Что такое перегрузочная способность генератора

Что такое перегрузочная способность генератора

3.14. U-образные характеристики синхронного генератора

Степень возбуждения генератора влияет только на реактивную составляющую тока статора, при этом активная составляющая не изменяется.

Предположим, что генератор после подключения на параллельную работу с сетью работает в режиме холостого хода. При перевозбуждении генератора ЭДС якоря вызовет появление избыточной ЭДС, что приведет к возникновению тока, отстающего от нее на угол. По отношении к ЭДСэтот ток будет также отстающим (индуктивным). Аналогично при недовозбуждении ЭДС якорявызовет появление избыточной ЭДС, что приведет к возникновению тока, отстающего от нее на угол. Но этот ток будет опережать ЭДС якоряна угол. При наличии нагрузки характер влияния возбуждения сохраняется, но дополнительно с реактивной возникает активная составляющая тока.

U-образные характеристики генератора – зависимости при.

Рис. Векторные диаграммы ЭДС синхронного генератора при, включенного на параллельную работу: перевозбуждение (слева); недовозбуждение (справа); U-образные характеристики генератора (слева).

При недовозбуждении генератора поток обмотки возбуждения может оказаться настолько ослабленным, что генератор выпадет из синхронизма. Соединив точки минимально допустимых значений тока возбуждения на U-образных характеристиках при разной нагрузке получают предел устойчивости работы синхронного генератора при недовозбуждении.

3.15. Электромагнитный момент и перегрузочная способность синхронной машины

При нагрузке генератора на его ротор действует тормозящий электромагнитный момент

.

Зависимость называетсяугловой характеристика, рисунок.

Для явнополюсной и неявнополюсной синхронной машины соответственно:

и.

Рис. Угловая характеристика момента явнополюсного синхронного генератора: 1 – основная составляющая (характерно для неявнополюсных машин); 2 – дополнительная составляющая; 3 – сумма.

Нагрузка синхронного генератора непрерывно меняется при включении и отключений приемников и из-за ряда других причин. Будем рассматривать статические характеристики без учета переходных процессов.

Рассмотрим неявнополюсной генератор, работающий параллельно с сетью бесконечной мощности (,) с неизменным возбуждением ().

Рис. Угловая характеристика неявнополюсного синхронного генератора: 1 и 2 – возможные установившиеся режимы работы генератора; 3 – режим максимальной электромагнитной мощности; – угол нагрузки.

Допустим, что синхронный генератор работает при некотором внешнем моменте , передаваемом его ротору первичным двигателем. Мощность первичного двигателяне зависит от угла нагрузкии изображена прямой линией.

Пересечение угловой характеристики с прямой (точки 1 и 2) определяет два возможных установившихся режима работы генератора. При работе в точке 1 случайные колебания нагрузки (угла) образовавшееся приращение мощностиили моментавозвращают генератор к исходному режиму. При аналогичных колебаниях в точке 2 приращение моментабудет оказывать противоположный эффект и ротор выпадет из синхронизма.Критерий устойчивости работы:

или.

Для неявнополюсной машины критический угол нагрузки

, при этомстатическая перегружаемость

.

Для явнополюсной машины критический угол нагрузки

.

Перегрузочная способность генератора:

.

Повысить устойчивость работы машины в эксплуатации возможно только за счет увеличения тока возбуждения (ЭДС). Однако это может привести к перегреву обмотки возбуждения. Также при изменении тока возбуждения в генераторе возникает реактивный ток, поэтому во избежание перегрева обмотки якоря необходимо недогружать генератор активной мощностью.

Согласно стандарту перегрузочная способность для мощных генераторов должна быть не менее 1,6-1,7, а для синхронных двигателей большой и средней мощности – не менее 1,65.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Перегрузочная способность — генератор

Перегрузочная способность генератора должна соответствовать перегрузочной способности двигателя. [1]

При наличии стабилизаторов повышается перегрузочная способность генераторов . [3]

Предельный ток 1пр определяет перегрузочную способность генератора и соответствует максимально возможному току в обмотке возбуждения. [5]

В этом случае более полно используется перегрузочная способность генераторов в несимметричных режимах. Части защиты с независимой ( ступенчатой) и зависимой характеристиками действуют, как правило, на отключение и гашение поля. [6]

