Электротехника Касаткин (967630), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Электромагнитные силы создадут теперь вращаяаций момент, при посредстве которого электрическая энергия сети преобразуется в механическую на валу машины, т. е. синхронная машина переходит в режим двмгателя. 470 Синхронная машина работает в режиме генератора ипи двигателя в зависимости от механического воздействия на вал машины, причем электромагнитные силы играют роль своеобразной упругой связи между ротором и статором. те.а. уРАВнение электРическОГО состояния ФАзы СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Е, = -1со'Ре, (15.2а) равную ЗДС холостого хода, потокосцеплезне рассеяния ф „индукти. рует ЭДС Е = -!'ьМ' = — ух,1, рсс ряс ряс (15.2б) где 1 — ток в обмотке статора; х — индуктивное сопротивление ряс рассеяния, н, наконец, потокосцепление реакции якоря ф „инлуктн.
рует в обмотке статора ЭДС Е = -1орР = -1х 1, ря ря я (15.2в) где хя — индуктивное сопротивление якоря, Прй таком истолковании процессов ЭДС Ее, индуктируемая в фаз. ной обмотке потокосцеплением че, равна сумме напряжений 1х 1 рас ' ух 1 н г 1 на индуктивных х, и х н активном г сопротивлениях я я ряс 'я в 47! Магнитное лоле нагруженной синхронной машины возбухстается не только постоянным током в обмотке ротора„но и переменными токами в фазных обмотках статора (якоря). Следовательно, в синхронных машинах, как и в машинах постоянного тока (см. $ 13.6), имеет место реакция якоря — воздействие МДС якоря на главное магнитное поле машины. Физически в синхронной машине существует лишь одно результирующее поле, складывающееся из постоянного магнитного поля врюцающегося с угловой скоростью со ротора, магнитного поля рассеяния статора (см.
рис. 14,13) н вращающегося синхронно с ротором магнитного поля реакции якоря По, пренебрегая влиянием гистерезиса и насьацення магнитопровода (линейная цепь), целесообразно рассматривать эти магнитные поля как существующие независимо друг от друга, создающие с фазной обмоткой статора независимые потокосцепления и нндуктируюшие в ней соответствующие ЭДС [см. (2.33) [, При этом для анализа процессов в синхронной машине можно воспользоваться комплексным методом. В нагрухюнном синхронном генераторе потокосцепление поля ротора с фазной обмоткой статора Ре [см.
(14306)1 индуктирует в ней ЭДС фазной обмотки н напряжения между вьаодами фазной обмотки синхронного генератора К Следовательно, уравнение электрического состояния фазы статора синхронного генератора записывается в виде Е.=и (.„1(х,вс+ „)у=и+ (,+()У', (15.3) где х, + х =х — индуктивное сопротивление фазной обмотки статоРвв в ра, называемое синхронным реактивным (инлуктивным) сопротивлением У синхронной машины с ненасыщенным магнитопроводом зто— относительно постоянная величина. Падение напряжения на синхронном реактивном сопротивлении хl в неявнополюсных синхронных машинах составляет прн номинальной нагрузке до 20% номинального фаэного напряжения.
Значительное синхронное реактивное сопротивление полезно, так как в случаях коротких замыканий между выходными выводами генератора оно ограничивает ток, Активное сопротивление фазной обмотки статора весьма мало. Обычно падение напряжения на активном сопротивлении фаэ. ной обмотки прн номинальной нагрузке составляет для генераторов больлюй мощности 1-2% номн1алы1ого фаэного напряжения. В большинстве расчетов нм можно поэтому пренебречь; будем учитывать его лишь в некоторых случаях.
1Б.В. СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ И ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА ФАЗЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА где к„и г„— индуктивное и активное сопротивленйя цепи нагрузки генератора. Вектор напряжения г 1 совпадает по фазе с вектором тока 1, а вектор напряжения 7к! опережаег этот вектор на 90'. Чтобы определить положение вектора напра. ження Умежду выводами фазной обмотки Гас!5.4 472 Уравнению электрического состояния фазы статора синхронного генератора (15.3) соответствует схема замещения на рнс. 15.4,а. Построим векторную диаграмму фазы синхронного генератора, В качестве исходного выберем вектор магнитного потокосцепленря Фе (направлен влево по оси абсцисс на рис. 15,4, 6). Вектор ЭЛС Ее, инцуктируемой потокосцеплением фв, отстает от вектора Рв на 90', Вектор тока статора (якоря) т' отстает от Ее на угол рв, определяемый соотношением реактивных и активных сопротивлений: кн рв = агсгй —" (15.4) 1 к +Г в и генератора, вычтем нз вектора Ес сумму векторов напряжений на ак.
