Характеристика холостого хода для синхронного генератора

Характеристика холостого хода для синхронного генератора

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:

Характеристика холостого хода для синхронного генератора

§ 116. Характеристики синхронных генераторов

Работа машины в различных режимах и свойства самой машины определяются ее характеристиками.

Для снятия характеристик синхронного генератора собирают схему, представленную на рис. 278.

Рис. 278. Схема снятия характеристик синхронного генератора

Рассмотрим характеристику холостого хода синхронного генератора. Она представляет зависимость индуктированной в статоре э.д.с. Е от тока возбуждения Iв при разомкнутой внешней цепи машины:

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 э.д.с. Е.

Характеристика холостого хода синхронного генератора показана на рис. 279. 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.

Рис. 279. Характеристика холостого хода синхронного генератора

Зависимость напряжения на зажимах генератора U от тока нагрузки I при постоянных (пост) значениях тока возбуждения Iв, коэффициента мощности cos φ и скорости вращения n дается внешней характеристикой:

при Iв = пост, cos φ = пост, n = nн = пост.

По показаниям амперметра и вольтметра, включенных в цепь обмотки статора, строят характеристику. На рис. 280 даны внешние характеристики генератора для различных видов нагрузки.

Рис. 280. Внешние характеристики синхронного генератора

Напомним, 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 U с нагрузкой происходит вследствие реакции якоря и падения напряжения в обмотке якоря (статора).

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

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

Регулировочная характеристика представляет зависимость тока возбуждения Iв от тока нагрузки I при постоянных значениях напряжения на зажимах генератора U, скорости вращения n и коэффициента мощности cos φ:

Регулировочные характеристики, представленные на рис. 281, показывают, как с изменением нагрузки необходимо менять ток возбуждения, чтобы компенсировать падение напряжения в обмотке якоря и действие реакции якоря.

Рис. 281. Регулировочные характеристики синхронного генератора

В процессе эксплуатации нагрузка генератора изменяется в течение суток как по величине, так и по своему характеру. Так, например, если генератор установлен на местной заводской электростанции, то в обеденные перерывы нагрузка значительно снижается. В вечернее время включаются лампы электрического освещения, а некоторая часть электродвигателей обычно отключается. Следовательно, активная нагрузка увеличивается, а индуктивная уменьшается и cos φ изменяется.

При увеличении активной нагрузки необходимо соответственно увеличить подачу пара, воды или нефти в первичный двигатель, а с уменьшением нагрузки, наоборот, уменьшить. Если увеличилась индуктивная нагрузка синхронного генератора (cos φ уменьшился), то необходимо увеличить ток возбуждения.

Эксплуатация электрических машин и аппаратуры — Характеристики синхронных генераторов

Содержание материала

Характеристикой машины называют зависимость одной величины от другой при определенных условиях. Характеристики часто строят в относительных единицах. В системе относительных единиц электрические величины выражают не в амперах, вольтах и т. д., а в частях, долях или процентах от величин, условно принятых за единицу или 100 %.
Так, за единицу напряжения принимается номинальное фазное напряжение синхронного генератора. Если генератор с линейным номинальным напряжением 400 в, то его фазное напряжение 230 в принимают за единицу напряжения. Напряжение 115 в будет соответствовать 0,5 относительной единицы.
За единицу тока якоря в системе относительных единиц принимается номинальный фазный ток генератора. За единицу мощности принимают номинальную мощность синхронного генератора. За единицу тока возбуждения принимают такой ток в роторе когда на зажимах генератора при холостом ходе и номинальной скорости вращения получается номинальное напряжение. За единицу скорости принимают синхронную скорость.

Характеристика холостого хода — зависимость напряжения при холостом ходе генератора от тока возбуждения при постоянной скорости вращения ротора (рис. 49).
Если характеристики холостого хода современных синхронных генераторов построить в относительных единицах, то они будут совпадать, что дает возможность ввести нормальную характеристику холостого хода:прямолинейную, область перегиба и пологую, почти прямолинейную часть.

