Касаткин А.С., Немцов М.В. Курс электротехники (2005) (1021859), страница 79
Текст из файла (страница 79)
! 5.3, а). Так как при этом результирующее магнитное ноле, создаваемое наложеннел1 магнитных полей токов в обмотках ротора и статора, измените~, то ток в обмотках статора также изменится, Взаимодействие этого тока с магнитным полем ротора создает тормозной момент, действующий на ротор. Это и означает преобразование энергии механического движения первичного двигателя в электрическую энергию генератора. Магнитные полюсы ротора будут как бы тянуть за собой магнитные полюсы статора. Если приложить к валу маслины вместо вращающего тормозной момент механической нагрузки, то ось полюсов ротора повернется на некоторый угол у относительно осн полюсов статора против направления вращения (рис.
15.3, б) Вновь изменятся зокн в обмотках статора и возникнут электромагнитные силы взаимодействия токов обмоток статора и магнитного поля ротора, но на этот раз эти силы будуз стремиться увлечь ротор в направлении вранюния. Электромагнитные силы создадут теперь враиювацнй моменм прн посредстве которого электрическая энергия сети преобразуетсн в механнческун1 на валу машины, т е. синхронная мапьчна переходи~ в режим двигателя. 470 Синхро1п1ая машинз работает в режиме генератора или двигателя в зависимости от механического воздействия на взл машины, причем электромагнитные силы играют роль своеобразной упругой связи ме хсцу ротором и стато ром. 1В.ч УРАВНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ФАЗЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Магнитное поле нмруженной синхронной машины возбуждается не только постояшсым током в обмотке ротора, но и переменными токами в фзэных обмотках статора (якоря), Следовательно, в син.
хронных машинах, как и в машинах постоянного тока (см. й 13.6), имеет место реакция якоря . воэцействие МДС якоря на главное магнитное иоле машины. Физически в синхронной мацгнне су1цествует лишь одно результирую. щее поле, складывающееся из постоянного мзп1итного поля вращающегося с угловой скоростью ьэ роторз, магнитного поля рассеяния статорз (см. рис. !4.!3) и врапююшегося синхронно с ротором магнитного поля реакции якоря По, пренебрегая влиянием гистереэисз и насыщения магнитопроводз (пинейцзя цепь), целесообразно рассматривать эти мап<итные поля кзк сушеству1ощие независимо друг от прута, соэда1ошие с фзэпой обмоткой стзтора независимые потоко.
сцепления и индуктирующие в ней соответствующие ЭДС [сы. (2.33)]. Прп этом длл анализа процессов в синхронной мзцшне лчожно воспольэовзться комплекснылс ме годом. В нагруженном синхронном генераторе потокосцепление поля рого. рз с фзэной обмоткой статорз йг„(см. (!4.!Об)) инцукгирует в ней ЭДС 1. о — !' ос фа, (!5.2а) равпу1о Э))С лолостс>го хоцз, потокоснсплспие рассеяния сР , ипцуктирует ЭДС (15 Эб) где г' — ток в обмотке статора; х — индуктивное сопротивление рзс рассеяния, и, наконец, потокоспе1ш ние реакции якоря Ф инпуктирует в обмотке статора ЭДС (!5.2в) Е =. -узсср „= — )х с', 1це х — индуктивное сапроп1влсние якоря. Прн тзком истолкова1пш пропессов ЭПС Гз, инцукгируемзя в фаз. ной обмотке потокосцеплением фс, равна сумме напряжений /х (, рас ' /л ) и г г' нз инцуктивпых л и х и зктпвном г сопротивлениях Я з 'рзс ч я 411 фазной обмотки и напряжения межлу выводами фазной обмотки синхронного генератора ст.
Следовательно, уравнение электрического состояния фазы статора синхронного генератора записывается в виде Ео = () + ( г„+ / (х ос + х„)~11 = () + (г, + /х)1, (15.3) где х + х =х — индуктивное сопротивление фазной обмотки статорнс и рз, назьваемое синхриш>ым реактивным (индуктивным) сопротивлением, У синхронной машины с ненасыщенным мзгнитопроводом это— относительно постоянная величина, Падение напряжения на синхронном реактивном сопротивлении х1 в неявнополюсных синхронных машинах составляет при номинальной нагрузке до 20 б номинального фазного напрнжения.
Значительное синхронное реактивное сопротивление полезно, так как в случаях ко. ротких замыкзний между выходными выводами генератора оно ограничивает ток. Активное сопротивление фаэной обмотки статора весьма мало. Обычно падение напряжения на активном сопротивлении фазной обмотки прн номинальной нагрузке составляет для генераторов больш>й мощности 1 — 2>н номинального фазного напряженна. В большинстве расчетов им можно поэтому пренебречь; будем учитывать его лишь в некоторых случаях 1Б.Ь. СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ И ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА ФАЗЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Уравнению электрического состояния фазы статора синхронного генератора (15.3) соответствуег схема замещения на рис, 15.4,а, Построим векторную днаграмлту фазы синхронного генератора.
