ЛЕКЦІЯ 39

5.2.4 ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРІВ

Властивості синхронних генераторів, як і генераторів постійного струму, визначаються їх характеристиками НХ, КЗ, зовнішніми та регулювальними.

Характеристики НХ. Ці характеристики уявляють собою залежність напруги на виході генератора в режимі НХ U₁ =Е₀ від струму збудження І_з0 при n = const. Такі характеристики знімаються за схемою (рис. 5.10, а) і уявляють собою: теоретичну криву намагнічування для матеріалів, з яких складається магнітне коло генератора – суцільна крива на (рис 5.10, б) та, показану пунктирною лінією, дослідну характеристику НХ, що зміщена вліво від теоретичної кривої: при струмі І_з0 = 0 ЕРС більша від нуля, тому що має місце ЕРС Е_зал = (2 – 3)%від номінальної напруги U_1ном, створена залишковим магнетизмом попереднього намагнічування. При цьому визначається струм збудження І_з0ном (рис. 5.10, б), який в досліді НХ створює на затискачах генератора номінальну напругу U_1ном.

Враховуючи, що магнітні системи всіх синхронних генераторів виконуються з одних і тих же матеріалів, їх характеристики НХ (побудовані у відносних одиницях Е_{0 *} = f (I_{з *}), де Е_{0 *} = = Е₀ / U_1ном, а І_{з *} = І_з / І_зном) будуть виражатись кривою, що називається нормальною характеристикою НХ, з такими значеннями:

Із *		0,5		1,5		2,5		3,5
Е0 * гг		0,53		1,23	1,30	-	-	-
Е0 * тг		0,58		1,21	1,33	1,4	1,45	1,51

Тут Е_{0 * гг} – ЕРС гідрогенератора, а Е_{0 * тг} – ЕРС турбогенератора.

Характеристики короткого замикання. Для трифазного генератора практичне значення має характеристика трифазного КЗ. Однофазне та двофазне КЗ проводяться, щоб порівняти струми різних КЗ. Досліди КЗ проводяться замкнувши одну, дві чи три фази (рис. 5.11, а) і, обертаючи ротор з частотою обертання n = n_ном, та поступово збільшуючи струм збудження так, щоб струм в обмотці статора не перевищував номінальний струм І_1ном більше, ніж на 25 % (І_1к < 1,25 I_1ном). При цьому основний магнітний потік буде досить малим, а магнітна система генератора ненасиченою, і ЕРС статора Е_к в кілька разів менша, ніж у робочому режимі генератора. З цієї причини характеристики КЗ уявляють прямі лінії, що проходять через початок координат (рис. 5.11, б).

Як уже відзначалось, активний опір обмотки статора R₁ у порівнянні з її індуктивним опором незначний, тому, знехтувавши ним (R₁ »0), можна вважати струм КЗ чисто індуктивним, а отже реакція якоря при КЗ поздовжньо-розмагнічувальна. Саме цим і поясняється менший струм трифазного КЗ, у порівнянні з однофазним та двофазним КЗ (рис. 5.11, б). При трифазному КЗ розмагнічується уся магнітна система, тоді як при інших – лише її частина (1/3 при однофазному і 2/3 при двофазному), а це, в свою чергу, зменшує ЕРС Е_к і відповідно струм КЗ.

В режимі дослідного КЗ, якщо знехтувати активним опором обмотки статора, відсутній і активний струм (І_q = 0), тому рівняння (5.9) для даного режиму буде мати вигляд:

0» Е_к + E_ad + E_σ. (5.16)

Із (5.16) випливає, що ЕРС Е_к, яка створюється в обмотці статора при КЗ, урівноважується падінням напруги на індуктивному опорі розсіювання j І_{1к *} X_σ та розмагнічувальною дією реакції якоря j I_{1k *} X_ad (при I_q = 0 ; I_d = I_1k). При цьому МРС обмотки збудження має як би дві складові: одна компенсує падіння напруги j І_{1к *} X_{σ ,} друга – розмагнічувальний вплив реакції якоря j I_{1k *} X_ad.

