). Форма нако­нечников полюсов ротора выполняется такой, чтобы распределение магнитной ин­дукции в воздушном зазоре было близким к синусоидальному. Если выполнить распределенную обмотку статора с укороченным ша­гом и соединенной ее в звезду, наведенная в каждой фазной обмотке ЭДС будет изменяться по синусоидальному закону. Ее действующее значение

, (11.49)

Рис. 11.20

где – обмоточный коэффициент; – число витков одной фазы обмотки статора; – частота синусоидальных ЭДС; – число пар по­люсов; – максимальный магнитный поток по­люса ротора; – синхронная частота вращения. Согласно (11.49) ЭДС статора при неизменной частоте пропорциональна потоку. Изменяя ток возбуждения, можно регулировать магнитный поток и ЭДС генератора.

Зависимость при называется харак­теристикой холостого хода (рис. 11.20). Она применяется при расчете других характеристик и анализе режимов работы синхронных генераторов и двигателей.

11.18. Реакция якоря синхронной машины

В машине, работающей под нагрузкой, магнитное поле создается в отли­чие от холостого хода не только в роторе, но и МДС токов статора. Эти МДС, вращаясь с одной и той же синхронной частотой, взаимодействуют между собой и образуют результирующее вращающееся магнитное поле машины. Воз­действие МДС статора на магнитное поле машины называется реакцией якоря.

Рассмотрим реакцию якоря на примере двухполюсного синхронного генера­тора с явновыраженными полюсами. На рис. 11.21 каждая фаза обмотки изображена в виде одного витка (АХ, В Y, СZ), северный полюс ротора обозначен буквой N, южный – буквой S, магнитные линии этого поля не пока­заны.

а) б) в)

Рис. 11.21

Рис. 11.21 а поясняет реакцию якоря при активной нагрузке, когда угол сдвига по фазе между ЭДС и током равен нулю. В этом положе­нии ЭДС и ток фазы А максимальны, а в фазах В и С равны половине от макси­мальных значений и противоположны по знаку (направление токов в верхней половине обмотки статора показано крестиками, в нижней – точками). Этим на­правлениям токов соответствует магнитное поле реакции якоря, основные ли­нии которого направлены поперек оси полюсов ротора. Они размагничивают набегающий край полюса и намагничивают сбегающий. При этом результи­рующий магнитный поток генератора поворачивается относи­тельно потока ротора на некоторый угол в направлении, противополож­ном направлению вращения ротора. Следовательно, при активной на­грузке ( = 0) реакция якоря синхронной машины является чисто поперечной.

Рис. 11.21 б соответствует фазовому сдвигу = 90°. В этом случае макси­мум тока в фазе А наступает в момент, когда ротор повернется на 90° по часовой стрелке. Ориентация потока реакция якоря осталась такой же, как на рис. 11.21 а, но теперь этот поток направлен навстречу потоку ротора по его продольной оси, т.е. при отстающем токе и = 90° реакция якоря действует по продольной оси и является по отношению к полю возбуждения размагничивающей.

Рис. 11.21 в соответствует опережающему току относительно ЭДС на угол = –90°. В этом случае максимум тока в фазе А наступает по сравнению с рис. 11.21 а на четверть периода раньше, когда ротор занимает по­ложение, повернутое на 90° против вращения, т.е. при опережающем токе и –90° реакция якоря действует по продольной оси и является по отношению к полю возбуждения намагничивающей.

В общем случае, когда 0 и 90°, ток можно разложить на составляющие:

по продольной оси ; (11.50)

 

по поперечной оси . (11.51)

Продольная составляющая тока якоря создает продольную реакцию якоря, а поперечная – поперечную реакцию якоря. Угол считается положитель­ным, когда ток отстает от ЭДС .

При работе синхронной машины в режиме двигателя ток в статоре имеет противоположное направление по сравнению с режимом генератора. Поэтому при = 0 ось результирующего потока оказывается повернутой относительно потока ротора на угол по направлению вращения ротора. При реакция якоря является продольной и намагничивающей, а при – продольной и размагничивающей.

Сравнение реакции якоря явнополюсных и неявнополюсных машин показы­вает, что принципиально они отличаются тем, что у неявнополюсных машин воз­душный зазор почти одинаковый вдоль продольной и поперечной осей ротора. По­этому и потоки реакции якоря по осям при одинаковых токах статора практически равны. У явнополюсных машин воздушный зазор вдоль поперечной оси во много раз больше, чем вдоль продольной оси. Поэтому при равных составляющих МДС якоря вдоль продольной и поперечной осей магнитный поток реакции якоря вдоль поперечной оси значительно меньше и составляет, примерно, 60 % от потока вдоль продольной оси.

