Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий механики и оптики»

Реферат по дисциплине введение в специальность на тему:

«Характеристики генераторов работающих на автономную сеть»

Выполнил: Студент группы 1166

Кузин Алексей Юрьевич

Проверяющий преподаватель: Лукичев Д.В.

Санкт-Петербург

2012/2013

Содержание

Список сокращений.. 3

Введение. 4

1. Генераторы электрического тока. Общие понятия. 5

1.1. Генератор переменного тока. 6

1.2. Генератор постоянного тока. 7

2. Характеристики генераторов. 8

2.1. Характеристика холостого хода. 9

2.3. Внешние характеристики. 10

2.4. Регулировочная характеристика. 11

Заключение. 11

Список используемых источников. 13

Список сокращений

· ХХХ – Характеристики холостого хода;

· КЗ – короткое замыкание

· Э.Д.С. – электродвижущая сила

·

Введение

Характеристики генератора определяют его рабочие свойства и представляют зависимость между основными величинами, которы­ми являются э. д. с. в обмотке якоря Е, напряжение на его зажи­мах и, ток в якоре I_я, ток возбуждения I_в и скорость вращения якоря п.

Характеристики представляют собой зависимости между двумя из указанных основных величин при неизменных остальных. Эти зависимости имеют различный вид для генераторов разных типов.

Снятие всех характеристик машины производится при постоянной скорости вращения якоря, так как при изменении скорости значительно изменяются все характеристики генератора.

Эти понятия подробнее рассмотрены в выполненной мною работе.

1. Генераторы электрического тока. Общие понятия

Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию. Электрические генераторы имеют широкую классификацию:

• Электромеханические
• Индукционные
• Электрофорная машина
• Термоэлектрические
• Термопары
• Термоионные генераторы
• Фотоэлементы
• Магнитогидро(газо)динамические генераторы
• Химические источники тока
• Гальванические элементы
• Топливные элементы
• Биогенераторы

Электромеханические генераторы также имеют довольно большое подразделение:

• По типу первичного двигателя:
• Турбогенератор — электрический генератор, приводимый в движение паровой турбиной или газотурбинным двигателем;
• Гидрогенератор — электрический генератор, приводимый в движение гидравлической турбиной;
• Дизель-генератор — электрический генератор, приводимый в движение дизельным двигателем;
• Ветрогенератор — электрический генератор, преобразующий в электричество кинетическую энергию ветра;
• По виду выходного электрического тока
• Трёхфазный генератор
• С включением обмоток звездой
• С включением обмоток треугольником

• По способу возбуждения
• С возбуждением постоянными магнитами
• С внешним возбуждением
• С самовозбуждением
• С последовательным возбуждением
• С параллельным возбуждением
• Со смешанным возбуждением [Wikipedia]

1.1. Генератор переменного тока

Рис.1. Схема простейшего генератора переменного тока: 1 — полюс электромагнита; 2 — катушка возбуждения; 3 — контактное кольцо; 4 — щетка генератора; S — внешняя цепь; 6 — рамка проводника; 7 — источник постоянного тока

Сети переменного тока напряжением до 220 В применяются для питания потребителей малой мощности; напряжением от 380 В до 6 кВ – для питания главным образом крупных электродвигателей; от 6 кВ и выше – для передачи и распределения электроэнергии. В таких сетях применяются генераторы переменного тока. Принципиальное устройство простейшего генератора переменного тока показано на рис. 1. В этом генераторе концы рамки проводника присоединяются каждый к своему кольцу, а к кольцам прижимаются щетки генератора. Щетки замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. При вращении рамки с кольцами в магнитном поле генератор даст переменный ток, изменяющий через каждые пол-оборота величину и направление. Такой переменный ток называется однофазным. В технике применяются генераторы трехфазного тока, которые по ряду причин являются наиболее удобными для использования. Простейший трехфазный генератор имеет три рамки (обмотки) проводов, сдвинутых относительно друг друга по окружности вращения на 120 °. Трехфазный ток изменяет свою величину и направление через каждые 120° оборота. Время на совершение одного колебания называется периодом, а число периодов в секунду — частотой переменного электрического тока. Также используются генераторы постоянного тока.

1.2. Генератор постоянного тока

Рис.2. Схема простейшего генератора постоянного тока: 1 — полукольцо или коллекторная пластина; I — рама проводника; 3 — щетка генератора

Простейший генератор постоянного тока (рис. 2) представляет собой помещенную между полюсами магнита рамку из проводника, концы которого присоединены к изолированным полукольцам, называемым пластинами коллектора. К полукольцам (коллектору) прижимаются положительная и отрицательная щетки, которые замыкаются внешней цепью через электрическую лампочку. Для работы генератора рамку проводника с коллектором необходимо вращать. В соответствии с правилом правой руки при вращении рамки проводника с коллектором в ней будет индуктироваться электрический ток, изменяющий свое направление через каждые пол-оборота, так как магнитные силовые линии каждой стороной рамки будут пересекаться то в одном, то в другом направлении. Вместе с этим через каждые пол-оборота изменяется контакт концов проводника рамки и полуколец коллектора со щетками генератора. Во внешнюю цепь ток будет идти в одном направлении, изменяясь только по величине от 0 до максимума. Таким образом, коллектор в генераторе служит для выпрямления переменного тока, вырабатываемого рамкой. Для того чтобы электрический ток был постоянным не только по направлению, но и по величине, (по величине — приблизительно постоянным), коллектор делают из многих (36 и более) пластин, а проводник представляет собой много рамок или секций, выполненных в виде обмотки якоря. [].

