Modes de funcionament dels generadors síncrons, característiques de funcionament dels generadors

Les principals magnituds que caracteritzen el generador síncron són: tensió terminal U, càrrega I, potència aparent P (kVa), revolucions del rotor per minut n, factor de potència cos φ.

Les característiques més importants del generador síncron són les següents:

• característica ociosa,

• característica externa,

• característica reguladora.

Característica sense càrrega d'un generador síncron

La força electromotriu del generador és proporcional a la magnitud del flux magnètic Ф creat pel corrent d'excitació iv i al nombre de revolucions n rotor del generador per minut:

E = cnF,

on s — factor de proporcionalitat.

Encara que la magnitud de la força electromotriu d'un generador síncron depèn del nombre de revolucions del rotor, és impossible ajustar-la canviant la velocitat de rotació del rotor, perquè la freqüència de la força electromotriu està relacionada amb el nombre de revolucions del rotor del generador, que es manté constant.

Per tant, queda l'única manera d'ajustar la magnitud de la força electromotriu d'un generador síncron: es tracta d'un canvi en el flux magnètic principal F. Aquest últim s'aconsegueix generalment ajustant el corrent d'excitació iw mitjançant un reòstat introduït al circuit d'excitació. del generador. En el cas que la bobina d'excitació s'alimenti amb corrent d'un generador de corrent continu situat al mateix eix amb aquest generador síncron, el corrent d'excitació del generador síncron s'ajusta canviant la tensió als terminals del generador de corrent continu.

La dependència de la força electromotriu E del generador síncron del corrent d'excitació iw a una velocitat nominal constant del rotor (n = const) i una càrrega igual a zero (1 = 0) s'anomena característica de ralentí del generador.

La figura 1 mostra la característica sense càrrega del generador. Aquí, la branca ascendent 1 de la corba s'elimina a mesura que el corrent iv augmenta de zero a ivm, i la branca descendent 2 de la corba, quan iv canvia de ivm a iv = 0.

Arròs. 1. Característica inactiva d'un generador síncron

La divergència entre les branques ascendent 1 i descendent 2 s'explica pel magnetisme residual. Com més gran sigui l'àrea delimitada per aquestes branques, més grans són les pèrdues d'energia en l'acer del generador síncron d'inversió de magnetització.

La inclinació de la pujada de la corba de ralentí en la seva secció recta inicial caracteritza el circuit magnètic del generador síncron. Com més baix sigui el cabal d'amperatge en els buits d'aire del generador, més pronunciada serà la característica de ralentí del generador en altres condicions.

Característiques externes del generador

La tensió terminal d'un generador síncron carregat depèn de la força electromotriu E del generador, la caiguda de tensió en la resistència activa del seu bobinat de l'estator, la caiguda de tensió deguda a la força electromotriu d'autoinducció Es i la caiguda de tensió deguda a la reacció de l'armadura.

Se sap que la força electromotriu dissipativa Es depèn del flux magnètic dissipatiu Fc, que no penetra els pols magnètics del rotor del generador i, per tant, no modifica el grau de magnetització del generador. La força electromotriu dissipativa d'autoinducció Es del generador és relativament petita i per tant es pot descuidar pràcticament, per tant, aquella part de la força electromotriu del generador que compensa la força electromotriu dissipativa d'autoinducció Es pot considerar pràcticament igual a zero. .

La resposta de l'induït té un efecte més notable sobre el mode de funcionament del generador síncron i, en particular, sobre la tensió als seus terminals. El grau d'aquesta influència depèn no només de la mida de la càrrega del generador, sinó també de la naturalesa de la càrrega.

Considerem primer l'efecte de la reacció de l'induït d'un generador síncron per al cas en què la càrrega del generador és purament activa. Per a això prenem part del circuit d'un generador síncron en funcionament que es mostra a la fig. 2, a. Aquí es mostra una part de l'estator amb un cable actiu al bobinatge de l'induït i una part del rotor amb diversos dels seus pols magnètics.