Защита должна иметь зависимую от тока / 2 характеристику выдержки времени, соответствующую перегрузочной способности генератора . [7]

Если напряжение в этих пунктах снижается до указанного аварийного предела, оперативный персонал электростанций и подстанций с синхронными компенсаторами должен самостоятельно поддерживать напряжение путем использования перегрузочной способности генераторов и компенсаторов, а диспетчеры энергосистемы, ОДУ, ЦДУ ЕЭС СССР должны оказывать энергопредприятиям помощь путем перераспределения реактивной и активной мощности между ними. При этом разрешается поднимать напряжение в отдельных контрольных точках не выше значений, предельно допустимых для оборудования. [8]

Если напряжение в этих пунктах снижается до указанного аварийного предела, оперативно-диспетчерский персонал электростанций и подстанций с синхронными компенсаторами должен самостоятельно поддерживать напряжение путем использования перегрузочной способности генераторов и компенсаторов, а диспетчеры ЦДС, ОДУ, ЦДУ ЕЭС России должны оказывать электростанциям и электрическим сетям помощь путем перераспределения реактивной и активной мощности между ними. При этом не разрешается поднимать напряжение в отдельных контрольных пунктах выше значений, предельно допустимых для оборудования. [9]

Если напряжение в этих пунктах снижается до указанного аварийного предела, оперативный персонал электростанций и подстанций с синхронными компенсаторами обязан самостоятельно поддерживать напряжение за счет использования перегрузочной способности генераторов и компенсаторов, а диспетчеры энергосистем, ОДУ, ЦДУ должны принимать меры к ликвидации дефицита реактивной мощности. При этом разрешается поднимать напряжение в отдельных контрольных точках на 5 % выше установленного графиком, но не выше предельно допустимого для оборудования. [10]

На турбогенераторах новых серий с форсированным использованием активных материалов в качестве резервной защиты от междуфазных повреждений предусматривается фильтровая токовая защита обратной последовательности и токовая защита, реагирующая на полный ток фазы от симметричных повреждений; первая защита выполняется с зависимой характеристикой, соответствующей перегрузочной способности генератора по току обратной последовательности. [11]

На рис. 9.27, б изображены угловые характеристики при различных токах возбуждения ( при различных Е0), откуда следует, что чем больше ток возбуждения, тем меньше угол 6 при заданной нагрузке, а следовательно, тем больше отношение MMaHe / MBOM и перегрузочная способность генератора . [12]

На рис. 6.40, б изображены угловые характеристики при различных токах возбуждения ( при различных Е0), откуда следует, что чем больше ток возбуждения, тем меньше угол 9 при заданной нагрузке, а следовательно, тем больше отношение Mmax / MHOM и перегрузочная способность генератора . [13]

На рис. 8 — 37, б изображены угловые характеристики М — f ( 9) при различных токах возбуждения ( при различных Е0), откуда следует, что чем больше ток возбуждения, тем меньше угол 0 при заданной нагрузке, а следовательно, тем больше отношение Ммакс / Мном и перегрузочная способность генератора . [14]

Но в генераторах не полностью используется энергия магнита. При токах меньше номинального избыточный магнитный поток расходуется на магнитном сопротивлении статора. Перегрузочная способность генератора мала. [15]

Перегрузочная способность генераторов по току ротора

Продолжительность перегрузки ротора с непосредственным охлаждением, мин.	Кратность перегрузки ротора
1,05
1,1
1,15
1,2
1,5
0,3

Для предотвращения повреждений ротора при перегрузке его обмотки во время форсировки возбуждения на генераторах предусматривается автоматическое ограничение длительности форсировки, а на генераторах с непосредственным охлаждением защита ротора от перегрузки, действующая на отключение генератора.

Как следует из таблицы 7-1 и 7-2 перегрузка до 30% на генераторах с непосредственным охлаждением и до 50% на генераторах с косвенным охлаждением допускается в течение достаточно длительного времени (2 мин и более), поэтому при таких перегрузках немедленного автоматического отключения генератора не требуется.

Во многих случаях перегрузки, обусловленные форсировкой возбуждения, синхронными качаниями и т.п. ликвидируются внешними защитами до истечения предельного времени tдоп. Отключение генераторов при перегрузках допускается только тогда, когда принятые дежурным персоналом меры по их разгрузке не дают результата, а допустимые время истекло.