Первая прямолинейная часть соответствует очень слабому насыщению магнитной системы машины, когда магнитный поток встречает постоянное сопротивление, обусловленное практически только воздушным зазором. На этой части характеристики с увеличением тока возбуждения пропорционально увеличивается и напряжение холостого хода генератора.

Рис. 49. Характеристика холостого хода синхронного генератора.
В области перегиба характеристики напряжение растет медленнее увеличения тока возбуждения. В этом случае к сопротивлению магнитного потока, обусловленному воздушным зазором, прибавляется все увеличивающееся с ростом тока сопротивление магнитной цепи на участках со сталью. В области перегиба насыщение магнитной системы все более и более увеличивается.
Третья, почти прямолинейная часть характеристики соответствует полному насыщению магнитной системы, на которой участки магнитной цепи оказывают магнитному потоку примерно такое же сопротивление, как и участки с воздушным зазором. На этой части характеристики напряжение очень медленно увеличивается с возрастанием тока возбуждения.
В синхронных генераторах точка номинальной э. д. с. — в области перегиба характеристики холостого хода. Это позволяет избежать резкого изменения напряжения при незначительных колебаниях тока возбуждения, дает возможность регулировать напряжение.

Рис. 50. Внешние характеристики синхронного генератора: 1— при активной нагрузке; 2 — при активно-индуктивной; 3 — при активно-емкостной.

Внешняя характеристика представляет зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки при постоянном токе возбуждения, скорости вращения п (или частоте) и коэффициенте мощности cos φ.
На рисунке 50 показаны внешние характеристики синхронного генератора при активной (/), активно-индуктивной (2) и активно-емкостной (5) нагрузке, снятые на понижение напряжения, то есть при увеличении нагрузок от холостого хода до номинальной или несколько большей. При росте активной нагрузки напряжение генератора уменьшается.

При увеличении активно-индуктивной нагрузки напряжение генератора уменьшается более интенсивно, чем при активной. Чем ниже коэффициент мощности потребителя, тем резче снижается напряжение генератора.

Внешние характеристики на понижение напряжения позволяют подсчитать процентное снижение напряжения генератора. При активной и активно-индуктивной нагрузках понижение напряжения положительное. При активно-емкостной нагрузке понижение напряжения может оказаться отрицательным, что указывает не на уменьшение, а на увеличение напряжения генератора.

Рис. 51. Регулировочные характеристики синхронного генератора:
1 — при активной; 2 при активно-индуктивной; 3 — при активно-емкостной нагрузке.

Внешние характеристики можно снять и на повышение напряжения. Для этого генератор загружают при номинальном напряжении на номинальный ток при заданном коэффициенте мощности, а затем уменьшают нагрузку до нуля. Напряжение генератора будет увеличиваться при активной и активно-индуктивной нагрузке, и оно может уменьшиться при активно-емкостной нагрузке. Эти внешние характеристики дают возможность подсчитать повышение напряжения, которое не должно превышать 50%.

Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуждения от тока нагрузки генератора при постоянном напряжении U, скорости вращения п и коэффициенте мощности. На рисунке 51 показаны регулировочные характеристики синхронного генератора при активной (1), активно-индуктивной (2) и активно-емкостной (3) нагрузках.
Регулировочные характеристики показывают, какой ток возбуждения должен быть, чтобы при заданной нагрузке напряжение генератора оставалось постоянным, равным номинальному. При активной и активно-индуктивной нагрузке с ростом тока якоря ток возбуждения должен возрастать, чтобы поддерживать заданную величину напряжения. При одном и том же токе нагрузки ток возбуждения должен быть большим при активно-индуктивной нагрузке, чем при активной.
При активно-емкостной нагрузке с увеличением тока якоря ток возбуждения при постоянном напряжении может уменьшаться или увеличиваться.
В ряде случаев при часто изменяющейся нагрузке ручное регулирование напряжения генератора оказывается неудовлетворительным. Поэтому синхронные генераторы снабжают специальными устройствами для автоматического регулирования напряжения.

