Что показывает регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика

Регулировочная характеристика i_в = f (I) при U = const и n = const показывает, как нужно регулировать ток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки напряжение генератора не менялось (рисунок 7). С увеличением I ток i_в необходимо несколько увеличивать, чтобы скомпенсировать влияние падения напряжения I_а × R_а и реакции якоря.

Рисунок 7. Регулировочная характеристика генератора независимого возбуждения

При переходе от холостого хода с U = U_н к номинальной нагрузке I = I_нувеличение тока возбуждения составляет 15 – 25%.

Построение регулировочной характеристики (нижний квадрант рисунка 8) по х. х. х. (верхний квадрант рисунка 8) и характеристическому треугольнику производится следующим образом. Для заданного U = 0а = вб = const значение i_в при I = 0 определяется точкой в. Характеристический треугольникгде для номинального тока расположим так, чтобы его вершины г и енаходились соответственно на х. х. х. и прямой абе. Тогда отрезок 0ж = аеопределяет значение i_в при I = I_н, что можно доказать аналогично тому, как это делалось в случае построения внешней характеристики. Для получения других точек характеристики достаточно провести между кривой х. х. х. и прямой абена рисунке 8 отрезки прямых, параллельные гипотенузе ге. Тогда нижние концы (точки) этих отрезков будут соответствовать значениям i_в для значенийI, определяемых отношениями длин этих отрезков к гипотенузе ге, как и в предыдущем случае. Снеся эти точки вертикально вниз, в нижний квадрант рисунка 8, на уровень соответствующих значений I, получим точки регулировочной характеристики. С учетом изменяющихся условий насыщения реальная опытная регулировочная характеристика будет иметь вид, показанный в нижнем квадранте рисунка 8 штриховой линией.

Рисунок 8. Построение регулировочной характеристики генератора независимого возбуждения с помощью характеристики холостого хода и характеристического треугольника

Обратным построением, если даны х. х. х. и регулировочная характеристика, можно получить характеристический треугольник.

13. Самовозбуждение генераторов постоянного тока.

Недостатком генератора с независимым возбуждением является необходимость иметь отдельный источник питания. Но при определенных условиях обмотку возбуждения можно питать током якоря генератора.
Самовозбуждающиеся генераторы имеют одну из трех схем: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. На рис. 10 изображен генератор с параллельным возбуждением.

Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке. В цепь возбуждения включен реостат R_в. Генератор работает в режиме холостого хода.
Чтобы генератор самовозбудился, необходимо выполнение определенных условий.
Первым из этих условий является наличие остаточного магнитного потока между полюсами. При вращении якоря остаточный магнитный поток индуцирует в якорной обмотке небольшую остаточную ЭДС.
Рис. 10
Вторым условием является согласное включение обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения и якоря должны быть соединены таким образом, чтобы ЭДС якоря создавала ток, усиливающий остаточный магнитный поток. Усиление магнитного потока приведет к увеличению ЭДС. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с каким-то током возбуждения I_в = const и ЭДС Е = const, зависящими от сопротивления R_в в цепи возбуждения.
Третьим условием является то, что сопротивление цепи возбуждения при данной частоте вращения должно быть меньше критического. Изобразим на рис. 11 характеристику холостого хода генератора E = f (I_в) (кривая 1) и вольт — амперную характеристику сопротивления цепи возбуждения U_в = R_в·I_в, где U_в — падение напряжения в цепи возбуждения. Эта характеристика представляет собой прямую линию 2, наклоненную к оси абсцисс под углом γ (tg γ

Ток обмотки возбуждения увеличивает магнитный поток полюсов при согласном включении обмотки возбуждения. ЭДС, индуцированная в якоре, возрастает, что приводит к дальнейшему увеличению тока обмотки возбуждения, магнитного потока и ЭДС. Рост ЭДС от тока возбуждения замедляется при насыщении магнитной цепи машины.
Рис. 11

Падение напряжения в цепи возбуждения пропорционально росту тока. В точке пересечения характеристики холостого хода машины 1 с прямой 2 процесс самовозбуждения заканчивается. Машина работает в устойчивом режиме.
Если увеличим сопротивление цепи обмотки возбуждения, угол наклона прямой 2 к оси тока возрастает. Точка пересечения прямой с характеристикой холостого хода смещается к началу координат. При некотором значении сопротивления цепи возбуждения R_кр, когда
γ = γ_кр, самовозбуждение становится невозможным. При критическом сопротивлении вольт — амперная характеристика цепи возбуждения становится касательной к прямолинейной части характеристики холостого хода, а в якоре появляется небольшая ЭДС.

14.Условия включения ГПТ на параллельную работу.