Поэтому защиты от перегрузки генераторов на электростанциях с дежурным персоналом действуют на сигнал, а на полностью автоматизированных электростанциях защиты от перегрузки выполняются с действием на отключение или разгрузку генераторов по истечению допустимого времени перегрузки.

Несимметричная перегрузка по току статора возникает при 2-х фазных и однофазных к.з. вне генератора, при обрывах одной или 2-х фаз цепи, соединяющей генератор с нагрузкой, а также при неполнофазных режимах работы сети. Несимметрия токов в статоре генератора приводит к дополнительному нагреву ротора и механической вибрации, что может привести к повреждению генератора. Несимметрия может возникнуть при отказе во включении и отключении одной из фаз выключателя.

Несимметрия сопровождается появлением в обмотке статора генератора токов обратной последовательности, которые имеют обратное чередование фаз и создают магнитное поле, вращающееся в сторону, противоположную вращению ротора. Магнитный поток от токов обратной последовательности создаёт дополнительный пульсирующий с двойной частотой электромагнитный момент, пересекает корпус ротора с двойной скоростью и индуктирует в металлических частях ротора (в бочке ротора) значительные вихревые токи, имеющие двойную частоту. Вихревые токи вызывают повышенный нагрев ротора, а пульсирующий момент – вибрацию вращающихся частей машины.

Допустимая длительность прохождения по генератору тока обратной последовательности может быть определена по следующему выражению:

где:
tдоп	—	допустимая длительность прохождения тока обратной последовательности;
	—	кратность тока обратной последовательности по отношению к номинальному току генератора;
А	—	постоянная величина для генератора данного типа.

Например, для гидрогенераторов СШГЭС А=20, а для гидрогенераторов Майнской ГЭС – 40.

Защита генераторов от внешних несимметричных к.з. и несимметричных режимов осуществляется специальной токовой защитой обратной последовательности, действующей на сигнал при незначительной несимметрии выше допустимых значений и на отключение при появлении опасных для генератора значений токов обратной последовательности.

Повышение напряжения возникает на генераторах при внезапном сбросе нагрузки так как при этом исчезает магнитный поток реакции статора и увеличивается частота вращения разгрузившейся машины.

Повышение напряжения на выводах обмотки статора генератора может привести к пробою изоляции и возникновению в генераторе междуфазного к.з.

На турбогенераторах регулятор скорости предотвращает значительное увеличение скорости вращения, а если скорость вращения превысит 110% номинальной, срабатывает автомат безопасности и прекращается доступ пара в турбину.

На гидрогенераторах при сбросе нагрузки могут иметь место увеличение скорости вращения до величины 150-170% номинальной и соответствующее повышение напряжения статора. Поэтому защита от повышения напряжения устанавливается только на гидрогенераторах с действием на отключение и развозбуждение.

Асинхронный режим на генераторах возникает при потере возбуждения, а также при потере синхронизма генератора работающего параллельно с другими генераторами системы.

При работе в асинхронном режиме увеличивается скорость вращения генератора и возникает пульсация тока статора.

Большинство турбогенераторов может длительно работать в асинхронном режиме (с косвенным охлаждением до 30минут с нагрузкой до 60%, с непосредственным охлаждением до 15 минут с нагрузкой до 40% номинальной).

Асинхронный режим работы гидрогенераторов в большинстве случаев сопровождается значительным понижением напряжения и большими качаниями, при которых ток статора может в несколько раз превышать номинальный. Поэтому «Правилами технической эксплуатации» (ПТЭ) работа гидрогенераторов в асинхронном режиме без возбуждения, а также работа возбуждённого гидрогенератора в асинхронном режиме относительно других генераторов энергосистемы запрещается.

В случае потери возбуждения все гидрогенераторы необходимо отключать от сети или немедленно принять меры к восстановлению нормального режима, для этого гидрогенераторы оснащаются защитой от потери возбуждения, действующей на отключение и развозбуждение, а на мощных гидрогенераторах дополнительно устанавливается специальная защита от асинхронного хода, действующая на немедленную разгрузку генератора по активной мощности и если асинхронный ход не устраняется – на отключение от сети и развозбуждение генератора.

