Лекція 29. Характеристики синхронного генератора

Лекція 29. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Характеристики синхронних генераторів можуть бути побудовані за розрахунковими даними, з використанням векторних діаграм, або за даними відповідних дослідів. Характеристики явнополюсних та неявнополюсних генераторів в основному є однаковими. Усі характеристики для наглядності доцільно будувати у відносних одиницях.

Рис. 4.8 – Схема для експериментального визначення характеристик синхронного генератора

Схема для зняття характеристик синхрон-них генераторів зобра-жена на рис. 4.8. Навантаженням для обмотки якоря служить симетричний ре гульова-ний навантажувальний опір Н (наприклад трифазний реостат або трифазна індуктивна котушка, включена паралельно). При цьому передбачається, що обмотка збудження отримує живлення від стороннього джерела, а регулювання струму збудження здійснюється за допомогою реостата.

Рис. 4.9 – Характеристика холостого ходу синхронного генератора

Характеристика холостого ходу (рис. 4.9) визначає залежність E=f(і_з) при І =0 та f = f_н =const. Якщо характеристики різних синхронних генераторів зобразити у відносних одиницях вважаючи, що , де і_зо – струм збудження холостого ходу при E = U_н, то дані характеристики будуть мало відрізнятись одна від одної. Тому під час проведення розрахунків різноманітних режимів роботи енергетичних систем, у яких працює багато генераторів, для спрощення розрахунків приймається, що характеристики холостого ходу усіх турбогенераторів, виражені у відносних одиницях, є однаковими і відповідають деяким середнім даним реальних характеристик генераторів.

Навантажувальна характеристика визначає залежність U=f(і_з) при I=const, cosφ=const та f = f_н = const і показує, як змінюється напруга генератора U зі зміною струму збудження і_з за умови сталості струму навантаження I та cosφ. З різноманітних навантажувальних характеристик найбільший практичний інтерес являє так звана індукційна навантажувальна характеристика (рис. 4.10, крива 2), яка відповідає чисто індуктивному навантаженню генератора, коли cos f=0. Зазвичай вона знімається для I= I_н. У режимі індукційної характеристики існує чисто повздовжня розмагнічувальна реакція якоря. Тому індукційна характеристика розташовується нижче характеристики холостого ходу (рис 4.10, крива 1). Точка А відповідає симетричному усталеному короткому заклинанню генератора за I= I_н, коли U=0.

Рис. 4.10 – Індукційна навантажувальна характеристика та реактивний трикутник синхронного генератора

Реактивним трикутником синхронної машини називається трикутник CBA, вертикальний катет якого СВ дорівнює спаду напруги на опорі розсіяння якоря X_σaI_н, а горизонтальний катет СА дорівнює МРС реакції якоря у масштабі струму збудження.

МРС реакції якоря та X_σaI_н у режимі індукційної характеристики є постійними, оскільки індуктивний опір розсіяння при I=const практично не залежить від результуючого магнітного потоку у повітряному зазорі. Тому індукційну характеристику крива 2 (рис. 4.10) можна побудувати за допомогою характеристики холостого ходу 1 та реактивного трикутнику СВА, пересуваючи його паралельно самому собі так, щоб його вершина В ковзала по характеристиці холостого ходу. Тоді вершина А опише характеристику 2.

Зовнішня характеристика визначає залежність U=f(I) при і_з=const, cosf=const, f=f_н=const і показує, як змінюється напруга машини U при зміні навантаження за незмінного струму збудження.

Вигляд зовнішніх характеристик за різних характерів навантаження показаний на рис 4.11, причому вважається, що у кожному випадку струм збудження відрегульований так, що при I=I_н, U=U_н. Слід відмітити, що величина струму збудження і_з за номінальною навантаження (I=I_н, U=U_н, cosf=cosf_н, f=f_н) називається номінальним струмом збудження.

Рис. 4.11 – Зовнішні характеристики синхронного генератора

Вигляд зовнішніх характеристик синхронного генератора пояснюється характером дії реакції якоря. За індуктивного навантаження (крива 1 рис 4.11) реакція якоря буде значною розмагнічувальною, які збільшується зі зростанням струму навантаження І, тому напруга U при цьому зменшується. За чисто активного навантаження (крива 2 рис 4.11) реакція якоря буде поздовжньою розмагнічувальною, але слабшою на кут ψ між ЕРС Е та струмом навантаження І, ніж у попередньому випадку. Відповідно напруга зі зростанням навантаження зменшується повільніше. При ємнісному навантаженні (крива 3 на рис 4.11) виникає поздовжня намагнічувальна реакція якоря, і тому зі збільшенням струму І напруга U збільшується. Слід відмітити, що значення струму збудження і_з для трьох характеристик рис 4.1 різні, а найбільше значення відповідає характеристиці 1.

