РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПОД НАГРУЗКОЙ
Если синхронный генератор не нагружен, т. е. работает вхолостую, то тока в обмотках статора нет. Магнитный поток полюсов, созданный током возбуждения, индуктирует в трехфазной обмотке статора э. д. с.
При нагрузке генератора в обмотке статора протекает ток. При симметричной нагрузке токи в фазах обмотки статора равны и сдвинуты на 1/3 периода. Токи статора создают вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого
т. е. магнитное поле, созданное токами в обмотке статора, вращается синхронно с магнитным полем полюсов.
В обмотке статора синхронного генератора создается э.д. с, величина которой зависит от магнитного потока полюсов. Если магнитный поток полюсов очень мал, то и э.д. с также мала. При увеличении магнитного потока возрастает и э. д. с. машины. Таким образом, при постоянной скорости вращения ротора э.д.с. пропорциональна магнитному потоку, который возбуждается постоянным током, протекающим по проводникам обмотки возбуждения. Если повысить ток в обмотке возбуждения, то возрастет и магнитный поток полюсов, что вызовет увеличение э. д. с. машины. Следовательно, изменение тока в обмотке возбуждения вызывает соответствующее изменение э. д. с. машины и позволяет регулировать напряжение на зажимах генератора.
Если синхронный генератор не нагружен (работает вхолостую), то тока в обмотках статора нет и напряжение на зажимах генератора равно э.д.с, индуктированной в обмотке статора.
При нагрузке генератора ток в обмотке статора не равен нулю и, следовательно, напряжение на зажимах генератора не равно э.д. с, так как в сопротивлении (активном и реактивном) обмотки статора возникает падение напряжения. Кроме того, токи, протекающие по обмоткам статора', создают поток реакции якоря, который воздействует на поток полюсов, так что при нагрузке магнитный поток не будет равен магнитному потоку полюсов при холостой Работе генератора. Поэтому изменение нагрузки, т. е. тока в статоре генератора, будет вызывать изменение напряжения на зажимах генератора в случае, если ток в обмотке возбуждения остается неизменным.
На рис. 128 изображены внешние характеристики синхронного генератора при активной и реактивной нагрузках. Эти характеристики показывают зависимость напряжения на зажимах генерал тора от тока нагрузки при неизменных скорости вращения ротора и токе возбуждения. Различный вид этих характеристик при активной, индуктивной и емкостной нагрузках объясняется не одинаковым воздействием поля реакции якоря на магнитный поток полюсов.
Любой приемник электрической энергии требует постоянства напряжения сети. Чтобы обеспечить постоянное напряжение сети при изменении нагрузки в синхронном генераторе, изменяют и ток возбуждения.
Зависимость, показывающая, каким образом необходимо изменить ток в обмотке возбуждения для того, чтобы при изменении нагрузки генератора напряжение на его зажимах оставалось неизменным, называется регулировочной характеристикой (рис. 129), При активной нагрузке увеличение тока в статоре вызывает незначительное понижение напряжения, так как реакция якоря незначительно уменьшает магнитный поток. При этой нагрузке требуется незначительно увеличить ток возбуждения для обеспечения постоянства напряжения. При индуктивной нагрузке создается продольное размагничивающее поле реакции якоря, уменьшающее поток полюсов. Поэтому, чтобы создать постоянство напряжения (т. е. для постоянства результирующего магнитного потока), необходимо более значительно увеличить ток возбуждения для компенсации размагничивающего поля реакции якоря. При емкостной нагрузке происходит усиление магнитного поля и для постоянства напряжения необходимо уменьшить ток возбуждения при увеличении тока в статоре.
Наиболее часто синхронные генераторы работают на общую мощную сеть электростанции или энергосистемы. Напряжение такой сети Uc частота тока в ней неизменны. Напряжение на зажимах генератора равно и противоположно напряжению сети Uг= —Uс.
Результирующее магнитное поле ФР статора, вращающееся с числом оборотов в пространстве, опережает напряжение Uг на 90° (рис. 130).