В соответствии с требования ПУЭ для генераторов напряжением выше 1 кВ и мощностью более 1 МВт, должны быть предусмотрены устройства РЗ от следующих видов повреждений и нарушений нормального режима работы:

— междуфазных к.з. в обмотке статора генератора и на его выводах;

— однофазных замыканий на землю в обмотке статора;

— двойных замыканий на землю, одно из которых – в обмотке статора, а второе – во внешней сети;

— замыканий между витками одной фазы в обмотке статора;

— перегрузки токами обратной последовательности (для генераторов мощностью более 30 МВт);

— симметричной перегрузки обмотки статора;

— перегрузки обмотки ротора током возбуждения (для генераторов с непосредственным охлаждением проводников обмоток);

— замыкания на землю в цепи возбуждения;

— асинхронного режима с потерей возбуждения.

Режимы работы синхронных генераторов, рабочие характеристики генераторов

Основными величинами, характеризующими синхронный генератор, являются: напряжение на зажимах U , нагрузка I , полная мощность P (кВа), число оборотов ротора в минуту n , коэффициент мощности cos φ .

Важнейшие рабочие характеристики синхронного генератора следующие:

характеристика холостого хода,

Характеристика холостого хода синхронного генератора

Электродвижущая сила генератора пропорциональна величине магнитного потока Ф, создаваемого током возбуждения i в, и числу оборотов n ротора генератора в минуту:

где с — коэффициент пропорциональности.

Хотя величина электродвижущей силы синхронного генератора зависит от числа оборотов n ротора, регулировать ее путем изменения скорости вращения ротора невозможно, так как с числом оборотов ротора генератора связана частота электродвижущей силы, которая должна быть сохранена постоянной.

Следовательно, остается единственный способ регулировки величины электродвижущей силы синхронного генератора — это изменение основного магнитного потока Ф. Последнее обычно достигается путем регулирования тока возбуждения iв с помощью реостата, введенного в цепь возбуждения генератора. В том случае когда обмотка возбуждения питается током от генератора постоянного тока, сидящего на одном валу с данным синхронным генератором, ток возбуждения синхронного генератора регулируется изменением напряжения на зажимах генератора постоянного тока.

Зависимость электродвижущей силы Е синхронного генератора от тока возбуждения iв при постоянстве номинальной скорости вращения ротора ( n = const) и нагрузке, равной нулю ( 1 = 0), называется характеристикой холостого хода генератора.

На рисунке 1 приведена характеристика холостого хода генератора. Здесь восходящая ветвь 1 кривой снята при возрастании тока i в от нуля до i в m , а нисходящая ветвь 2 кривой — при изменении iв от iвm до iв = 0.

Рис. 1. Характеристика холостого хода синхронного генератора

Несовпадение восходящей 1 и нисходящей 2 ветвей объясняется остаточным магнетизмом. Чем больше площадь, ограниченная этими ветвями, тем больше потерь энергии в стали синхронного генератора на перемагничивание.

Крутизна подъема кривой холостого хода на ее начальном прямолинейном участке характеризует магнитную цепь синхронного генератора. Чем меньше расход ампер-витков в воздушных зазорах генератора, тем при прочих одинаковых условиях будет круче характеристика холостого хода генератора.

Внешняя характеристика генератора

Напряжение на зажимах нагруженного синхронного генератора зависит от электродвижущей силы Е генератора, от падения напряжения в активном сопротивлении его статорной обмотки, падения напряжения, обусловленного электродвижущей силой самоиндукции рассеяния Es, и падения напряжения, обусловленного реакцией якоря.

Электродвижущая сила рассеяния Es, как известно, зависит от магнитного потока рассеяния Ф s , который не проникает в магнитные полюса ротора генератора и, следовательно, не изменяет степени намагничивания генератора. Электродвижущая сила самоиндукции рассеяния Es генератора относительно мала, а поэтому практически ею можно пренебречь. В соответствии с этим ту часть электродвижущей силы генератора, которая компенсирует электродвижущую силу самоиндукции рассеяния Es, можно считать практически равной нулю.

Реакция якоря оказывает более заметное влияние на режим работы синхронного генератора и, в частности, на величину напряжения на его зажимах. Степень этого влияния зависит не только от величины нагрузки генератора, но и от характера нагрузки.

Рассмотрим вначале влияние реакции якоря синхронного генератора для случая, когда нагрузка генератора носит чисто активный характер. Для этой цели возьмем часть схемы работающего синхронного генератора, изображенную на рис. 2 ,а. Здесь показаны часть статора с одним активным проводником якорной обмотки и часть ротора с несколькими его магнитными полюсами.