Arròs. 2. Influència de la reacció de l'induït sota càrregues: a — actiu, b — inductiu, c — naturalesa capacitiva

En aquest moment, el pol nord d'un dels electroimants que gira en sentit contrari a les agulles del rellotge amb el rotor passa just per sota del cable actiu del bobinatge de l'estator.

La força electromotriu induïda en aquest cable es dirigeix ​​cap a nosaltres darrere del pla del dibuix. I com que la càrrega del generador és purament activa, el corrent Iz del bobinat de l'induït està en fase amb la força electromotriu. Per tant, en el conductor actiu del bobinat de l'estator, el corrent flueix cap a nosaltres a causa del pla del dibuix.

Les línies de camp magnètic creades pels electroimants es mostren aquí en línies sòlides, i aquí es mostren les línies de camp magnètic creades pel corrent del cable de bobinat de l'induït. - una línia de punts.

A continuació a la fig. 2, a mostra un diagrama vectorial de la inducció magnètica del camp magnètic resultant situat per sobre del pol nord de l'electroimant. Aquí veiem que la inducció magnètica V, el camp magnètic principal creat per l'electroimant, té una direcció radial, i la inducció magnètica VI del camp magnètic del corrent del bobinat de l'induït es dirigeix ​​cap a la dreta i perpendicularment al vector V.

La inducció magnètica resultant El tall es dirigeix ​​cap amunt i cap a la dreta. Això significa que s'ha produït una certa distorsió del camp magnètic subjacent com a resultat de l'addició dels camps magnètics. A l'esquerra del pol nord es va afeblir una mica, i a la dreta va augmentar una mica.

És fàcil veure que la component radial del vector d'inducció magnètica resultant, de la qual depèn essencialment la magnitud de la força electromotriu induïda del generador, no ha canviat. Per tant, la reacció de l'armadura sota una càrrega purament activa del generador no afecta la magnitud de la força electromotriu del generador.Això vol dir que la caiguda de tensió a través del generador amb una càrrega purament activa es deu únicament a la caiguda de tensió a través de la resistència activa del generador si descuidem la força electromotriu d'autoinducció de fuites.

Suposem ara que la càrrega d'un generador síncron és purament inductiva. En aquest cas, el corrent Az queda endarrerit respecte de la força electromotriu E en un angle de π / 2... Això vol dir que el corrent màxim apareix al conductor una mica més tard que la força electromotriu màxima. Per tant, quan el corrent al cable del bobinatge de l'induït assoleixi el seu valor màxim, el pol nord N ja no estarà sota aquest cable, sinó que es mourà una mica més en la direcció de gir del rotor, tal com es mostra a la Fig. 2, b.

En aquest cas, les línies magnètiques (línies de punts) del flux magnètic de l'enrotllament de l'induït es tanquen a través de dos pols oposats adjacents N i S i es dirigeixen a les línies magnètiques del camp magnètic principal del generador creat pels pols magnètics. Això porta al fet que el camí magnètic principal no només es distorsiona, sinó que també es torna una mica més feble.

A la fig. La figura 2.6 mostra un diagrama vectorial de les induccions magnètiques: el camp magnètic principal B, el camp magnètic degut a la reacció de l'induït Vi i el camp magnètic resultant Vres.

Aquí veiem que el component radial de la inducció magnètica del camp magnètic resultant s'ha fet més petit que la inducció magnètica B del camp magnètic principal pel valor ΔV. Per tant, la força electromotriu induïda també es redueix perquè es deu a la component radial de la inducció magnètica.Això vol dir que la tensió als terminals del generador, en igualtat de coses, serà menor que la tensió a una càrrega del generador purament activa.

Si el generador té una càrrega purament capacitiva, el corrent en ell condueix la fase de la força electromotriu en un angle de π / 2... El corrent en els cables del bobinatge de l'induït del generador arriba ara a un màxim abans que l'electromotriu. força E. Per tant, quan el corrent al cable de l'enrotllament de l'àncora (Fig. 2, c) assoleix el seu valor màxim, el pol nord de N encara no acollirà aquest cable.