При неизменном напряжении сети UС амплитуда магнитного потока Фр результирующего магнитного поля статора также неизменна. При активной нагрузке генератора ток статора совпадает по фазе с напряжением Uг. Поток реакции якоря Фя совпадает по фазе с током I, так что вектор тока в статоре I в другом масштабе определит вектор Фя. Результирующий магнитный поток создается действием потока полюсов Фт и потока реакции якоря Фя и может быть представлен геометрической суммой этих магнитных потоков.
Изменение тока возбуждения генератора не вызывает изменения его активной мощности, так как мощность, потребляемая им от первичного двигателя, остается неизменной (вращающий момент первичного двигателя и скорость вращения постоянны). Поэтому активная составляющая тока статора постоянна и конец вектора I (Фя) находится на прямой АВ, параллельной горизонтальной оси. Если увеличить ток возбуждения, то увеличится поток полюсов Ф'т, вектор которого находится между прямой АВ и концом неизменного вектора Фр.
В этом случае изменится как по величине, так и по направлению вектор I ' и Ф'я, т. е. ток окажется отстающим по фазе от напряжения генератора.
При уменьшении тока возбуждения уменьшится также и потом полюсов Ф"т, что приведет к изменению тока в статоре I"(Ф"я) как по величине, так и по фазе. Таким образом, изменение тока возбуждения генератора, работающего на мощную сеть, вызывает изменение реактивной составляющей тока в статоре, т. е. изменяем реактивную мощность, вырабатываемую генератором.
Для изменения активной мощности необходимо изменить вращающий момент первичного двигателя, приводящего во вращение ротор синхронного генератора. Под действием вращающего момента первичного двигателя М1 ротор машины с помещенными на ней полюсами приводится во вращение с числом оборотов в минуту n. Результирующее поле статора вращается в том же направлении с числом оборотов n1 =n (рис. 131, а). Следовательно, поле полюсов и результирующее поле статора вращаются синхронно, оставаясь неподвижными друг относительно друга, и между этими полями устанавливается взаимодействие. Магнитные линии, растягиваясь стремятся приблизить поле ротора к полю статора, создавая электромагнитный тормозной момент Мэ, уравновешивающий момент первичного двигателя.
При равновесии момент М1=МЭ угол между осями магнитных полей в остается неизменным.
Если увеличить момент первичного двигателя М'1 (рис. 131, б), то он окажется больше тормозного, и ротор, получив некоторое ускорение, начнет перемещаться относительно поля статора, вращающегося с постоянной скоростью (частота тока сети постоянна). При этом угол между осями магнитных полей ротора и статора 61 увеличится, и магнитные линии, растягиваясь в большей степени, увеличат тормозной электромагнитный момент М'э так, что вновь восстановится равновесие моментов, т. е. М1 = Мэ. Для включения генератора в сеть необходимо:
1) одинаковое чередование фаз в сети и генераторе;
2) равенство напряжения сети и э. д. с. генератора;
3) равенство частот э. д. с. генератора и тока сети;
4) включать генератор в тот момент, когда э.д.с. генератора в каждой фазе направлена встречно напряжению сети.
Невыполнение этих условий ведет к тому, что в момент включения генератора в сеть возникают токи, которые могут оказаться большими и опасными для генератора. При включении генераторов в сеть используют специальные устройства — синхроноскопы. Простейшим синхроноскопом являются три лампы накаливания, включаемые между зажимами генератора и сети. Лампы должны быть рассчитаны на двойное напряжение сети и до включения генератора будут одновременно загораться и погасать.
В момент, когда э.д. с. генератора равна и направлена встречно напряжению сети, лампы погаснут, так как напряжение на лампе равно нулю. При погасании ламп замыканием рубильника генератор включается в сеть.
До включения генератора в сеть э.д.с. его измеряется вольтметром и регулированием тока возбуждения устанавливается равной напряжению сети. Частота э.д.с. генератора регулируется изменением скорости вращения первичного двигателя.
Дата добавления: 2021-04-21; просмотров: 255;