Наладка электрических машин электроприводов — Снятие характеристик хх и кз генератора

Содержание материала

• Наладка электрических машин электроприводов
• Введение
• Общие указания по наладке
• Основные достоинства и недостатки систем управления электрических машин
• Подбор технической документации, подготовка аппаратуры и рабочего места
• Внешний осмотр, проверка механической части и сведения о монтаже
• Измерение сопротивления и контроль изоляции обмоток
• Проверка изоляции подшипников
• Измерение сопротивлений обмоток при постоянном токе
• Испытание электрической прочности изоляции обмоток повышенным напряжением
• Пуск двигателя
• Проверка механической части и правильности установки щеток машин постоянного тока
• Измерение сопротивлений обмоток машин постоянного тока
• Проверка схемы соединений обмоток машин постоянного тока
• Подъем напряжения генератора постоянного тока
• Пуск двигателя постоянного тока
• Снятие характеристик при холостом ходе машин постоянного тока
• Снятие характеристик хх и кз генератора
• Испытание генераторов под нагрузкой и графическое построение характеристик
• Испытание и снятие характеристик двигателей постоянного тока при различном виде нагрузок
• Наладочные работы при неподвижном состоянии машины переменного тока
• Пуск и снятие характеристик асинхронных двигателей
• Снятие характеристик синхронных генераторов
• Пуск и снятие характеристик синхронных двигателей
• Область применения и перспективы развития управляющих и измеряющих машин
• Электромашинные усилители
• Тахогенераторы
• Сельсины
• Исполнительные микродвигатели
• Осциллографирование токов и напряжений
• Осциллографирование скорости и ускорений

Снятие характеристик холостого хода генератора.

Характеристика холостого хода Е= f(Iв) подобна кривой намагничивания машины Ф =
=f(Iв) (так как при п=const Е = СФп = КФ) и служит для сопоставления с заводскими данными и анализа всех установившихся и переходных процессов управления. При снятии характеристики одновременно испытывается витковая изоляция обмотки якоря, проверяется коммутация щеток при холостом ходе и определяются предельные положения реостатов возбуждения.
Для снятия характеристики собирается схема, приведенная на рис. 2-17,а.
В случае отсутствия потенциометра ПТ достаточной мощности обмотка возбуждения генератора ШОГ может быть включена через реостат по схеме, приведенной на рис. 2-17,б; снятие характеристик крупных генераторов можно производить путем изменения возбуждения возбудителя В.
При наличии бесконтактного усилителя в цепи возбуждения следует собрать испытательную схему, позволяющую вручную плавно изменять управляющий сигнал усилителя. Ко времени снятия характеристики намагничивания генератор должен быть испытан согласно методике, описанной в § 2-4.
Порядок снятия характеристики.

1. Генератор приводится во вращение и разгоняется до установившейся скорости.

Рис. 2-18. Характеристика намагничивания генератора.

1. Ток возбуждения генератора увеличивается постепенно, пока напряжение на якоре не достигнет 130% номинального.

По мере подъема напряжения на восходящей ветви характеристики намагничивания (рис. 2-18) записывается 8— 12 точек.

1. Генераторы, работающие с изменением полярности, возбуждаются до соответствующего отрицательного напряжения, равного 1,3Uн, затем ток возбуждения плавно снижается до нуля. Записываются точки на каждой ветви; фиксируются токи возбуждения, размагничивающие машину до нуля (—I0 и + I0), и остаточные напряжения генератора ( + E0 и —Е0).

Во время снятия характеристик ток возбуждения в пределах между крайними значениями следует изменять только в одну сторону без возврата к предыдущим значениям (например, при подъеме тока недопустимо частичное его снижение). В противном случае из-за влияния остаточного магнетизма будут получены не плавные, а ступенчатые характеристики. По результатам измерений строится характеристика намагничивания.
4. При испытании генераторов и возбудителей, предназначенных для работы без изменения полярности, достаточно ограничиться снятием характеристики одностороннего намагничивания (рис. 2-19).