Номінальною зміною напруги синхронного генератора ΔU_н називається зміна напруги на затискачах генератора (під час його роботи окремо від інших генераторів) при зміні навантаження від номінального значення до нуля за незмінного струму збудження.

Синхронні генератори зазвичай розраховуються для роботи із номінальним навантаженням з коефіцієнтом потужності cosf = 0,8. У відповідності із кривою 1 на рис 4.10 при цьому ΔU_н =0. Значення ΔU_н діючим стандартом не регламентується. Зазвичай

.

Величина ∆U_н у турбогенераторів є більшою, ніж у гідрогенераторів, оскільки у них більшими є значення X_d.

Регулювальна характеристика визначає залежність і_з =f(I) при U=U_н=const, cosf=const, f=f_н=const і показує як необхідно регулювати струм збудження, щоб при зміні навантаження його напруга залишалась незмінною.

Вигляд регулювальних характеристик (рис. 4.12) також пояснюється характером дії реакції якоря. За індуктивного

Рис. 4.12 – Зовнішні характеристики синхронного генератора

навантаження (крива 1 на рис 4.12) поздовжня реакція якоря буде розмагнічу вальною і для компенсації її впливу на величину магнітного потоку машини Ф_δ та на величину напруги зі збільшенням струму І необхідно значно збільшувати струм збудження і_з. За чисто активного навантаження (крива 2) розмагнічувальна поздовжня реакція якоря буде менш сильною тому для збереження сталості напруги вимагається менше збільшення струму збудження і_з. При ємнісному навантаженні (крива 3) поздовжня реакція якоря намагається збільшити магнітний потік Ф_δ та напругу машини U, внаслідок чого для збереження U=const необхідно зі зростанням струму навантаження зменшувати струм збудження.

Зазвичай коефіцієнт потужності навантаження cosf =0,8, і тому при переході від холостого ходу (U=U_н, I =0) до номінального навантаження (U=U_н, I=I_н) необхідно значно (до 1,7 – 2,2 раза) збільшувати струм збудження. Дане збудження буде тим більшим, чим більшим є величина X_d.

Характеристика короткого замикання знімається при замиканні затискачів усіх фаз обмотки статора накоротко (симетричне трифазне коротке замикання) і визначає залежність I=f(і_з) при U =0 та f=f_н =const.

Дослідні дані для побудови характеристики короткого замикання синхронного генератора отримують за схемами, наведеними на рис. 4.13.

а) б) в)

Рис. 4.13 – Схеми з'єднання обмоток статора генератора у разі к.з.:

а – трифазного; б – двофазного; в – однофазного

Якщо знехтувати вельми невеликим активним опором статора (R_a =0), то його опір у режими короткого замикання буде чисто індуктивним. Тому ψ =90˚, I_q =0, I_d = I та на базі виразу (4.21):

(4.23)

Даному рівнянню (4.23) відповідає векторна діаграма (рис. 4.14, а). При короткому замиканні реакція якоря є чисто розмагнічу- вальною, а ЕРС E_δ від результуючого магнітного потоку повітряного зазору, яка дорівнює

E_δ = E – X_ad I = X_σa I

є досить малою, внаслідок чого малим буде магнітний потік Ф_δ. Тому при короткому замиканні магнітне коло ненасичене тому характеристики короткого замикання є прямолінійними (рис. 4.14, б).

а) б)

Рис. 4.14 – Характеристики короткого замикання (а) та векторна діаграма напруг (б) синхронного генератора

Відношенням короткого замикання k_вкз називається відношення усталеного струму короткого замикання І_ко при струмі збудження, який за холостого ходу та n=n_н забезпечує E=U_н, до номінального струму статора I_н:

. (4.24)

Величина відношення короткого замикання, як і величина опору X_d, визначає граничне значення навантаження, яке здатний нести синхронний генератор за усталеного режиму роботи. Причому чим більшим є відношення короткого замикання, тим більшим є граничне навантаження.

Тому k_вкз є важливим параметром синхронних машин. У гідрогенераторів зазвичай k_вкз =0,8 – 1,8, а у турбогенераторів k_вкз =0,4 -1,0. Відношення короткого замикання є тим більшим, чим більшим є повітряний зазор між статором і ротором δ. Синхронні машини із більшим відношенням короткого замикання мають більшу вартість.

Дата добавления: 2015-08-29