Необходимо выполнить следующие требования:

1. ЭДС включаемого генератора E_Г должна быть равна напряжению сети U_c;

2. Частота генератора f_Г должна быть равной частоте сети f_c;

3. E_Г и U_c должны быть в фазе;

4. Чередования фаз генератора и сети должны быть одинаковыми.

При указанных условиях векторы генератора и сети совпадают и вращаются с одинаковой частотой (рис.3.21), разности ЭДС и напряжений между одноименными контактами выключателя при включении генератора (рис.3.22) равны нулю

.

Рис. 3.21

Равенство ЭДС и напряжений достигается путем регулирования тока возбуждения генератора, а контролируется с помощью вольтметра (на рисунке отсутствует). Изменение частоты и фазы ЭДС генератора достигается изменением частоты вращения ротора генератора. Правильность чередования фаз проверяется только при первом включении генератора. Совпадение ЭДС и напряжений по фазе контролируется с помощью ламп, нулевых вольтметров или специальных синхроноскопов.

Неправильная синхронизация может вызвать серьезную аварию. Если, например, напряжения и будут в момент включения сдвинуты по фазе на , то это эквивалентно короткому замыканию при удвоенном напряжении ( ).

Синхронизация с помощью лампового синхроскопа может осуществляться по схеме на погасание (рис.3.22,а) или вращение света (рис.3.22,б). Схема синхронизации на погасание света предполагает включение ламп 1, 2, 3, между одноименными клеммами генератора и сети. Момент синхронизации соответствует одновременному погасанию всех ламп. Схема синхронизации на вращение света предполагает включение ламп 1 и 2 между разноименными клеммами генератора и сети. Момент синхронизации соответствует свечению этих двух ламп с максимальной яркостью и погасанию лампы 3, подключенной к одноименным клеммам генератора и сети.

Метод точной синхронизации предполагает наличие автоматических синхронизаторов, которые осуществляют автоматическое регулирование E_Г и f_Г синхронизируемого генератора и при достижении необходимых

условий автоматически включают генераторы на параллельную работу. Однако автоматические синхронизаторы сложны и требуют непрерывного и квалифицированного обслуживания. Кроме того, в случае аварий процесс синхронизации с помощью автоматических синхронизаторов затягивается (до мин.), что с точки зрения оперативности ликвидации аварий крайне нежелательно.

Сущность метода грубой синхронизации (самосинхронизации) заключается в том, что генератор включается в сеть в невозбужденном состоянии (E_Г=0) при частоте вращения близкой к синхронной, затем включается ток возбуждения и генератор втягивается в синхронизм. При самосинхронизации неизбежно возникает значительный бросок тока якоря (до 3,5 I_H). Однако этот ток все же меньше чем при внезапном коротком замыкании генератора на холостом ходу при , так как кроме сопротивления обмотки якоря генератора в цепи будут действовать и сопротивления элементов сети. Кроме того, величину броска тока снижает включение в цепь обмотки возбуждения сопротивления гашения поля.

15.Порядок включения ГПТ на параллельную работу.

Схема параллельной работы двух генераторов параллельного возбуждения показана на рисунке 1. Пусть генератор 1 уже работает на сборные шины и необходимо подключить к этим шинам генератор 2.

Тогда надо соблюсти следующие условия: 1) полярность генератора 2 должна быть такой же, как и генератора 1 или шин Ш, т. е. положительный (+) и отрицательный (–) зажимы генератора 2должны с помощью рубильника или другого выключателя Р2 соединиться с одноименными зажимами сборных шин; 2) электродвижущая сила (э. д. с.) генератора 2 должна равняться напряжению на шинах. При соблюдении этих условий при подключении генератора 2 к шинам с помощью рубильника не возникает никакого толчка тока и этот генератор после его включения будет работать без нагрузки, на холостом ходу.

Рисунок 1. Схема параллельной работы генераторов параллельного возбуждения

Для выполнения и проверки этих условий включения поступают следующим образом. Генератор 2 приводят во вращение с номинальной скоростью и возбуждают до нужного напряжения. Его напряжение измеряют с помощью вольтметра V1 и вольтметрового переключателя П, для чего последний ставят в положение 2 – 2. Напряжение шин измеряют тем же вольтметром в положении переключателя Ш – Ш. Чтобы одновременно проверить соответствие полярностей, вольтметр V1 должен быть магнитоэлектрического типа. Тогда при включении вольтметра по схеме, изображенной на рисунке 1, отклонения его стрелки при правильной полярности генератора 2 и шин будут происходить в одну и ту же сторону. Если полярность генератора 2 неправильна, то необходимо переключить два конца от его якоря. Нужное значение напряжения генератора достигается путем регулирования его тока возбуждения i_в2 с помощью реостата.