Характеристики КЗ та НХ дають можливість визначити значення струмів збудження, що відповідають вказаним складовим МРС збудження. З цією метою характеристики НХ та КЗ будуються в одних осях координат (рис. 5. 12), при цьому вісь ординат позначається відносними значеннями напруги НХ Е_{0 *} = Е₀ / U_1ном, та струму КЗ І_{1к *} = І_1к / І_1ном. На цій осі відкладається відрізок 0 b, що відображує у відносних одиницях значення ЕРС розсіювання E_σ = j І_{1к *} X_σ. Потім точка b переноситься на характеристику НХ (точка b^') і опускається перпендикуляр b^'d на вісь абсцис. Отримана таким чином точка d ділить струм збудження І_з0ном на дві частини: І_зх – струм збудження, що компенсує падіння напруги j І_{1к *} X_σ та І_зd – струм збудження, яким компенсується поздовжньо-розмагнічувальна реакція якоря

Струм збудження, що в режимі трифазного КЗ створює номінальний струм в обмотці статора І_1ном, на осі абсцис (рис. 5.11, б; рис. 5.12) позначений, як І_{з к ном}. Відношення струмів збудження, того, що при НХ створює номінальну напругу І_з0ном та того, що при КЗ створює номінальний струм І_{з к ном}, називається відношенням короткого замикання генератора (ВКЗ), що є одним з важливих параметрів синхронної машини:

ВКЗ = І_з0ном / І_{з к ном}. (5.17)

Для турбогенераторів ВКЗ = 0,4 – 0,7; для гідрогенераторів ВКЗ = 1,0 – 1,4. Величина ВКЗ має практичне значення при оцінці властивостей синхронної машини: машини з малим ВКЗ менш стійкі при паралельній роботі з мережею, мають значні коливання напруги при зміні навантаження, але такі машини мають менші габарити і, відповідно, дешевші ніж машини зі значним ВКЗ.

Зовнішні характеристики. Ці характеристики уявляють собою залежність напруги на затискачах обмотки статора від струму навантаження: U₁ = f (I₁) при І_з = const, cos j₁= const, n = n_ном =const.

Слід мати на увазі, що тут І_з та cos j₁ постійні лише в межах заданого характеру навантаження. На (рис. 5.13) зображені зовнішні характеристики, що відповідають різним за характером навантаженням синхронного генератора.

При активному навантаженні (cos j₁ = 1) зменшення струму, від номінального І_1ном до нуля, супроводжується незначним зростанням напруги U₁, що пояснюється зменшенням падіння напруги на активному опорі обмотки статора і послабленням розмагнічувальної дії реакції якоря по поперечній осі.

При активно-індуктивному навантаженні [cos j₁ < 1 (RL)] зростання напруги U₁ при скиданні навантаження більш значне, ніж у попередньому випадку, тому що при такому навантаженні також знижується і розмагнічувальна дія реакції якоря по поздовжній осі.

При активно-ємнісному навантаженні [cos j₁ < 1 (RC)] скидання навантаження викликає зменшення напруги за рахунок зниження намагнічувальної дії реакції якоря по поздовжній осі.

Зміна напруги синхронного генератора, при скиданні номінального навантаження при І_з = const i n = n_ном =const називається номінальною зміною (підвищенням) напруги (у відсотках):

D и_ном = (Е₀ – U_1ном)_*100/ U_1ном. (5.18)

При активно-ємнісному навантаженні скидання навантаження викликає зниження напруги і тому D U_ном від’ємне.

В процесі експлуатації синхронного генератора напруга U₁ при коливанні навантаження підтримується незмінною за рахунок швидкодіючих автоматичних регуляторів. Щоб запобігти пошкодженню ізоляції обмотки статора, D и_ном не повинна перевищувати 50 %.

Регулювальні характеристики. Регулювальні характеристики показують, як потрібно змінювати струм збудження генератора при зміні навантаження, щоб напруга на затискачах залишалась незмінно рівною номінальній: І_з = f (I₁) при U₁ = U_1ном = const, n = n_ном =const і cos j₁ = const. На (рис. 5.14) зображені ці характеристики для різних видів навантаження. При активному навантаженні (cos j₁ = 1) збільшення струму навантаження І₁ супроводжується зменшенням напруги U₁, для підтримання якої незмінною, слід збільшувати струм збудження. Активно-індуктивний характер навантаження cos j₁ < 1 (RL) викликає більш значне падіння напруги U₁ (рис. 5.13), тому більше, ніж у попередньому випадку, необхідно підвищувати струм збудження, щоб підтримати U₁ = U_1ном незмінною. При активно-ємнісному навантаженні cos j₁ < 1 (RC) збільшення навантаження викликає підвищення напруги на затискачах генератора, тому, щоб підтримати її незмінною, необхідно знижувати струм збудження.