11.19. Индуктивное сопротивление синхронной машины

Результирующий магнитный поток машины условно можно разделить на три составляющие: основной магнитный поток , поток рассеяния и поток реак­ции якоря . Основной магнитный поток наводит в обмотке статора ЭДС . Эта ЭДС представлена характеристикой холостого хода (рис. 11.20). Потоки и создаются током статора и пропорциональны ему. В обмотке статора эти потоки наводят ЭДС самоиндукции

,

где – индуктивность рассеяния и индуктивность реакции якоря.

В расчетах ЭДС и учитываются как падения напряжений на индуктив­ном сопротивлении рассеяния и на индуктивном сопротивле­нии реакции якоря . Сумму сопротивлений называют синхронным индуктивным сопротивлением. Такое определение соответствует неявнополюсным машинам. Для явнополюсных ма­шин этот параметр разделяют по осям и различают индексами – продольное син­хронное индуктивное сопротивление , поперечное синхронное индуктивное сопротивление , причем .

Синхронное индуктивное сопротивление в сотни раз больше активного сопротивления обмотки статора. В дальнейшем будем считать R = 0 и исполь­зовать параметр .

11.20. Схема замещения и упрощенная векторная диаграмма
ЭДС и МДС синхронного генератора

Схема замещения синхронного генератора с учетом принятых допущений представлена на рис. 11.22 в виде источника ЭДС с внутренним сопротивле­нием . Сопротивление нагрузки .

Уравнение цепи по второму закону Кирхгофа

.

Отсюда напряжение

. (11.52)

. (11.53)

Уравнениям (11.52) и (11.53) соответствует вектор­ная

диаграмма ЭДС на рис. 11.23.

Рис. 11.23

Ток статора отстает от ЭДС на угол , определяемый соотношением индуктивных и ак­тивных сопротивлений

.

Сдвиг вектора тока по отношению к вектору напряжения определяется па­раметрами нагрузки

.

Взаимосвязь векторов и осуществляется через вектор падения напря­жения , который строится под углом 90° к вектору . На этом же ри­сунке построена векторная диаграмма МДС. Вектор МДС ротора опережает вектор на 90°, вектор МДС якоря , приведенный к ротору, совпадает по фазе с током , а результирующая МДС опережает вектор напряжения на 90°.

Из диаграмм МДС и ЭДС следует, что режим работы синхронного генера­тора характеризуется углом между вектором напряжения и ЭДС и равным ему углом между результирующим магнитным потоком и потоком ро­тора . Это означает, что у генератора полюсы ротора вращаются впереди полюсов поля статора с опережением на угол .

11.21. Характеристики синхронного генератора при автономной
работе

Характеристика холостого хода была рассмотрена в параграфе 11.17.

Характеристика короткого замыкания представляет собой зависимость при U = 0 и . При допущении R = 0 из (11.52) следует, что ток короткого замыкания является чисто индуктивным и по модулю равен

. (11.54)

При коротком замыкании реакция якоря является размагничиваю­щий, результирующий магнитный поток мал, магнитная цепь ненасыщена и характеристика короткого замыкания прямолинейна (рис. 11.24).

Следует отметить, что в (11.54) и числитель и знаменатель пропорцио­нальны частоте вращения и поэтому характеристики короткого замыкания не зависят от частоты вращения, за исключением малых скоростей, когда оказывает влияние активное сопротивление обмотки статора.

Внешняя характеристика. Это зависимость напряжения генератора от тока нагрузки при , . Если принять на­чальное напряжение , то вид внешних характеристик будет соответство­вать рис. 11.25. При активно-индуктивной нагрузке ( < 1) поток реакции якоря размагничивает машину и напряжение уменьшается с увеличением тока на­грузки по кривой 1. При активной нагрузке ( = 1,0) поперечная реакция якоря также вызывает уменьшение напряжения (кривая 2). При активно-емко­стной нагрузке продольная намагничивающая реакция увеличивает ЭДС , следовательно, и напряжение (кривая 3).

  Рис. 11.24 Рис. 11.25

Регулировочная характеристика представляет собой зависимость при , , . Вид семейства регулировочных характери­стик показан на рис. 11.26, а их физический смысл объясняется действием ре­акции якоря при различном характере нагрузки. Обычно номинальным режи­мом работы генератора является = 0,8 (при индуктивной нагрузке). В этом случае для поддержания при переходе от холостого хода ( ) к номинальной нагрузке ( ) необходимо увеличить ток возбуждения в 1,7...2,2 раза.

11.22. Параллельная работа синхронного генератора с сетью

Рис. 11.26

Электрическая система большой мощности по отношению к генератору может быть представлена источником с неизменным напряжением. Режим ра­боты генератора можно проанализировать с помощью векторной диаграммы (рис. 11.23).

Мощность генератора

.

Путем преобразований можно доказать, что мощность синхронного генератора

.