Возможен также другой способ контроля правильности условий включения – с помощью вольтметра V2, подключенного к зажимам одного полюса рубильника Р2. Если другой полюс (нож) рубильника включить, то при равенстве напряжений и правильной полярности генераторов показание вольтметра V2 будет равно нулю.

При включении генератора 2 с неправильной полярностью в замкнутой цепи, образованной якорями обоих генераторов (рисунок 1) и шинами, э. д. с. обоих генераторов будут складываться. Так как сопротивление этой цепи мало, то возникают условия, эквивалентные короткому замыканию, что приводит к аварии. При правильной полярности, но неравных напряжениях генераторов в указанной цепи возникает уравнительный ток

значение которого также может оказаться большим.

При включении нагрузки уравнительный ток вызывает увеличение тока одного генератора и уменьшение тока другого, в результате чего генераторы нагружаются неодинаково.

16.Параллельная работа ГПТ, перевод нагрузки.

для равномерного распределения нагрузки между генераторами при различных ее значениях внешние ха­рактеристики генераторов должны совпадать. Однако достичь пол­ного совпадения характеристик даже у одинаковых генераторов не представляется возможным. Вместе с тем в известных пределах распределение нагрузки можно улучшить. Для этого прежде всего необходимо получить возможно более близкое совпадение харак­теристик приводных двигателей генераторов. Затем, если харак­теристики генераторов не слишком расходятся, доводку их можно осуществить поворотом щеток на углы, не оказывающие боль­шого влияния на коммутацию. Щетки у генератора с характери­стикой 1 следует повернуть в сторону вращения, а у генератора с характеристикой 2 — в сторону, противоположную вращению. При этом продольная реакция якоря и реакция добавочных по­люсов в генераторе со щетками, повернутыми в сторону враще­ния, увеличат падение напряжения при увеличении нагрузки, а в генераторе со щетками, повернутыми против вращения, наоборот, уменьшат падение напряжения. Характеристики сблизятся, и рас­пределение нагрузок между генераторами улучшится.

При параллельной работе двух генераторов неодинаковой мощ­ности необходимо получить распределение нагрузки, пропорцио­нальное их мощностям. Для этого внешние характеристики гене­раторов с учетом приводных двигателей должны иметь одинако­вый в процентном отношении наклон при изменении нагрузки от нуля до номинальной для каждого генератора.

Неравенство нагрузок при параллельной работе генераторов возрастает с уменьшением статизма, поэтому иногда при жестких внешних характеристиках генераторов не удается достичь прием­лемого распределения нагрузки между генераторами при парал­лельной работе. В таких случаях смогут помочь уравнительные соединения, включенные между якорями и добавочными полюсами генераторов.

Параллельная работа генераторов смешанного возбуждения возможна лишь при наличии уравнительного соединения между якорями и последовательными обмотками возбуждения машин. В противном случае возможен неустойчивый режим параллельной работы. Действительно, без уравнительных соединений случайное увеличение нагрузки одного из генераторов (при соответствую­щем уменьшении ее у другого) приведет к увеличению его ЭДС. Это, в свою очередь, еще более увеличит неравномерность распре­деления нагрузки и т. д. Введение уравнительного соединения с малым сопротивлением способствует выравниванию нагрузок.

17.момент двигателя постоянного тока, уравнение вращающих моментов.

Если обмотку возбуждения и якорь двигателя подключить к сети постоянного тока напряжением U то, возникает электромагнитный вращающий момент Мэм. Полезный вращающий момент М на валу двигателя меньше электромагнитного на значение противодействующего момента, создаваемого в машине силами трения и равного моменту Мх в режиме х.х., т. е. М = Мэм—Мх.

Пусковой момент двигателя должен быть больше статического тормозного Мт в состоянии покоя ротора, иначе якорь двигателя не начнет вращаться. В установившемся режиме (при n = соnst) имеет место равновесие вращающего М и тормозного Мт моментов:

М = Мэм – Мх = Мт (8)

Из механики известно, что механическая мощность двигателя может быть выражена через вращающий момент и угловую скорость

Следовательно, полезный вращающий момент двигателя М (Н • м), выраженный через полезную мощность Р (кВт) и частоту вращения n (об/мин),

Обсудим некоторые важные вопросы пуска и работы двигателей постоянного тока. Из уравнения электрического состояния двигателя следует, что

В рабочем режиме ток якоря Iя ограничивается э. д. с. E, если n приблезительно равно nном. В момент пуска п = 0, э. д. с. Е = 0 и пусковой ток Iп = U/Rя в 10—30 раз больше номинального. Поэтому прямой пуск двигателя, т. е. непосредственное включение якоря на напряжение сети, недопустимо. Чтобы ограничить большой пусковой ток якоря, перед пуском последовательно с якорем включается пусковой реостат Rп с небольшим сопротивлением. В этом случае при Е = О

Сопротивление реостатаRп выбирается по допустимому току якоря.