Снятие характеристики короткого замыкания генератора.

Характеристики Iя=f(Iв), дающие зависимость тока якоря от тока возбуждения генератора при замкнутой накоротко якорной цепи, снимаются в случаях наладки генераторов, работающих параллельно или в схемах управления Г—Д.

Рис. 2-19. Характеристика намагничивания возбудителя.
Снятие характеристики короткого замыкания производится для контроля надежности контактных соединений главных цепей, определения реакции якоря при разных значениях тока и проверки отсутствия самовозбуждения, что может иметь место в схемах с гашением поля.

Во время данных испытаний производятся настройка аппаратов защиты и контроля величины тока (автоматов, максимальных реле, реле токо- ограничения), а также градуировка устройств автоматического бесконтактного управления в функции тока.
Для снятия характеристики проводятся следующие подготовительные операции. Генератор приводится во вращение без подачи возбуждения; измеряется напряжение на якоре, создаваемое действием остаточного магнетизма. Обмотка возбуждения генератора включается через потенциометр. Желательно иметь потенциометр с двумя движками или использовать на обычном реостате вывод от средней точки (рис. 2-20,а). Можно воспользоваться также двумя потенциометрами по схеме на рис. 2-20,б. Путем последовательных перемагничиваний остаточный магнетизм, контролируемый по напряжению на якоре, снижается до нуля. Цепь главного тока генератора, в которую входят якорь, компенсационная обмотка, добавочные полюса и автомат главного тока, замыкается накоротко; собирается одна из схем испытаний, приведенных на рис. 2-20. Вводится в действие максимальная защита РМ и предусматривается аварийное размыкание якорной цепи. Данная предосторожность необходима в связи с тем, что при испытании в случае неправильно установленных щеток или асимметрии магнитных потоков могут произойти самовозбуждение генератора и самопроизвольное чрезмерное нарастание тока.
При снятии характеристик генератора со смешанным возбуждением рекомендуется последовательную обмотку вывести из работы.
Испытание генератора в режиме короткого замыкания рекомендуется проводить в следующем порядке.

1. Подается напряжение на потенциометр (рис. 2-20); движок Д плавно смещается от средней точки т до тех пор, пока ток в якорной цепи не достигнет номинальной величины.

Рис. 2-20. Схемы включения генератора при снятии характеристики короткого замыкания.

1. При номинальном токе якоря необходимо задержать на 3—5 мин дальнейшее повышение возбуждения и проследить, не наблюдается ли самопроизвольное возрастание тока. Установив отсутствие самовозбуждения, производят с помощью потенциометра дальнейшее увеличение тока якоря до 150% номинального, а затем возвращают движок Д к средней точке (т. е. уменьшают ток возбуждения до нуля). При испытании необходимо следить за коммутацией щеток генератора. Подъем и снижение тока якоря в пределах от Iн ДО 1,5Iн должны производиться достаточно быстро во избежание чрезмерного перегревания токоведущих частей.
2. Перемещением движка Д от средней точки т в противоположном направлении перемагничивается генератор и при обратной его полярности повторяются операции, указанные в пп. 1 и 2.

Рис. 2-21. Характеристика короткого замыкания генератора.

1. Убедившись в устойчивой работе генератора при обоих значениях полярности, следует повторить его полное перемагничивание в пределах ±1,5/п, записывая в трех-четырех точках каждой полуветви значения токов якоря и возбуждения. По данным измерений строится характеристика короткого замыкания, приведенная на рис. 2-21.