Электромагнитный момент

,

где или . (11.55)

Так как , то мощность и электромагнитный момент генератора при постоянном токе возбуждения зависят только от угла . Эта зави­симость синусоидальна и называется угловой характеристикой синхрон­ного генератора (рис. 11.27). При увеличении момента на валу первичного двигателя генератор от­дает в сеть большую мощность. Предельным значением является момент и мощность при = 90°, после чего генератор выпадает из синхронизма.

 

Рис. 11.27

 

Максимальные мощность и момент ; .

Рис. 11.28

Следовательно, регулиро­вать активную мощность генера­тора можно за счет первичного двигателя. Регулирование реактивной мощности гене­ратора осуществляется изменением тока возбуждения.

На рис. 11.28 показаны зави­симости тока статора от тока возбуждения, называемые U-образными характеристиками. Минимум тока статора соответст­вует активной нагрузке ( = 1,0). Перевозбуждение генератора означает гене­рирование реактивной мощности, невозбуждение – емкостный режим на­грузки.

Включение синхронного генератора на параллельную работу является от­ветственной операций и требует соблюдения следующих условий:

– напряжение включаемого генератора должно быть равно напряжению сети;

– частота генератора должна быть равной частоте сети;

Рис. 11.28

– чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково;

– напряжения генератора и сети должны быть в фазе.

Для соблюдения этих условий применяют различные схемы синхронизации.

11.23. Работа синхронной машины в режиме синхронного двигателя

В отличие от синхронного генератора в синхронном двигателе ось полюсов ротора отстает от оси полюсов вращающегося магнитного поля статора на угол и электромагнитный момент определяется по уравнению (11.55). Уравнения электрического баланса аналогичны режиму генератора. Поэтому генератор и двигатель характеризуются общими закономерностями.

Активная мощность синхронного двигателя зависит от тормозного мо­мента на валу. При этом ЭДС отстает от напряжения на угол . Предель­ным моментом является наибольший электромагнитный момент, за которым синхронный режим нарушается.

Реактивная мощность синхронного двигателя регулируется изменением тока возбуждения. При недовозбуждении реактивная мощность имеет индук­тивный характер, при перевозбуждении – емкостный.

11.24. Синхронные автотракторные генераторы

В настоящее время широко применяют трехфазные синхронные генера­торы для электропитания бортовых приборов мобильных машин. Имеются несколько моди­фикаций их исполнения.

11.24.1. Вентильные генераторы с клювообразным ротором

Вентильный генератор (рис. 11.29) представляет собой синхронную ма­шину, имеющую ротор клювообразного типа, обмотку возбуждения, статор с малым числом пазов на фазу и станину. Принципиальная схема генератора с трехфазной мостовой схемой выпрямителя приведена на рис. 11.30.

Рис. 11.29

Рис. 11.30

11.24.2. Вентильные генераторы индукторного типа

Вентильные генераторы индукторного типа являются бесконтактными. Прин­цип действия показан на рис. 11.31 и 11.32. При вращении ротора положе­ние его зубцов по отношению к зубцам статора изменяется и магнитный поток пе­риодически изменяется от максимального до минимального значения. В витках ка­тушки статора индуктируется переменная ЭДС с частотой, пропорциональной час­тоте ротора

,

где – амплитудное значение ЭДС, – число витков в катушке и – число последовательно включенных катушек.

Действующее значение ЭДС фазы

,

Рис. 11.31 Рис. 11.32

где – число зубцов ротора.

Индукторные генераторы разделяют на аксиально-возбуждаемые (ка­тушки возбуждения расположены вдоль оси машины) и радиально-возбуждае­мые (катушки возбуждения расположены вдоль радиусов машины). В любом исполнении в синхронном индукторном генераторе обмотки якоря и возбужде­ния расположены неподвижно, т.е. не требуется подвижных контактов.

11.24.3. Автотракторные генераторы переменного тока
с постоянными магнитами

Генераторы переменного тока с постоянными магнитами представляют собой синхронные бесконтактные электрические машины с возбуждением от постоянных магнитов. Они надежны в работе, обладают высоким КПД, малой инерционностью, имеют малые помехи радиоприему. К недостаткам этих гене­раторов относятся высокая стоимость, масса и габаритные размеры, большой разброс характеристик, нестабильность выходных параметров, трудность регу­лирования напряжения при изменении частоты вращения ротора и нагрузки.

Автомобили и тракторы имеют различные приборы, которые работают независимо один от другого. Для ограничения влияния изменения сопротивле­ния нагрузки на напряжение генератора его электрические и магнитные цепи выполняют независимыми (рис. 11.33).

Рис. 11.33

Генератор, схема которого приведена на рис. 11.33 а, исключает взаимное влияние цепей и по существу соответствует трем генераторам с общим ротором. Разде­ление магнитных цепей неэффективено с точки зрения использования магнито­провода генератора. Поэтому в реальных машинах разделяют только электриче­ские цепи (рис. 11.33 б).

 

 

 








Date: 2015-09-05; view: 1053; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2017 year. (0.032 sec.) - Пожаловаться на публикацию