По мере разгона двигателя до номинальной частоты вращения э. д. с. Е увеличивается, а ток уменьшается и пусковой реостат постепенно и полностью выводится (пусковые реостаты рассчитываются на кратковременное включение). Регулировочный реостат Rрег в цепи возбуждения с относительно большим сопротивлением (десятки и сотни Ом) перед пуском двигателя полностью выводится, чтобы при пуске ток возбуждения и магнитный поток статора Ф были номинальными. Это приводит к увеличению пускового момента, который обеспечивает быстрый и легкий разгон двигателя.

После пуска и разгона наступает установившийся режим работы двигателя, при котором тормозной момент на валу Мт будет уравновешиваться моментом, развиваемым двигателем Мэм, т. е. Мэм == Мт(при n = соnst.)

Электродвигатели постоянного тока могут восстанавливать нарушенный изменением тормозного момента установившийся режим работы, т. е. могут развивать вращающий момент М, равный новому значению тормозного момента Мт при соответственно новой частоте вращения n’.

Действительно, если тормозной момент нагрузки Мт окажется больше вращающего момента двигателя Мэм, то частота вращения якоря уменьшится. При постоянных напряжении U и потоке Ф это вызовет уменьшение э. д. с. Е якоря, увеличение тока якоря и вращающего момента до наступления равновесия, при котором Мэм = Мт и n’ <n. При уменьшении тормозного момента до Мт аналогично наступает установившийся режим работы при Мэм = Мт’ и n">n’. Таким образом, двигатели постоянного тока обладают свойством саморегулирования — могут развивать вращающий момент, равный тормозному.

18. пуск двигателя постоянного тока

При пуске двигателя в ход необходимо: 1) обеспечить надлежащий пусковой момент и условия для достижения необходимой скорости вращения; 2) предотвратить возникновение чрезмерного пускового тока, опасного для двигателя.
Возможны три способа пуска двигателя в ход: 1) прямой пуск, когда цепь якоря подключается непосредственно к сети на ее полное напряжение; 2) пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений, включаемых последовательно в цепь якоря; 3) пуск при пониженном напряжении цепи якоря.

Прямой пуск

При n = 0 также E_а = 0 и, согласно выражению (5), в статье "Общие сведения о двигателях постоянного тока"

Iа = Uа / Rа .

(1)

В нормальных машинах R_а = 0,02 – 0,1, и поэтому при прямом пуске с U = U_н ток якоря недопустимо велик:

Вследствие этого прямой пуск применяется только для двигателей мощностью до нескольких сотен ватт, у которых R_а относительно велико и поэтому при пуске I_а ≤ (4 – 6) I_н, а процесс пуска длится не более 1 – 2 с.

Регулировочные характеристики

Регулировочными характеристиками называются зависимости основных показателей двигателя от значения одного или нескольких из регулировочных параметров при постоянной частоте вращения коленчатого вала (п — const).

Регулировочная характеристика двигателя с искровым зажиганием по составу смеси

Регулировочной характеристикой по составу смеси называется зависимость основных показателей двигателя от состава смеси, определяемая при постоянстве скоростного режима двигателя (п — const), а также при оптимальных значениях угла опережения зажигания (УОЗ) -1 )

Максимальные значения энергетических показателей двигателя для ДЗ = 100% достигаются не при а = 1, а при некотором обогащении смеси а_м = 0,85. 0,95, несмотря на неизбежное уменьшение ц, из-за неполноты сгорания, приводящее к увеличению расхода топлива.

Существует две причины, приводящие к этому смещению:

• ? полное использование поступившего в цилиндр воздуха и наибольшее выделение теплоты на единицу воздушного заряда возможно только при некотором обогащении смеси. Это объясняется неравномерностью распределения топлива по объему камеры сгорания из-за несовершенства смесеобразования, т.е. в цилиндре существуют локальные объемы с избыточным содержанием воздуха;
• ? обогащенные смеси сгорают быстрее стехиометрических, что способствует выделению теплоты вблизи ВМТ и более полному превращению теплоты в работу.

Таким образом, величина а_м определяется оптимальным сочетанием вышеперечисленных факторов — с одной стороны и фактора снижения полноты сгорания (р₍) — с другой. При а ,-, Щ (см. рис. 4.1). Кроме того, соответственно понижается величина р_м и, как следствие, падает значение эффективных показателей.

Решающее влияние на характер изменения удельного эффективного расхода топлива^ имеет индикаторный КПД р,-. Закономерность изменения р, в зависимости от состава смеси определяется влиянием полноты сгорания, скорости сгорания и теплоемкости отработавших газов.