5.2.5 ПРАКТИЧНА ДІАГРАМА ЕРС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Зміну напруги синхронного генератора D U_ном при скиданні номінального навантаження можна визначити графічно – побудовою практичної діаграми. Основна відміна такої діаграми від розглянутих раніше, полягає в тому, що в ній використовуються не фіктивні індуктивні опори, еквівалентні дії реакції якоря, а безпосередньо МРС якоря, що робить можливим враховувати зміну насичення сталі. Все ж при цьому МРС реакції якоря F_a не розкладається по осях машини, і тому не може бути врахована різниця між явнополюсним та неявнополюсним генератором.

При побудові практичної діаграми ЕРС вважається, що генератор працював з номінальним навантаженням, яке потім було повністю скинуте, але струм збудження і частота обертання лишилися незмінними. При цьому напруга генератора збільшилась на величину D U_ном. Щоб визначити це збільшення і будується практична діаграма (рис. 5.15) у відносних одиницях. В одних осях координат будуються характеристики неробочого ходу НХ та короткого замикання КЗ. Потім на осі ординат відкладається вектор 0 а = U_1ном і під кутом j₁ до нього – вектор номінального струму I_1ном. Паралельно вектору I_1ном відкладається активне падінням напруги I_{1ном *} R₁, а перпендикулярно йому реактивне – j I_{1ном *} X_σ і знаходиться вектор ЕРС Е_нг навантаженого генератора за рівнянням:

Е_нг = U_1ном + j I_{1ном *} X_σ + I_{1ном *} R₁, (5.19)

або нехтуючи активним падінням напруги:

Е_нг » U_1ном + j I_{1ном *} X_σ, (5.20)

Значення Е_нг переноситься розтином циркуля в точку b та на характеристику НХ в точку с і на вісь абсцис в точку d (за напрямом стрілок). Струм збудження І_з', необхідний для створення ЕРС Е_нг визначається відрізком 0 d. Струм збудження І_{з к ном}, що створює I_1ном (відрізок 0 q) розділяється на два струми точкою е: І_зd (відрізок eq), що відповідає поздовжньо-розмагнічувальній дії реакції якоря, та І_зσ (відрізок 0 е), яким компенсується потік розсіювання (точка е визначається відкладанням вектора j I_{1ном *} Х_σ по осі ординат та відповідними переносами на характеристику НХ і вісь абсцис).

Відкладанням з точки d вектора dm = І_зd під кутом y₁ = (j₁ + θ) до ординати dс (де θ – кут між Е_нг та U_1ном ), визначається точка m. Відрізок 0 m є номінальним струмом збудження, який розтином циркуля переноситься на вісь абсцис в точку n, ордината np і є та величина ЕРС Е₀, яку створить струм І_{з ном}, при скиданні навантаження. Провівши з точки а абсцису ar можна розрахувати номінальне значення падіння напруги D u_ном у відсотках:

D u_ном = (np – nr)_*100/ nr = (E₀ – U_1ном)_*100/ U_1ном.

Практична діаграма ЕРС справедлива лише для неявнополюсних генераторів, розкладання реакції якоря яких по поперечній та поздовжній осях не має великого значення. Але все ж, як показує досвід, вона дає результати, що співпадають з дослідними даними і для генераторів явнополюсного типу.

ЦЕ НЕОБХІДНО ЗАПАМ’ЯТАТИ:

– властивості синхронних генераторів визначаються характеристиками НХ, КЗ, зовнішніми та регулювальними;

– враховуючи, що магнітні системи всіх синхронних генераторів виконують з одних і тих же матеріалів, їх характеристики НХ будуть виражатись кривою, що називається нормальною характеристикою НХ;

– найбільший струм буде мати місце при однофазному КЗ синхронного генератора, що можна пояснити мінімальною розмагнічувальною дією поздовжньої реакції якоря при такому КЗ;

– зовнішні та регулювальні характеристики синхронних генераторів найчастіше будуються для трьох видів навантаження: активного, активно-індуктивного та активно-ємнісного;

Дата добавления: 2015-07-14