En aquest cas, les línies magnètiques (línies de punts) del flux magnètic del bobinatge de l'induït es tanquen a través de dos pols oposats adjacents N i S i es dirigeixen al llarg del camí amb les línies magnètiques del camp magnètic principal del generador. Això condueix al fet que el camp magnètic principal del generador no només està distorsionat, sinó també una mica amplificat.

A la fig. 2, c mostra el diagrama vectorial de la inducció magnètica: el camp magnètic principal V, el camp magnètic degut a la reacció de l'induït Vya i el camp magnètic resultant Bres. Veiem que la component radial de la inducció magnètica del camp magnètic resultant ha esdevingut més gran que la inducció magnètica B del camp magnètic principal en la quantitat ΔB. Per tant, la força electromotriu inductiva del generador també ha augmentat, la qual cosa significa que la tensió als terminals del generador, amb totes les altres condicions iguals, serà més gran que la tensió a una càrrega purament inductiva del generador.

Un cop establerta la influència de la reacció de l'induït sobre la força electromotriu d'un generador síncron per a càrregues de diferent naturalesa, es procedeix a aclarir les característiques externes del generador.La característica externa d'un generador síncron és la dependència de la tensió U als seus terminals de la càrrega I a velocitat constant del rotor (n = const), corrent d'excitació constant (iv = const) i la constància del factor de potència (cos φ = const).

A la fig. 3 es donen les característiques externes d'un generador síncron per a càrregues de diferent naturalesa. La corba 1 expressa la característica externa sota càrrega activa (cos φ = 1,0). En aquest cas, la tensió del terminal del generador cau quan la càrrega canvia d'inactivitat a nominal entre el 10 i el 20% de la tensió del generador sense càrrega.

La corba 2 expressa la característica externa amb una càrrega resistiva-inductiva (cos φ = 0, vuit). En aquest cas, la tensió als terminals del generador cau més ràpidament a causa de l'efecte desmagnetitzant de la reacció de l'induït. Quan la càrrega del generador canvia de sense càrrega a nominal, la tensió cau entre el 20 i el 30% de tensió sense càrrega.

La corba 3 expressa la característica externa del generador síncron a una càrrega activa-capacitiva (cos φ = 0,8). En aquest cas, la tensió del terminal del generador augmenta una mica a causa de l'acció magnetitzadora de la reacció de l'induït.

Arròs. 3. Característiques externes de l'alternador per a diferents càrregues: 1 — activa, 2 — inductiva, 3 capacitiva

Característica de control d'un generador síncron

La característica de control d'un generador síncron expressa la dependència del corrent de camp i en el generador de la càrrega I amb un valor efectiu constant de la tensió als terminals del generador (U = const), un nombre constant de revolucions del rotor. del generador per minut (n = const) i la constància del factor de la potència (cos φ = const).

A la fig.4 Es donen tres característiques de control d'un generador síncron. La corba 1 fa referència al cas de càrrega activa (perquè φ = 1).

Arròs. 4. Característiques de control de l'alternador per a diferents càrregues: 1 — activa, 2 — inductiva, 3 — capacitiva

Aquí veiem que a mesura que augmenta la càrrega I del generador, augmenta el corrent d'excitació. Això és comprensible, perquè amb un augment de la càrrega I, augmenta la caiguda de tensió de la resistència activa de l'induït bobinatge del generador, i és necessari augmentar la força electromotriu E del generador augmentant el corrent d'excitació iv. mantenir la tensió constant U .

La corba 2 fa referència al cas d'una càrrega actiu-inductiva a cos φ = 0,8... Aquesta corba puja més fort que la corba 1, a causa de la desmagnetització de la reacció de l'induït, que redueix la magnitud de la força electromotriu E i, per tant, la tensió U als terminals del generador.

La corba 3 fa referència al cas d'una càrrega activa-capacitiva a cos φ = 0,8. Aquesta corba mostra que a mesura que augmenta la càrrega del generador, es requereix menys corrent d'excitació i al generador per mantenir una tensió constant als seus terminals. Això és comprensible, ja que en aquest cas la reacció de l'induït augmenta el flux magnètic principal i per tant contribueix a un augment de la força electromotriu del generador i de la tensió als seus terminals.