В области обогащенных смесей (а 1), так как из-за неравномерности распределения топлива по камере сгорания возможно наличие в ней локальных зон с а 1 р,- продолжает возрастать, хотя полнота сгорания остается постоянной. Это обусловлено уменьшением теплоемкости продуктов сгорания из-за снижения содержания в них трехатомных газов и возрастания содержания двухатомных газов, а также из-за уменьшения температуры ОГ. Максимальное содержание трехатомных газов в ОГ имеет место примерно при стехиометрическом составе смеси (а = 1).

Индикаторный КПД возрастает при обеднении смеси до а„ ,

который соответствует оптимальному сочетанию полноты сгорания и теплоемкости ОГ — с одной стороны и скорости сгорания — с другой. Дальнейшее обеднение смеси (а > ) приводит к ухудшению условий воспламенения и снижению скорости сгорания, что выражается в уменьшении р,- и увеличении g_e. На величину последнего также влияет уменьшение механического КПД. По этой причине величина а_эк несколько меньше а_п . При сильном обеднении смеси работа дви-

Рис. 4.2. Регулировочная характеристика по составу смеси при постоянной мощности гателя становится неустойчивой, вплоть до пропусков зажигания и прекращения сгорания в отдельных циклах и цилиндрах.

Внешние характеристики

Внешней характеристикой генератора называют зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при постоянном токе возбуждения, постоянной скорости вращения ротора и постоянном коэффициенте мощности при , и . Общий вид внешних характеристик генератора представлен на рис.29.

При индуктивной нагрузке реакция якоря и падение напряжения вызывают снижение напряжения, и поэтому внешняя характеристика падающая.

Для случая резистивной нагрузки напряжение на зажимах синхронного генератора уменьшается при увеличении тока нагрузки из-за увеличения падения напряжения на активном сопротивлении обмотки якоря и из-за размагничивающего действия реакции якоря.

В случае емкостной нагрузки при и намагничивающее действие реакции якоря приводит к увеличению напряжения на зажимах генератора при увеличении тока нагрузки (см. рис. 29).

Все характеристики прерываются в точке, соответствующей величине тока короткого замыкания.

Регулировочные характеристики генератора

Регулировочные характеристики определяют зависимость тока возбуждения от тока нагрузки при неизменном напряжении на зажимах генератора и постоянной величине коэффициента мощности. Они показывают, как должен изменяться ток возбуждения для поддержания постоянным напряжения на зажимах генератора при изменении тока нагрузки при ,, .

Регулировочная характеристика показывает, каким образом необходимо изменять ток возбуждения для поддерживания неизменным напряжения на зажимах генератора.

При индуктивной нагрузке (кривая 1, рис. 30) для поддерживания напряжения неизменным необходимо увеличить ток возбуждения, так как реакция якоря имеет размагничивающее действие. В случае емкостного характера нагрузки (кривая 3, рис. 7.30) реакция якоря имеет намагничивающий характер, и ток возбуждения необходимо снижать при увеличении тока нагрузки для поддержания неизменным выходного напряжения. Поэтому имеется серия регулировочных характеристик для различных значений коэффициента мощности (см. рис. 7.30).

Включение в сеть трехфазных генераторов или параллельная работа генераторов переменного тока

При эксплуатации трехфазных генераторов для проведения профилактических работ или ремонта возникает необходимость отключения генератора от сети и последующая его постановка под нагрузку. Нагрузку предназначенного к отключению генератора берут на себя другие генераторы, поэтому практически всегда синхронные генераторы электростанций большой мощности работают в параллельном режиме не только с генераторами собственной электростанции, но и с генераторами других электростанций, объединенных в единую энергетическую систему. В этом случае мощность сети энергетической системы многократно превышает мощность отдельного генератора, поэтому можно считать, что напряжение и частота сети являются величинами постоянными, не зависящими от отдельно взятого генератора.

При отключении генератора от сети, равно как и при его подключении к сети, необходимо избежать скачкообразного изменения тока генератора, так как это может привести к нарушению изоляции, механическим ударам и выходу из строя самого генератора.

При отключении генератора сначала уменьшают до нуля механический момент приводного механизма, затем током возбуждения снижают ток генератора до минимального значения и потом отключают генератор от сети.

Включение генератора в сеть возможно при выполнении следующих условий:

• 1) электродвижущая сила генератора должна быть равной напряжению сети;
• 2) частота напряжения генератора должна быть практически равной частоте сети;
• 3) порядок следования фаз генератора и сети должен быть одинаковым;
• 4) для исключения броска тока в момент подключения генератора к сети начальные фазы фазных напряжений должны быть равными.

Процесс подготовки подключения генератора в сеть и само подключение называют синхронизацией.

Для контроля выполнения указанных условий используются синхроскопы. На первом этапе синхронизации используют ламповые синхроскопы, состоящие из трех ламп, номинальное напряжение которых в два раза больше фазного напряжения сети.

