Методичка по Электротехнике № 1596 (984754), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В пазах 2 статора, размещаются проводники 4 обмотки статора. На роторе располагается обмотка возбуждения 4', которая питается постоянным током через контактные кольца 5. Она создает магнитный поток, который вращается вместе с ротором. Эту часть синхронной машины называют также индуктором.
Турбогенераторы 1рис. 1а) применяются как машины большой мои~ности с частотой вращения 3000 осмин и более. Машины с явновыраженными полюсами ограничены по мощности (2000+3000 кйт) и по частоте вращения (и<1000 об/мин) из-за недостаточной механической прочности. Однако из-за простоты конструкции 1не требуется кованный ротор, вместо фрезерования фигурных пазов-штамповка и др,) получили широкое распространение на автомобилях с электрической трансмиссией. Питание обмотки возбуждения осуществляется с помощью самовозбуждения от остаточного намагничивания (по типу генераторов постоянного тока) и выпрямления переменного тока через выпрямители. Однако требуется более высокое остаточное напря>кение, чтобы преодолеть начальный порог напряжения выпрямителей.
С этой целью в ротор закладывают листы стали с повышенной коэрцитивной силой. Эта система обеспечивает также автоматическое поддержание постоянства напряжения с высокой точностью. В основу работы синхронного генератора положено явление электромагнитной индукции, При вращении ротора магнитные силовые линии пересекают проводники статора (якоря) и наводят в этой обмотке ЭДС е=В„Ю (2) где В, — радиальная составляющая магнитной индукции в воздушном зазоре„1 — активная длина проводнике, У— скорость движения магнитного поля относительно проводника. Максимальное отклонение кривой ЭДС от синусоиды не должно превышать 5%, так как высшие гармоники вызывают помехи радиоприему и дополнительные потери. Это достигается за счет укорочения шага обмотки и ее равномерного распределения, что несколько снижает основную гармонику (обычно на 3+6%), но очень сильновыспще гармоники.
Рис 2. Для учета указанных факторов в формулу (2) для ЭДС вводят обмоточные коэффициенты К,в < 1. Применяегся также неравномерный воздушный зазор путем создания соответствующей формы полюсных наконечников для машин с явновыражеиными полюсами и соответствующего распределения обмотки возбуждения вдоль окружности ротора для турб>о> енераторов.
На практике, как правило, используются трехфазные синхронные машины путем выполнения обмотки статора трехфазной. Соединение этой обмотки может быть выполнено звездой или треугольником. В каждой фазе обмотки статора наводится ЭДС, частота которой, как следует из (1): рп Х = бО (3) каждой фазы обмотки статора Значение ЭДС определяется: (4) Где К„ц — обмоточный коэффициент обмотки статора (якоря), % — число витков в фазе обмотки, Ф„, — амплитудное значение мапштного потока одной пары полюсов индуктора, Одной нз важнейших характеристик СМ является харакгеристика холостого хода (х.х х.), под которой понимается зависимость ЭДС машины Е от тока возбуждения 1„при отключенной цепи нагрузки 1=О.
Она снимается при постоянной частоте вращения п=сопз1 и соответственно постоянной частоте тока ~ = сшм~ . Опытная х.х.х. синхронного генератора (рис. 2) имеет две ветви, что обусловлено влиянием гистерезиса. В современных машинах характеристика холостого хода часто представляется усредненной кривой. На начальном участке х.хх с увеличением тока возбуждения 1„ЭДС синхронного генератора Е возрастает почти по линейному закону. Затем происходит насьпцение магнитной системы машины, нарастание магнитного потока и ЭДС снижается. В ненасыщенной машине можно плавно и в широких пределах регулировать напряжение, что особенно важно в управляемых системах. Однако при этом возрастаег масса и размеры СМ. В насыщенной машине ре>улирование цапрян<ения возмо>кно только в небольших пределах, но машина будет меньше по габаритам и массе, чем ненасыщенная.
Обычно машины строят с насыщением в зоне «Колена» кривой х.х.х., где сочетаются свойства указанных типов машин. Внешней характеристикой называется зависимость напряжения 1) от тока нагрузки статора 1 при 1,=соиа1, и=сопа1 и соз(р=сопз1. При этом СМ работает в качестве генератора, преобразуя механическую энергию, получаемую от первичного двигателя, в электрическую.
ЭДС и ток нагрузки име>от сдвиг по фазе на угол 1~!. На рис. 3 показана векторная диаграмма для одной фазы явнополюсного синхронно> о ~енератора (диаграмма Блонделя) для активно- индуктивной нагрузки (ц»0) На этой диаграмме обозначены: Ец — ЭДС холостого хода, индуктируемая магнитным потоком полюсов при отсугствии нагрузки, У вЂ” напряжение на зажимах генератора; Хц— синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси; Хц — тот же по поперечной оси; 1а, 1 — составляющие тока статора по этим осям, причем 4=1соя р Разность между ЭДС Ец и напряжением 1) определяется величиной 1, характером нагрузки (углом >р), параметрами ха, х„, сопротивление обмотки статора К.