При определении нагрузки в сети подбирается генератор с соответствующими характеристиками.

2. Характеристики генераторов

Для нашей работы интересны генераторы переменного тока, так как в основном именно они являются энергетическими источниками в автономных электрических сетях, таких как космические аппараты, самолеты, автономные станции. Генераторы переменного тока обычно называют синхронными машинами или синхронными генераторами.[wiki]

Для снятия характеристик с синхронного генератора используют следующую схему (рис.3).

Рис.3. Схема снятия характеристик синхронного генератора

Выделяют несколько характеристик электрических генераторов:

· Характеристика холостого хода;

· Характеристика короткого замыкания;

· Внешние характеристики;

· Регулировочные характеристики;[Кузнецов М.И.]

2.1. Характеристика холостого хода

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость индуктированной ЭДС в статоре E₀ от тока возбуждения I_В при разомкнутой внешней цепи машины: при и .

Генератор приводится во вращение с синхронной скоростью соответствующей номинальной частоте генератора. Увеличивают при помощи реостата ток возбуждения, отмечая показания амперметра в цепи возбуждения. По показаниям вольтметра включенного на зажимы обмотки статора, определяют величину индуктированной ЭДС.

Рис.4. Характеристика холостого хода синхронного генератора

Характеристика холостого хода синхронного генератора показана на рис.4. Прямолинейная часть характеристики указывает на пропорциональность между индуктированной э. д. с. и током возбуждения. В дальнейшем магнитная система генератора насыщается, кривая изгибается, т.е. при значительном увеличении тока возбуждения индуктированная э.д.с. растет очень медленно. Обычно нормальная работа машины имеет место за изгибом характеристики холостого хода.

Зависимость напряжения на зажимах генератора U от тока нагрузки I при постоянных значениях тока возбуждения I_B коэффициент мощности и скорости вращения n дается внешней характеристикой при I_B =const, =const, n = n_H =const.

2.2. Характеристика короткого замыкания синхронного генератора

Одной из важных характеристик синхронного генератора является характеристика короткого замыкания – зависимость тока статора от тока возбуждения Iк=f(If) при симметричном коротком замыкании на выводах статора при номинальной скорости вращения ротора.

Зависимость тока короткого замыкания в обмотке статора от тока возбуждения снимается при постепенном повышении тока возбуждения. Ток статора изменяется от нуля до значения 1,25∙ I ном. Эта зависимость линейная, так как генератор ненасыщен.

Рис.5.Характеристики холостого хода и короткого замыкания на одном графике

Индуктивный характер тока при коротком замыкании определяется индуктивным сопротивлением обмотки статора, которое значительно больше активного сопротивления обмотки (в относительных единицах R=0,01-0,001, а X=1,0-2,5).

2.3. Внешние характеристики

По показаниям амперметра и вольтметра, включенных в цепь обмотки статора, строят характеристику. На рис. 5 даны внешние характеристики генератора для различных видов нагрузки.

Напомню, что положительным углом φ принято считать угол φ в цепи, когда ток отстает по фазе от напряжения, и отрицательным, когда ток опережает по фазе напряжение.

Изменение напряжения с нагрузкой происходит вследствие реакции якоря и падения напряжения в обмотке якоря (статора).

Рис. 4. Внешние характеристики синхронного генератора

При индуктивной нагрузке реактивный ток размагничивает машину и напряжение при увеличении тока нагрузки уменьшается.

При емкостной нагрузке напряжение генератора с увеличением нагрузки тока повышается вследствие действия продольно-намагничивающей реакции якоря.

2.4. Регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика представляет зависимость тока возбуждения I_B от тока нагрузки I при постоянных значениях напряжения на зажимах генератора U, скорости вращения n и коэффициента мощности cosφ: при и cosφ = пост.

Регулировочные характеристики, представленные на рис. 5 показывают, как с изменением нагрузки необходитмо менять ток возбуждения, чтобы компенсировать падение напряжение в обмотке якоря и действие реакции якоря.

Рис.6. Регулировочные характеристики синхронного генератора

Заключение

В своей работе я описал основные типы характеристик генераторов переменного тока.

Характеристики генераторов необходимы прежде всего необходимы для нормализации работы генераторов, регулирования выработки электричества. То есть для улучшения производительности электромашин.

Список используемых источников

· Основы электротехники [Текст] / М.И. Кузнецов; под ред. д-ра тех. наук С.В. Страхова [и др.]. – 9-е – изд. – М. Высшая школа: 1964, 560 стр. с илл.;

· ООО «ВОСТСИБДИЗЕЛЬ» - http://vsdi.ru/princip_raboty_generator

· Википедия – свободная библиотека - http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80

· Основы современной энергетики – Курс лекций для менеджеров энергетический компаний – под общ. ред. чл.-корр. РАН Е. В. Аметистова http://4energetic.ru/pages/page137

Дата добавления: 2015-09-29