В качестве исходного выберем вектор магнитного потокосцепления фо (направлен влево по оси абсцисс нз рис. 15.4, б). Вектор ЗДС Ео, индуктируемой потокосцеплением ф,, отстает от вектора ф, на 90'. Вектор тока статора (якоря) 7 отстает от Ео на угол 1оо, определяемый соотношением реактивных и активных сопротивлений: хн х ч>о = атство т + г н н (15.4) тле х и г — индуктивное и активное сон н противления цепи нагрузки генератора. Вектор напрнжения г 2 совпадает по 1 н фазе с вектором тока т>, а вектор напряженна ухУ опережает этот вектор на 90'.
Чтобы определить положение вектора нанря>кения ()между выводами фазной обмотки а) Гн~ 1З 4 472 генератора, вычтем из вектора 1;и сумму вскгоров цаприжений ца ак. тивиом и реактивном сопротивлениях фззцой обмотки: (/ = Еп -ух!— — г 1. Сосципив концы векторов Ее и (), получим грсугольпик напра. жепий на активном и индуктивном сопротивлениях фазы генератора с гипотецузой 2 1.
Отметим, что для паглнщюсги диаграммы преуве. личепа длина вектора напряжения г 1, в тв,в, знеРГетическии БАЛАнс и кпд синхРОннОГО ГенеРАтОРА Энергетический баланс синхронного генератора можно пояснить при помощи сто векторпой диаграммы (рис. !5.4, б). Спроектировал вектор Е, и его составляющие пз направление вектора тока 1, запишем активную сосщвляюшую ЭЛС Епсоафа = г 1 ь (7соаф в (15,5) Это уравнение умпожим па действующее зпзчецис тока 1 и таким путем преобразуем (15 5) в урзвне|пге активных электрических мощностей однои фазы генератора; Еп1созэпе = Г 1 + Исозчг, (15 6а) и гщя генератора ЗЕе1соз,р = Зг 1' + З(71 соя р.
(15.66) 473 Уравнение (15 6б) показываег, что электрическая мощность статора Р склзцывзется из могцпости потерь в проводах Р и электрическои с пр мощности Р, с когорой генератор отдает энергию в сеть,т с. Р =Р + эс пр + Р Ио кроме мощности гщтсрь в проводах н генераторе имеют место еше ьюшпость механических потерь Р и мощность потерь из-за гии стерезисз и вихревых токов в электротехнической стали Р статора и с полюсных башмаков. Из уравнения (15.65) видно, что мощность этих потерь покрывается не за счет электрической мощности, а непосредственно зз счет механической мощности первичного двигателя.
Соответствующая эиергезическая диаграмма синхронного генератора показана па рис. 15.5. Кроме того, в синхронном генераторе имеют место потери эпергии ца возбуждение, Моцшость потерь на возбуждение генератора равна мощности источника постоянного тока возбудителя Р и состав- ВОЗ ляет примерно 0,3 — 1Рп номинальной мощности генераторов, Мощность всех потерь энергии в генераторе делится иа мощность постоянных потерь, почти не зависящую от пзгрузки, и мощность переменных потерь, изменяющуюся в зависимости от нагрузки, Мощность постоянных потерь Рп„, равна сумме мощностей потерь механических Р „, возбуждения Р и в электротехнической стали Р, мощность переменных по- ВОЗ с' терь Р равна мощности потерь в проводах. пер Электрическая мощность генератора, выраженная через фазные напряжения и ток, Р = ЗИсоя54 при одном и том же токе зависит от соа5Р нагрузки, По сечения проводов обмоток генератора рассчитываются на определешюе значение тока, а его изоляция и сечение магнипюй цепи — на определенное напряжение (7, следовательно, эти величины выбираются не)ависимо ог соя д нагрузки.
По этой причине подобно трансформаторам йомшмльной л<ошносгью генератора считается его полная могщ4ость 8 = ЗИ, измеряемая в киловольт-амперах. Бьщо бы нецелесообразно соединять генератор с турбиной, рассчитанной на его полную мопщость Я (деленную на его КПД), так как почти нсегда соа р ( 1. Поэтому турбина к генератору обычно имеет несколько меньшую мощность, чем полная мощность генератора (например, из расчета соа 55 = 0,8) . Мощность генератора пропорциональна его линейным размерам в четвертой степегш, так что с увеличением номинальной мощности генератора уменьшается поверхность охлаждения, приходящаяся на единицу мощности, и приходится создавать усиленное охлаждение искусственным путем посредством вентиляции машины. В крупных турбогенераторах количество воздуха, необходимого для вентиляции, весьма велико.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