С помощью ламповых синхроскопов возможен контроль порядка следования фаз и частоты генератора. Выполнение первого требования равенства ЭДС генератора напряжению сети с помощью ламп проконтролировать трудно из-за того, что световое видимое излучение они обеспечивают при напряжении, равном 0,2…0,3 номинального. Поэтому для этого используются вольтметры.

На схеме показано подключение вольтметра .

Лампы синхроскопа могут быть включены «на потухание» или на «круговой огонь».

Если лампы синхроскопа включены «на потухание» (рис. 31) при правильном порядке следования фаз напряжение на зажимах каждой лампы может быть определено из векторной диаграммы (рис. 32).

Векторы фазных напряжений сети вращаются на комплексной плоскости с частотой . Векторы фазных ЭДС генератора вращаются с частотой ; Если , то действующее значение напряжения на лампе «а» синхроскопа будет изменяться по закону .

Если частота генератора будет равна частоте сети и их начальные фазы будут равны, напряжение на лампе «а» будет равно нулю.

При совпадении порядка следования фаз напряжение на двух других лампах будет тоже равно нулю, и все три лампы погаснут.

При несовпадении порядка следования фаз генератора и сети векторная диаграмма напряжений сети и ЭДС генератора будет выглядеть так, как это представлено на рис. 33.

Даже при равенстве частот генератора и сети, равенстве ЭДС генератора фазным напряжениям сети и равенстве начальных фаз и напряжение на лампе будет равно нулю, а напряжения на двух других лампах будут равны линейным напряжениям, и они будут гореть ярко. Если частота генератора в этом случае будет меньше частоты сети, то с течением времени напряжение на лампе «а» и «b» будет увеличиваться, а на лампе «с» уменьшаться. В определенный момент времени лампа «с» погаснет, а лампы «а» и «b» будут гореть ярко. В последующем погаснет лампа «b» и т. д.

При расположении ламп на окружности (рис. 34) при из-за последовательного погасания ламп a-c-b-a-c-b… создается впечатление огня, вращающегося против часовой стрелки. При этом частота вращения огня будет равна разности частот сети и генератора. Аналогично можно показать, что при частоте генератора большей частоты сети, направление вращения огня изменится на противоположное, т. е. вращение будет по часовой стрелке.

Таким образом, при включении ламп «на потухание» «вращающийся огонь» указывает на несовпадение порядка следования фаз сети и генератора. В этом случае необходимо поменять провода любых двух фаз генератора и провести синхронизацию снова.

Генератор можно подключить к сети только в том случае, если все лампы погасли, а вольтметр в лучшем случае показывает нулевое напряжение между клеммами сети и генератора.

Включение ламп «на потухание» не дает возможности определить соотношение частоты сети и генератора. Этим недостатком не обладает схема включения ламп «на круговой огонь» (рис. 35).

В этой схеме две лампы подключены к зажимам различных фаз. В этом случае вращение огня против часовой стрелки указывает на то, что частота генератора меньше частоты сети. Это дает возможность изменять частоту вращения приводного механизма генератора в нужном направлении для получения равенства частот.

При включении ламп синхронизатора на «круговой огонь» подключение генератора к сети возможно в следующих случаях:

• а) огонь не вращается (одна из ламп не горит);
• б) вольтметр показывает нулевое напряжение.

Угловые характеристики синхронных генераторов

Электрическая мощность синхронной машины определяется ее электрическими параметрами.

Активная составляющая мощности

где и — фазное напряжение и фазный ток,

— количество фаз машины.

Механический момент на валу синхронного генератора или синхронного двигателя выражается через активную мощность и частоту вращения вала машины. В режиме идеального холостого хода ось симметрии магнитного поля машины совпадает с геометрической осью симметрии полюсов индуктора. При увеличении развиваемой мощности синхронной машины ось магнитного полюса якоря смещается в пространстве относительно оси полюса индуктора на некоторый угол. В двухполюсной машине этот угол будет практически совпадать с фазовым сдвигом между ЭДС холостого хода и приложенным напряжением . В многополюсной машине пространственный угол смещения равен отношению к количеству пар полюсов машины .

Зависимость мощности машины и механического момента от угла называют угловыми характеристиками синхронной машины. Установим эту зависимость.

Рассмотрим векторную диаграмму синхронного генератора с неявно выраженными полюсами. Учитывая то, что в реальных машинах активное сопротивление обмотки статора меньше синхронного сопротивления, пренебрежем этим активным сопротивлением. Упрощенная векторная диаграмма генератора приведена на рис. 36. На векторной диаграмме и отрезок есть проекция вектора на направление вектора напряжения , т. е. . Тогда .