Рис. 2. Влияние реакции якоря для нагрузок: а — активного, б — индуктивного, в — емкостного характера

В рассматриваемый момент времени северный полюс одного из электромагнитов, вращающихся вместе с ротором против часовой стрелки, как раз проходит под активным проводником статорной обмотки.

Электродвижущая сила, индуктированная в этом проводнике, направлена к нам из-за плоскости рисунка. А так как нагрузка генератора носит чисто активный характер, то ток I в якорной обмотке совпадает по фазе с электродвижущей силой. Следовательно, в активном проводнике статорной обмотки ток течет к нам из-за плоскости рисунка.

Магнитные линии поля, создаваемого электромагнитами, показаны здесь сплошными линиями, а магнитные линии поля, создаваемого током провода якорной обмотки, — пунктирной линией.

Внизу на рис. 2 ,а показана векторная диаграмма магнитной индукции результирующего магнитного поля, находящегося над северным полюсом электромагнита. Здесь мы видим, что магнитная индукция В основного магнитного поля, создаваемого электромагнитом, имеет радиальное направление, а магнитная индукция В я магнитного поля тока якорной обмотки направлена вправо и перпендикулярно вектору В .

Результирующая магнитная индукция Врез направлена вверх и вправо. Это значит, что в результате сложения магнитных полей произошло некоторое искажение основного магнитного поля. Слева от северного полюса оно несколько ослабилось, а справа — несколько усилилось.

Нетрудно видеть, что радиальная составляющая вектора результирующей магнитной индукции, от которой по сути дела зависит величина индуктированной электродвижущей силы генератора, не изменилась. Следовательно, реакция якоря при чисто активной нагрузке генератора не влияет на величину электродвижущей силы генератора. Это значит, что и падение напряжения в генераторе при чисто активной нагрузке обусловлено только падением напряжения в активном сопротивлении генератора, если пренебречь электродвижущей силой самоиндукции рассеяния.

Теперь допустим, что нагрузка синхронного генератора носит чисто индуктивный характер. В этом случае ток I отстает по фазе от электродвижущей силы Е на угол π/2 . Это значит, что максимум тока возникает в проводе несколько позднее, чем максимум электродвижущей силы. Следовательно, когда в проводе якорной обмотки ток достигнет максимального значения, северный полюс N будет уже не под этим проводом, а сместится несколько дальше в направлении вращения ротора, как это показано на рис. 2 ,б.

В этом случае магнитные линии (пунктирные линии) магнитного потока якорной обмотки замыкаются через два соседних разноименных полюса N и S и направлены навстречу магнитным линиям основного магнитного поля генератора, создаваемого магнитными полюсами. Это приводит к тому, что основное магнитное пате не только искажается, но и делается несколько слабее.

На рис. 2,6 приведена векторная диаграмма магнитных индукций: основного магнитного поля В, магнитного поля, обусловленного реакцией якоря В я, и результирующего магнитного поля В рез.

Здесь мы видим, что радиальная составляющая магнитной индукции результирующего магнитного поля стала меньше магнитной индукции В основного магнитного поля на величину Δ В. Следовательно, стала меньше и индуктированная электродвижущая сила, так как она обусловлена радиальной составляющей магнитной индукции. А это значит, что напряжение на зажимах генератора при всех прочих равных условиях будет меньше, чем напряжение при чисто активной нагрузке генератора.

Если генератор имеет нагрузку чисто емкостного характера, то ток в нем опережает по фазе электродвижущую силу на угол π/2 . Ток в проводниках якорной обмотки генератора теперь достигает максимума раньше, чем электродвижущая сила Е. Следовательно, когда в проводе якорной обмотки (рис. 2,в) ток достигнет максимального значения, северный полюс N еще не подойдет под этот провод.

В этом случае магнитные линии (пунктирные линии) магнитного потока якорной обмотки замыкаются через два соседних разноименных полюса N и S и направлены попутно с магнитными линиями основного магнитного поля генератора. Это приводит к тому, что основное магнитное поле генератора не только искажается, но и несколько усиливается.