В системах авторегулирования для настройки узлов токоограничения и токовой отсечки ток якоря генератора приходится поднимать до значений (1,8-2,5)Iн. Реле максимальной защиты настраиваются на ток 3Iн, а иногда и более. Во время опыта короткого замыкания прохождение столь больших токов не представляет опасности для машины, если оно длится не более 2—5 сек [Л. 4]. За больший период времени (измеряемый десятками секунд) могут перегреться гибкие подводы к щеткам, распаяться петушки, подогреть щетки и пластины коллектора. Поэтому изменение возбуждения генератора следует производить таким образом, чтобы после каждого очередного измерения ток якоря вновь снижался до нуля. Необходимо иметь в виду, что сдвиг щеток с нейтрали против направления вращения всего на 3—4 эл. град может привести к увеличению тока якоря примерно вдвое (при том же возбуждении). На наклон характеристики короткого замыкания резко влияет переходное сопротивление щеток, в свою очередь зависящее от того, имеет ли место замедленная или ускоренная коммутация. Машины постоянного тока большой мощности вследствие действия компенсационной обмотки имеют обычно ускоренную коммутацию в пределах изменения тока до номинального значения. При этом секции, замкнутые щетками накоротко, создают продольную н. с., усиливающую основное поле, и наклон характеристики короткого замыкания резко возрастает.
Приведенные выше замечания дают возможность судить о том, что без специальных теоретических знаний и практического опыта при снятии характеристики могут быть допущены большие ошибки.

Основные характеристики синхронных генераторов

Основными характеристиками синхронных генераторов являются:

— характеристика холостого хода;

Характеристика холостого хода показывает зависимость ЭДС генератора от величины тока возбуждения при постоянной частоте и отключенной нагрузке, т.е. при холостом ходе Е = f(Iв) при Iн = 0, n = const.

В нижней части характеристика холостого хода прямолинейна, поскольку при малых индукциях большая часть МДС (W Iв) затрачивается на преодоление магнитным потоком воздушного зазора между статором и ротором, а для воздуха зависимость Ф = f(Iв) линейная. Стальные же участки магнитопровода при малых индукциях не представляют существенного сопротивления магнитному потоку.

При дальнейшем увеличении МДС и потока сказывается магнитное насыщение стали, вследствие чего магнитное сопротивление стальных участков начинает быстро возрастать и для их преодоления потоком требуется значительно большая часть МДС. Поэтому характеристика начинает наклоняться в сторону оси абсцисс и становится криволинейной.

При полном насыщении стали магнитопровода, которое наступает при очень больших МДС, характеристика холостого хода снова выпрямляется, но ее наклон к оси абсцисс значительно меньше, чем на начальном линейном участке.

Характеристика холостого хода определяет свойства магнитной цепи синхронного генератора. Она аналогична кривой намагничивания, которую рассматривали в теме магнитные цепи. т.е. она имеет восходящую и нисходящую ветви обусловленные наличием гистерезиса в сердечнике машины.

Рабочую точку А, соответствующую номинальному режиму работы генератора, выбирают обычно на перегибе («колене») характеристики холостого хода.

Внешняя характеристика показывает, как изменяется напряжение на генераторе при изменении тока нагрузки и постоянной частоте вращения, а также при неизменных коэффициенте мощности и токе возбуждения

U = f(Iн) при Iв, n, cos = const.

С увеличением нагрузки, подключенной к генератору, возрастает ток якоря Iя. Это приводит к увеличению падения напряжения в обмотке якоря. Тогда из основного уравнения генератора U = E – Iя · Rя, следует, что напряжение на выходе генератора будет уменьшаться вследствие:

— изменения напряжения на обмотке якоря Iя · Rя ;

— изменения ЭДС Е из-за реакции якоря, зависящей от характера нагрузки.

При подключении различной по характеру нагрузки (R, L, С) внешняя характеристика различна. Это обуславливается влияние тока якоря на магнитное поле генератора. Используя закон электромагнитной индукции и известные фазовые соотношения (ток на индуктивности отстает от напряжения на угол 90 0 , а на емкости опережает напряжение на такой же угол) можно увидеть, что при подключении емкости ток нагрузки (якоря) подмагничивает генератор (благодаря продольно – намагничивающей реакции якоря).