С другой стороны, угол равен , так как и прямоугольные и . В треугольнике катет или . Таким образом, . В ра-нее записанной формуле . или .

При параллельной работе генератора с сетью и при неизменном токе возбуждения напряжение и ЭДС являются величинами постоянными. Следовательно, мощность и угол связаны между собой синусоидальной зависимостью. При постоянной частоте вращения механический момент пропорционален мощности . Следовательно

В случае генераторов с явно выраженными полюсами магнитное сопротивление машины на единицу длины воздушного зазора зависит от положения точки в зазоре относительно полюсов индуктора. Используя теорию двух реакций и понятия продольной и поперечной составляющих реакции якоря, можно построить векторную диаграмму генератора с явно выраженными полюсами (рис. 37). Продольное и поперечное сопротивления не равны между собой.

Активная мощность генератора

Здесь есть проекция вектора на направление вектора , и является проекцией вектора тока на направление, перпендикулярное вектору . Тогда и , следовательно,

Подставляя и в формулу мощности, получаем:

Электромагнитный момент на валу генератора в этом случае для двухполюсной машины

Зависимость электромагнитного момента и электромагнитной мощности от пространственного угла называется угловыми характеристиками. Общий вид угловых характеристик синхронных машин с явно выраженными и неявно выраженными полюсами представлен на рис. 38.

Так как электромагнитный момент пропорционален мощности, поэтому на графике представлены угловые характеристики моментов неявнополюсной машины (рис. 38, кривая а) и явнополюсной машины (рис. 7.38, кривая б).

Если зависимость неявнополюсной машины практически синусоидальна, то угловая характеристика явнополюсной машины отличается от синусоидальной зависимости из-за влияния второй слагаемой формулы соответствующей теоретической характеристики.

В области отрицательных значений пространственного угла электромагнитный момент имеет отрицательное значение. Это соответствует работе синхронной машины в режиме двигателя, т. е. преобразователя электрической энергии в механическую энергию.

Мощность синхронизации и момент синхронизации

Способность синхронной машины оставаться в синхронизме с сетью называется стабильностью. Машина стабильна, если производная электромагнитного момента по пространственному углу будет положительной

Это значит, что положительному приращению угла должно соответствовать положительное приращение момента и отрицательному приращению угла соответствовать отрицательное приращение момента. Производную электромагнитного момента по углу называют синхронизирующим моментом

а производная мощности по углу называется синхронизирующей мощностью

Синхронизирующий момент уменьшается с увеличением угла и равен нулю при . Статическая стабильность машины ограничена максимальным электромагнитным моментом

В нормальных условиях синхронная машина работает далеко от предела статической стабильности. Это объясняется тем фактом, что пока угол становится больше 40 , синхронизирующий момент быстро уменьшается, это говорит о том, что большому изменению угла соответствует только малое увеличение мощности.

В большинстве случаев у синхронных машин угол при номинальной нагрузке не превосходит 20-30 .

Влияние тока возбуждения на режим работы синхронного генератора

Электродвижущая сила синхронной машины, работающая параллельно с сетью, может быть в фазе с напряжением сети и равна этому напряжению. В этом случае ток, протекающий в машине, равен нулю и по отношению к сети. Электродвижущую силу обмотки статора можно изменить путем изменения тока возбуждения. В обмотке статора появится некоторое нарушение равновесия, определяемое разностью ЭДС статора и напряжением сети. В обмотке потечет ток, величина которого будет зависеть от сопротивления обмотки статора

В этом случае машина не отдает в сеть активной мощности, так как ток будет чисто реактивным по отношению к вектору () и сдвинут по фазе относительно разности напряжений () на 90 (рис. 39, а).

Можно сказать, что синхронная машина перевозбуждена, когда ток статора отстает от напряжения , а в недовозбужденной машине ток опережает напряжение (рис. 39, б). При постоянном механическом моменте на оси машины, не равном нулю, когда электрическая мощность поставляется в сеть постоянно и не равна нулю, машина работает в режиме генератора.

Активная мощность машины в этом случае постоянна , напряжение на зажимах генератора тоже постоянно . Таким образом, величина постоянная. При изменении тока возбуждения активная составляющая тока должна оставаться постоянной и конец вектора тока будет перемещаться по прямой , перпендикулярной (рис. 40). С другой стороны, величина постоянная и является отрезком перпендикуляра, опущенного из конца вектора на направление . В этом случае конец вектора при изменении тока возбуждения переместится по прямой , параллельной напряжению и находящейся на расстоянии от него (см. рис. 40).

При изменении тока возбуждения, ток статора генератора имеет минимальное значение при , что соответствует переходу от недовозбужденного состояния к перевозбужденному. Соответствующая характеристика зависимости напоминает по форме букву и ее называют -образной характеристикой. Каждому значению мощности нагрузки соответствует своя -образная характеристика (рис. 41).