На рис. 2,в приведена векторная диаграмма магнитной индукции: основного магнитного поля В , магнитного поля, обусловленного реакцией якоря Вя, и результирующего магнитного поля B рез. Мы видим, что радиальная составляющая магнитной индукции результирующего магнитного поля стала больше магнитной индукции В основного магнитного поля на величину Δ В. Следовательно, увеличилась и индуктированная электродвижущая сила генератора.А это значит, что напряжение на зажимах генератора при всех прочих одинаковых условиях станет больше, чем напряжение при чисто индуктивной нагрузке генератора.

Выяснив влияние реакции якоря на электродвижущую силу синхронного генератора при различных по своему характеру нагрузках, перейдем к выяснению внешней характеристики генератора. Внешней характеристикой синхронного генератора называется зависимость напряжения U на его зажимах от нагрузки I при постоянной скорости вращения ротора (n = const), постоянстве тока возбуждения (i в = const) и постоянстве коэффициента мощности (cos φ = const).

На рис. 3 приведены внешние характеристики синхронного генератора для различных по своему характеру нагрузок. Кривая 1 выражает внешнюю характеристику при активной нагрузке (cos φ = 1,0). В этом случае напряжение на зажимах генератора падает при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной в пределах 10 — 20% напряжения при холостом ходе генератора.

Кривая 2 выражает внешнюю характеристику при активно-индуктивной нагрузке (cos φ = 0 ,8). В этом случае напряжение на зажимах генератора падает быстрее из-за размагничивающего действия реакции якоря. При изменении нагрузки генератора от холостого хода до номинальной напряжение уменьшается в пределах 20 — 30% напряжения при холостом ходе.

Кривая 3 выражает внешнюю характеристику синхронного генератора при активно-емкостной нагрузке (cos φ = 0,8). В этом случае напряжение на зажимах генератора несколько растет из-за намагничивающего действия реакции якоря.

Рис. 3. Внешние характеристики генератора переменного тока для различных нагрузок: 1 — активной, 2 — индуктивной, 3 емкостной

Регулировочная характеристика синхронного генератора

Регулировочная характеристика синхронного генератора выражает зависимость тока возбуждения i в генератора от нагрузки I при постоянстве действующего значения напряжения на зажимах генератора (U = const), постоянстве числа оборотов ротора генератора в минуту ( n = const) и постоянстве коэффициента мощности (cos φ = const).

На рис. 4 приведены три регулировочные характеристики синхронного генератора. Кривая 1 относится к случаю активной нагрузки (cos φ = 1 ) .

Рис. 4. Регулировочные характеристики генератора переменного тока для различных нагрузок: 1 — активной, 2 — индуктивной, 3 — емкостной

Здесь мы видим, что с ростом нагрузки I генератора ток возбуждения растет. Это понятно, так как с ростом нагрузки I увеличивается падение напряжения в активном сопротивлении якорной обмотки генератора и требуется увеличить электродвижущую силу Е генератора путем увеличения тока возбуждения i в , чтобы сохранить постоянство напряжения U.

Кривая 2 относится к случаю активно-индуктивной нагрузки при cos φ = 0 ,8 . Эта кривая поднимается круче, чем кривая 1, вследствие размагничивающего действия реакции якоря, снижающего величину электродвижущей силы Е, и, следовательно, напряжение U на зажимах генератора.

Кривая 3 относится к случаю активно-емкостной нагрузки при cos φ = 0,8. Эта кривая показывает, что с ростом нагрузки генератора требуется меньший ток возбуждения iв генератора для поддержания постоянства напряжения на его зажимах. Это понятно, так как в этом случае реакция якоря усиливает основной магнитный поток и, следовательно, способствует увеличению электродвижущей силы генератора и напряжения на его зажимах.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Как перегрузка повлияет на работу генератора?

В промышленности, строительстве и в быту широко применятся дизельные и бензиновые электростанции. В случае если суммарная мощность подключенного к генератору оборудования превышает максимально допустимую величину, происходит перегрузка агрегата.

К перегрузке электростанции может привести подключение пылесоса, микроволновки, стиральной машины и любого другого электроприбора с высоким пусковым током. Обычно такие процессы длятся непродолжительное время. В этом случае ток, возникающий в электрогенераторе, не успевает перегреть и разрушить его обмотки.