При индуктивной нагрузке, ток якоря наиболее сильно размагничивает генератор (сильно сказывается влияние продольно – размагничивающей реакции якоря).

Регулировочная характеристикапоказывает, как следует изменять ток возбуждения синхронного генератора при изменении тока нагрузки, чтобы поддерживать неизменным напряжение Iв = f(I) при U, n, cos = const.

Различный характер кривых обусловлен опять фазовыми соотношениями в цепях с разной нагрузкой, как и во внешней характеристике.

Для поддержания напряжения неизменным при активной и тем более активно-индуктивной нагрузке, когда сильно сказывается продольно-размагничивающая реакция якоря, ток возбуждения нужно увеличивать, а при активно-емкостной нагрузке – уменьшать.

|	следующая лекция ==>
Особенности конструкции бесконтактных синхронных генераторов	|	И КПД синхронного генератора

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

§88. Режимы работы синхронного генератора и его характеристики

Холостой ход. Э. д. с, индуцированная в каждой фазе обмотки якоря синхронного генератора, при холостом ходе

cE — постоянная величина, зависящая от конструкции машины (числа витков обмотки якоря, числа полюсов и др.);

Фв — магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения.
Регулирование напряжения и частоты. Из формулы (88) следует, что регулировать э. д. с. (напряжение генератора) можно двумя способами: изменением частоты вращения п или изменением магнитного потока возбуждения Фв. Для изменения потока возбуждения в цепь обмотки возбуждения включают регулировочный реостат (см. рис. 284) или автоматически действующий регулятор напряжения, которые позволяют изменить ток возбуждения, поступающий в эту обмотку, а следовательно, и создаваемый ею поток. Регуляторы напряжения широко применяют для регулирования возбуждения генераторов, работающих при переменной частоте вращения, т. е. генераторов, приводимых во вращение от дизеля (на тепловозах) или от колесной пары (на пассажирских вагонах). При изменении частоты вращения п и нагрузки машины они автоматически изменяют ток возбуждения Iв, т. е. поток Фв, так, чтобы напряжение генератора было стабильным или изменялось по заданному закону.

Регулирование частоты f1, как следует из формулы (86), осуществляется изменением частоты вращения ротора.

Работа машины при нагрузке. При увеличении нагрузки синхронного генератора напряжение его изменяется. Это изменение происходит по двум причинам. При протекании тока нагрузки по обмотке якоря создается так же, как и в асинхронной машине, вращающееся магнитное поле, т. е. свой магнитный поток якоря Фя. Поток якоря Фя и поток возбуждения Фв вращаются с одинаковой частотой и создают, следовательно, некоторый результирующий поток Фрез = Фя+Фв. В результате э. д. с. машины Е = сЕФрезn, т. е. будет отличаться от э. д. с. Е при холостом ходе.

Так как под действием реакции якоря изменяется результирующий поток в машине, то и напряжение генератора будет зависеть от тока, проходящего по обмотке якоря, и его сдвига фаз относительно напряжения. Когда ток в обмотке якоря совпадает по фазе с э. д. с. холостого хода Е (рис. 288,а), поток Фя действует по поперечной оси машины q — q; он размагничивает одну половину каждого полюса и под-магничивает другую. Результирующий поток Фрез в этом случае из-за насыщения магнитной цепи машины несколько уменьшается по сравнению с Фв.

В случае когда ток в обмотке якоря отстает от Е на 90° (рис. 288, б), поток якоря Фя действует по продольной оси машины против Фв, т. е. уменьшает результирующий поток (размагничивает машину); если ток в обмотке якоря опережает Е на 90° (рис. 288, в), поток Фя совпадает по направлению с Фв, т. е. увеличивает поток Фрез (подмагничивает машину). Если ток якоря отстает или опережает э. д. с. Е на угол, меньший 90°, то это можно рассматривать как сочетание рассмотренных случаев. В общем случае

Второй причиной изменения напряжения генератора при его нагрузке являются внутренние падения напряжения в обмотке

якоря — активное и реактивное. Эти падения напряжения возникают в синхронной машине по тем же причинам, что и в асинхронном двигателе и трансформаторе.