тнвном и реактивном сопротивлениях фаэной обмотки: У=Ее -1х1— — «1, Соединив концы векторов Ес и У, получим треугольник напряжений на активном и индуктивном сопротивлениях фазы генератора с гипотенуэой Е б1. Отметим, что для наглядности диаграммы преувеличена длина вектора напряжения « 1. в тб,б. энеРГетический БАлАнс и клд синхРОннОГО ГенеРАтОРА Энергетический баланс синхронного генератора можно пояснить при помощи его векторной диаграммы (рис. 15,4, б), Спроектирован вектор Ес и его составляющие на направление вектора тока 1, запишем активную составляющую ЭЛС: (15,5) Е,сов ус = «1 + Усов у. в Это уравнение умножим на действующее значение тока 1 и таким путем преобразуем (15.5) в уравнение активных электрических мощностей одной фазы генератора; Ес1сов у„= «,1' + Исав у, (15.6а) и ичя генератора ЗЕс1 сов у = З«1' + ЗИ сов у, (! 5.6б) Уравнение (15.66) показывает, что электрическая мощность статора Р складывается из мощности потерь в проводах Р„и электрической в.с РР мощности Р, с которой генератор отдает энергию в сеть, т, с.
Рв с =Р„„+ + Р, Ио кроме мощности цотерь в проводах в генераторе имеют место еще мнцность механических потерь Р „и мощность потерь нз-за гим.п стерезиса и вихревых токов в электротехнической стали Р статора н с полюсных башмаков. Из уравнения !15.65; видно, что мощность этих потерь покрывается не за счет электрической мощности, а непосредственна за счет механической мощности первичного двигателя. Соответствующая элер«всяческая диаграмма синхронного генератора показана на рис.
15.5. Кроме того, в синхронном генераторе имеют место потери энергии на возбуждение Мощность потерь на возбуждение генератора равна мощности источника постоянного тока возбудителя Р и составвсз ляет примерна О,З вЂ” 1% номинальной мощности генераторов. Мощность всех потерь энергии в генераторе делится на мощность постоянных потерь, почти не зависящую от нагрузки, и мощность переменных потерь, изменяющуюся в зависимости ат нагрузки.
Мощность постоянных потерь Р„, равна сумме мощностей потерь механических Р„„, возбуждения Р „, и в электротехнической стали Р, мощность переменных по- верь Р равна мощности потерь в проводах. вср 473 П = ЗШсоатз(ЗШсоэ'Р + Расст + пе (15.7) 1 Риса Ъ Ргл Р ЗУЕси Рис. 15.5 Рис.
15.6 474 Электрическая мощность генератора, выраженная через фазные напряжения и ток, Р = ЗИссю р при одном и том же токе зависит от соа Р нагрузки. Но сечения проводов обмоток генератора рассчитываются на определенное значение тока, а его изоляция и сечение магнитной цепи — на определенное напряжение ЕЕ, следовательно, зти величины выбираются независимо от соз77 нагрузки. По этой причине подобно трансформаторам )сс(иинальиой мощностью генератора считается его полная мощность Я = ЗИ, измеряемая в кшшвольт-амперах. Было бы нецелесообразно соединять генератор с турбиной„рассчитанной на его полную мощность Я (деленную на его КПЛ), так как почти всегда сову ( 1, Поэтому турбина к генератору обычно имеет несколько меньшую мощность, чем полная мощность генератора (например, из расчета соа с7 =0,8).
Мощность генератора пропорциональна его линейным размерам в четвертой степени, так что с увеличением номинальной мощности генератора уменьшается поверхность охлаждения, приходящаяся на едищщу мощности, и приходится создавать усиленное охлаждение искусственным путем посредством вентиляции машины. В крупных турбогенераторах количество воздуха, необходимого для вентиляции, весьма велико. В час дпя охлаждения машины требуется примерно столько воздуха, сколько весит сама машина, Для генераторов мощностью более 25000 кВ А обычно применяется водородное охлаждение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