В случае эксплуатации генератора с повышенной нагрузкой в постоянном режиме, например, при коротком замыкании, происходит перегрев коллектора и обмоток электрогенератора. Повышение температуры, в свою очередь, может привести к разрушению изоляции обмоток, вызывать межвитковое замыкание и вывести их строя ротор и статор. Вполне очевидно, что единственным выходом в такой ситуации может стать только дорогостоящий ремонт. Признаки перегрузки:

• перегрев генератора;
• появление копоти в выхлопных газах;
• уменьшение мощности;
• возникновение перебоев в подаче электричества потребителю.

Несимметричная нагрузка

При эксплуатации синхронного генератора необходимо учитывать, что его конструкция спроектирована и разработана для работы с симметричной нагрузкой. Это говорит о необходимости контроля того, чтобы токи во всех фазах были одинаковы. В таком режиме общий магнитный поток, создаваемый токами, будет вращаться синхронно с ротором, в штатном режиме. Но при эксплуатации генератора может возникнуть ситуация, когда станция будет работать при несимметричной нагрузке. Это происходит при подключении однофазного мощного потребителя, либо при обрыве на одной из фаз. Такой режим работы может вызвать следующие последствия:

• Повышение температурного режима на обмотке ротора. Это происходит под воздействием токов возбуждения и при появлении добавочных потерь в роторе от поля обратной последовательности. Важно следить, чтобы нагрев ротора не превышал уровень температуры, допустимой при эксплуатации данного класса изоляции обмотки;
• Превышение тока в одной из фаз выше номинального значения. Этого нельзя допускать;
• Увеличение вибрации работающего генератора – признак выхода установки из штатного режима работы.

Асинхронный режим работы

Асинхронный режим работы генератора возникает в результате потери возбуждения. Причиной этого может быть, как самопроизвольное, так и ошибочное отключение автомата гашения поля (АГП), либо обрыв в цепи возбуждения. Для работы в асинхронном режиме характерно увеличение скорости вращения при снижении активной нагрузки, а также повышение тока статора. В результате генератором начинает потребляться реактивная мощность из сети. В итоге мы наблюдаем снижение напряжения в сети обслуживаемого установкой объекта.

Замыкание обмотки ротора на землю

К нештатным ситуациям относится и замыкание обмотки ротора на корпус генератора. Такая ситуация не представляет особой опасности, поскольку ток в этом случае ничтожно мал. В этом случае установку нужно остановить для обнаружения неисправности и устранения причин ее появления. При работе генератора с защитой от двойного замыкания цепи возбуждения, если появляется вторая точка, в роторе появляется вибрация. В такой ситуации генератор необходимо отключать, полностью разгружая от нагрузки.

Современные производители учитывают возможность возникновения перегрузок в процессе эксплуатации генераторов и разрабатывают различные варианты защиты как по току, так и по напряжению. Такое оборудование отключает электростанцию в зависимости от продолжительности и величины действующей перегрузки. Для отражения состояния оборудования на многих моделях имеется соответствующий индикатор.

Предотвратить возникновение перегрузок позволяет учет мощности и типа нагрузки, подключение электроприборов после включения, предварительный прогрев оборудования и четкое следование рекомендациям изготовителей.

При выходе какого-либо узла из строя, повреждении питающей линии, заклинивании рабочих органов, снижении напряжения и в других случаях возникают аварийные перегрузки. В этом случае единственным разумным решением является отключение электростанции и выполнение ее ремонта.

При необходимости по вопросам грамотной эксплуатации генераторов Вы можете проконсультироваться у технического специалиста ГК «ЭнергоПроф». Представитель фирмы объяснит, как избежать выхода электростанции из строя, и поможет выбрать модель с высокой перегрузочной способностью.

Синхронный генератор

Свойства и характеристики синхронного генератора. Потеря энергии при преобразовании в синхронном генераторе механической энергии в электрическую. Устойчивость и увеличение перегрузочной способности генератора. Особенности параллельной работы генератора.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	14.10.2010

Синхронный генератор

1 Характеристики генератора

О свойствах синхронного генератора (СГ) судят по его характеристикам:

1. Характеристика холостого хода: E(Iв) при I=0 и при n= nном.

При Iв=0 остаточным магнитным потоком наводится небольшая ЭДС Eх.

Наступает насыщение магнитопровода — излом кривой. Точка (Uном, Iв ном) расположена до насыщения — так проектируют СГ.