Значения тока возбуждения, соответствующие коэффициенту мощности (на рисунке эти значения представлены пунктирной линией) увеличиваются с увеличением мощности нагрузки. Этот факт объясняется увеличением потерь в обмотке статора и увеличением падений напряжений и .

Потери энергии и коэффициент полезного действия синхронного генератора

Процесс преобразования механической энергии в электрическую энергию сопровождается потерями. На рис. 42 представлена диаграмма распределения мощности в генераторе. Часть механической мощности приводного двигателя теряется на преодоление механического момента, обусловленного силой трения в подшипниках ротора .

Дополнительные виды потерь представлены на диаграмме потерями .

Кроме этого, в генераторе имеют место потери, расходуемые на возбуждение и компенсируемые возбудителем постоянного тока, находящимся, как правило, на одном валу с синхронным генератором . Обмотка возбуждения может получать питание от сети через выпрямитель, поэтому при автономной работе генератора мощность, теряемая на возбуждение, снимается с выходных зажимов генератора. Мощность, теряемая на возбуждение генератора, составляет 0,3…1 % от его номинальной мощности, и поэтому этой мощностью иногда пренебрегают.

Очевидны потери мощности на нагревание обмоток статора . Величина этих потерь определяется сопротивлением обмоток и силой тока статора. При этом мощность потерь в проводах обмотки пропорциональна квадрату тока.

Работа генератора связана с использованием вращающегося магнитного поля. Магнитопровод статора находится, таким образом, в изменяющемся магнитном поле и перемагничивается с частотой вращения индуктора. Перемагничивание магнитопровода связано с потерями на перемагничивание и на вихревые токи . Потери на перемагничивание и на вихревые токи практически не зависят от выходной мощности.

Все потери в синхронном генераторе, как и во всех электрических машинах, могут быть разделены на постоянные потери, которые практически не зависят от нагрузки, и переменные потери, зависящие от нагрузки. Постоянные потери определяются механическими потерями, потерями на возбуждение и потерями на перемагничивание магнитопровода. К переменным потерям относят потери в меди (в обмотке статора) и дополнительные потери.

Мощность генератора зависит от коэффициента мощности нагрузки.

Коэффициент полезного действия равен отношению мощности, отдаваемой машиной в сеть, к потребляемой от приводного двигателя мощности

Удобно представить потребляемую генератором мощность суммой отдаваемой мощности и мощностей всех потерь машины

где постоянные потери машины,

переменные потери машины.

КПД достигает максимального значения в том случае, когда переменные потери становятся равными постоянным потерям.

На рис. 7.43 изображены кривые зависимости КПД генератора в функции выходной мощности при различных значениях .

КПД современных генераторов составляет 96-97 %. Кривые КПД для проходят ниже кривой при , так как при одной и той же выходной активной полезной мощности , при том же напряжении при ток генератора должен быть большим. В этом случае переменная мощность потерь имеет большую величину и КПД имеет меньшее значение.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Регулировочная характеристика генератора показывает, в какой мере следует изменить ток в обмотке возбуждения для того, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным при изменении тока нагрузки.  [3]

Регулировочная характеристика генератора представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки, снимаемая при постоянном напряжении на зажимах генератора.  [4]

Регулировочная характеристика генератора ( рис. 9.15) нелинейна, что объясняется нелинейностью внешней характеристики и характеристики холостого хода.  [6]

Регулировочная характеристика генератора показывает, в какой мере следует изменить ток в обмотке возбуждения для того, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось постоянным при изменении тока нагрузки.  [7]

Регулировочная характеристика генератора с параллельным возбуждением имеет такой же вид, как и у генератора с независимым возбуждением. Однако эта характеристика имеет более крутую форму, так как вследствие большего процентного изменения напряжения, при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной, для поддержания напряжения постоянным требуется регулировка тока возбуждения в более широких пределах.  [8]

Регулировочные характеристики генератора определяют изменения тока возбуждения параллельной обмотки, компенсирующие действие последовательной обмотки.  [9]

Чем отличаются регулировочные характеристики генератора при независимом и параллельном возбуждении.  [10]

Что такое регулировочная характеристика генератора , при каких условиях она снимается.  [11]

Что показывает регулировочная характеристика генератора .  [13]

Таким образом, регулировочная характеристика генератора представляет собой зависимость тока возбуждения от тока нагрузки, снимаемая при постоянном напряжении на зажимах генератора.  [14]

На рис. 17.11 приведена регулировочная характеристика генератора / ( /) при [ / я const; П const. Эта характеристика определяет закон изменения тока возбуждения / в в зависимости от тока якоря / я, обеспечивающий постоянство напряжения на нагрузке.  [15]