Внешние характеристики синхронного генератора (рис. 289) представляют собой зависимости изменения напряжения генератора U от тока нагрузки Iя при постоянных значениях т, Iв и cos?. Коэффициент мощности cos?, при котором работает генератор, определяется характером его нагрузки (соотношением между активным и реактивным сопротивлениями потребителей). При активной нагрузке напряжение генератора с ростом тока нагрузки уменьшается по кривой 2, а при активно-индуктивной — по кривой 1; чем больше угол сдвига фаз ? между током Iя и напряжением U, тем сильнее размагничивающее действие реакции якоря и тем ниже идет кривая напряжения. При активно-емкостной нагрузке, когда ток Iя опережает по фазе напряжение U, реакция якоря подмагничивает машину и напряжение U может даже возрастать по сравнению с U = E при холостом ходе (кривая 3).

В синхронных генераторах из-за значительной реакции якоря изменение напряжения во много раз больше, чем в трансформаторах. Обычно генераторы работают при cos? = 0,85-0,9 при отстающем токе, при этом ?U= 35-25% от Uном. При столь большом изменении напряжения для нормальной работы подключенных к генератору потребителей требуется применять специальные устройства для стабилизации его выходного напряжения, например быстродействующие регуляторы возбуждения.

Отдаваемая генератором мощность при одних и тех же значениях тока зависит от коэффициента мощности cos?, при котором работает генератор, т. е. от характера его нагрузки. Однако проводники генератора рассчитываются на определенный ток, а его изоляция и магнитная система — на определенное напряжение и магнитный поток независимо от cos ср нагрузки. По этой причине номинальной мощностью генератора считается его полная мощность S в киловольт-амперах (кВ*А), на которую рассчитана машина по условиям нагревания и длительной безаварийной работы. Регулировать активную мощность синхронного генератора при работе его на какую-либо нагрузку можно путем изменения сопротивления нагрузки или напряжения машины.

При передаче энергии от вала ротора синхронного генератора в обмотку статора в различных элементах машины возникают потери мощности (рис. 290). Потери имеют место в обмотках статора и ротора — электрические потери ?Рэл, в стали их сердечников — магнитные потери ?Рм и в трущихся элементах (подшипники, вентиляторы и пр.) — механические потери ?Рмх. К. п. д. синхронных машин находится в пределах от 0,85 до 0,95, т. е. имеет примерно те же значения, как и у асинхронных машин.

Короткое замыкание. При коротком замыкании синхронного генератора ток короткого замыкания Iк ограничивается внутренним сопротивлением обмотки якоря, которое имеет в основном индуктивный характер. Поэтому ток Iк отстает от напряжения

на угол, близкий к 90°, и реакция якоря сильно размагничивает машину и резко уменьшает поток Фрез и э. д. с. генератора Е. В результате установившийся ток короткого замыкания в синхронных машинах сравнительно невелик (в некоторых машинах он меньше номинального), но из этого нельзя делать вывод, что короткое замыкание не опасно для генератора.

При внезапном коротком замыкании и уменьшении результирующего потока машины Фрез в обмотках возбуждения и демпферной индуцируются э. д. с. и возникают токи, которые согласно правилу Ленца препятствуют изменению потока Фрез. Поэтому этот поток и э. д. с. генератора уменьшаются сравнительно медленно, хотя машина уже замкнута накоротко. В результате ток в обмотке якоря в начальный момент короткого замыкания резко возрастает, а затем постепенно уменьшается. Наибольший ток Iк в начальный момент короткого замыкания называется ударным; он может превышать амплитуду номинального тока якоря в 10—15 раз.

Для ограничения ударного тока в цепь обмотки якоря иногда вводят дополнительную индуктивность (реактор).

Источник: nevinka-info.ru