Однако й очень мало и допустимо принять К=О. Если 1=О, то 1)=Ел, т.е. напряжение генератора равно ЭДС холостого хода. С целью упрощения рассмотрим синхронный генератор неявнополюсный (турбогенератор), полагая также 11:=О. В этом случае векторная диаграмма существенно упрощается, так как ха=хч=х. Для одной фазы она показана на рис.
4. Из этой диаграммы видно, что вектор ЭДС Кв опережает вектор напряжения 1> не зажимах генератора на угол О, С увеличением тока нагрузки 0 возрастает, вследствие чего угол В называется углом нагрузки СМ. Из физической картины процессов в машине можно установить, что это угол при отсчете по внутренней окружности статора между осью полюсов ротора и осью вращающегося магнитного поля, создаваемого трехфазной обмоткой статора.
Математическое выражение для внешней характеристики можно получить, используя векторные диаграммы. Для явнополюсной машины: У = Е о — уУ~х~ — у'1~х,-1Л. (5) Для неявнополюсной машины (турбогенератор): У = Е о - / 1 х — У Л (6) Из этих выражений видно, что при отсутствии тока (У = О, ! а = О, У > — — 0) падение напряжения в обмотках генератора равно нулю, при этом У = Е0, т.е.
из выражений (5), (6) следует, что при отсутствии регулирования (1,=сопят, Ев=сопз1) с увеличением тока нагрузки происходит снижение напряжения П на за>кимах генератора. Однако снижение напря>кения происходит из-за реакции якоря, т.е. влияния магнитного потока обмотки статора (якоря ) на основной магнитный поток машины. Это видно из векторной диаграммы рис.
3. С увеличение угла р и соответственно >р, т.е, при возрастании индуктивной нагрузки прн том же значении тока 1 возрастает его составляющая 1а и величина !аха, что вызывает резкое падение напря>кения. Это связано с продольно-размагничивающей реакцией якоря, которая при индуктивной нагрузке размагничивает машину. Если нагрузка имеет емкостной харакгер, то происходит подмагничивание машины и напряжение с увеличение нагрузки может даже возрасти или снижение его будет меньше, чем при активной нагрузке. На рис. 5 показаны кривые внешней характеристики синхронного генератора. а, б. С увеличением ток статора 1 напряжение П при соз<р=1 (кривая 1) уменьшается за счет падеши напряжения в обмотке статора.
Если нагрузка активно-индуктивная (свар<1, ср>0, кривые 2 и 2'), то падение напряжения более интенсивно за счет продольно-размагничивающей реакции якоря. Иногда это падение Б может достигать (20-30)%, что совершенно недопустимо, и должна быть предусмотрена бы ~стродействующая форсировка возбуждения, чтобы скомпенсировать размагничивание машины. При активноемкостной нагрузке (соку<1, <р<0, кривые 3,3') напряжение может даже возрасти за счет подмагничиванпя машины и увеличения магнитного потока и ЭДС. На практике, как правило, требуется, чтобы при изменяющейся нагрузке напряжение Б=сопз1. С этой целью применяют регулирование тока возбуждения ?„так как с изменением 1„изменяется магнитный поток ЭпС л а следовательно, и напряжение не зажимах генератора. Эта характеристика снимается при постоянной частоте вращения н=сопз1, соз~р=сопз1 и Б=сопз1.
Регулировочные характеристики представлены на рис. б. Онп являются как бы зеркальным отображением внешних характеристик, так как, чем больше падение напряжения, тем больше требуется увеличивать ток возбуждения для обеспечения постоянства Г При этом кривая 1 построена для нагрузки с соз~р=1, кривая 2 и 2' — для соз<р<1, ~р>0 (активно-индуктивной нагрузки), кривые 3 и 3' — активно-емкостной нагрузки (созср<1, ср<0). данным регулировочной характеристики определяют значение регулировочного сопротивления в цепи возбуждения, а также выбирают типы и предельные значения показаний приборов. Синхронизация — это процесс включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью или параллельно с другими генераторами. При этом вводимый в действие -49- синхронный генератор подсоединять к сети необходимо по строго определенным правилам.
Иначе в момент включения напряжение синхронного генератора Иг может значительно отличаться от напряжения сети Иг и эта разность потенциалов (рис. 7а) может привести к появлению большого уравнительного тока в статоре. При взаимодействии больших токов в статоре с основным магнитным потоком возникают большие электромагнитные силы, которые могут вызвать деформацию (повреждение) обмоток и выход машины из строя.
Синхронизация предполагает создание условий, при которых допустимо включение синхронной машины в сеть. В результате этого процесса синусоида напряжения сети Ио при включении должна совпадать или отличаться незначительно от синусоиды напряжения синхронного генератора Иг (рис.76). В этом случае не возникнут илн будут незначительными по величине уравнительные токи. Для обеспечения синхронизации необходимо выполнить следующее: ! .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