2. Внешняя характеристика: U(I) при Iв = Iв ном; cos=const; n= nном.

С ростом тока I при активной нагрузке напряжение U падает.

Изменение напряжения происходит в основном из-за реакции якоря. Если нагрузка активная, то поток изменяется незначительно.

При активно-индуктивной нагрузке реакция якоря — продольно-размагничивающая. Поток изменяется значительно, что приводит к сильному изменению напряжения.

При активно-емкостной нагрузке реакция якоря будет продольно-намагничивающая, поток будет возрастать, что приводит к небольшому увеличению напряжения.

Стабилизация напряжения достигается регулированием тока возбуждения.

3. Регулировочная характеристика: Iв (I) при U =const; cos=const; n= nном. U= Uном.

Эта характеристика показывает, как надо регулировать ток возбуждения при изменении нагрузки СГ, чтобы напряжение на его зажимах оставалось неизменным (искусственная характеристика).

Обычно регулировка напряжения, для того, чтобы U =const оставалось неизменным при изменении нагрузки I, осуществляется автоматически по схеме, где ТТ — трансформатор тока; Т — понижающий трансформатор.

При увеличении нагрузки I напряжение U падает (по внешней характеристике), но при этом ток Iу возрастает, что приводит к увеличению тока возбудителя Iв и к увеличению магнитного потока , ЭДС и напряжения U.

2 Потери и КПД синхронного генератора

В роторе и статоре имеются следующие потери:

1) потери на возбуждение; Rв — сопротивление цепи возбуждения.

2) — механические потери, вызванные всеми видами трения;

3) — потери магнитные в сердечнике статора (перемагничивание и вихревые токи);

(3 в формуле т.к. 3 фазы). Эта электромагнитная мощность передается на статор.

4) — потери в обмотке статора: .

P2 — полезная мощность, отдаваемая в сеть.

Потери , , — постоянные (не зависят от нагрузки) и составляют потери холостого хода ХХ синхронного генератора.

где — сумма всех потерь в СГ.

Из этой формулы следует, что КПД зависит от cos.

КПД СГ зависит не только от мощности нагрузки, но и от коэффициента мощности cos.
КПД СГ достигает 98-99 %.
Для этих генераторов применяют охлаждение газообразным водородом, водой и др.
Регулирование активной мощности. Угловые характеристики

Электромагнитная мощность равна

Но из подобия треугольников расставляем углы на векторной диаграмме. Катет bd равен:

ac E, bc I, значит угол bca = . Отсюда:

Подставляем это значение в формулу (*) получаем:

При неизменном токе возбуждения Iв =const.

СГ включен в сеть и обеспечивает U=Uсети=const.

где — угловая скорость вращения СГ;

— угловая частота тока;

p — число пар полюсов СГ.

Зависимость Pэм() или Mэм() — называется угловыми характеристиками СГ.

— характеризует устойчивость СГ.

Положительное значение соответствует генераторному режиму.

При =const увеличение тока возбуждения Iв СГ приводит к возрастанию электромагнитной мощности Pэм.

Если угол отрицательный — это соответствует режиму работы синхронной машины в двигательном режиме.

В режиме генератора Mэм противодействует вращению ротора, т.е. является тормозным.

В режиме генератора поле ротора ведущее, а поле статора — ведомое. В режиме двигателя — наоборот.

При увеличении момента силовые линии все больше деформируются (растягиваются), растет угол .

Если > 90, то силовые линии рвутся, магнитная сила между ротором и статором нарушается, ротор вращается как болванка, т.к. он ничего не вращает. Это явление называется выпаданием из синхронизма.

При — синхронный генератор работает устойчиво.

Изменение мощности параллельно работающего с сетью СГ достигается воздействием на первичный приводной двигатель.

Пусть СГ работал при угле 1. После увеличения подачи пара ротор ускорился, и угол возрос, т.к. увеличился момент приводного двигателя.

Когда угол возрос, то увеличился тормозной момент и при определенном угле 2 снова наступит равновесие моментов при новой мощности. Значит мы увеличили мощность.

При чрезмерном увеличении момента приводного двигателя тормозной момент не достигнет такой большой величины, т.е. они не уравновесятся и СГ выпадет из синхронизма.

— синхронизирующая мощность. Она показывает, насколько устойчив СГ при данном угле .

Источник: nevinka-info.ru