Электротехническим устройством специального использования, работающим в от механического двигателя, является синхронный генератор. Прибор нашел применение в частном хозяйстве. Он используется для выработки электротока промышленной частоты. Кроме того, изобретение работает как генератор тока Машина синхронного действия монтируется в дизельные и бензиновые электростанции.
Если в турбину подают больше пара, можно ожидать генератора. ускоряется, но это невозможно, потому что генератор подключен к одному. бесконечная шина. Это как если бы два объекта были привязаны друг к другу. с помощью упругой пружины. Механический крутящий момент, подаваемый на вал генератора турбиной, пытается ускорить процесс. генератор, но только по существу удлиняет пружину, которая прикреплена к ней. бесконечная шина, и вся дополнительная энергия преобразуется в электрическую. и поглощается нагрузкой, то есть машина подает питание на систему.
Синхронный генератор. Устройство
Электрическая машина состоит из:
1. Статора.
2. Ротора.
3. Обмоток генератора.
4. Системы токового компаундирования.
5. Переключателя обмотки статора.
6. Выпрямителя сварочного тока.
7. Кабелей.
8. Сварочного устройства.
9. Обмоток ротора.
10. Регулируемого (постоянного).
Подобно растяжению пружины, внутренняя электродвижущая сила генератора продвигается к напряжению на клеммах. Рисунок 18 - Эквивалентная схема синхронного генератора, подключенного к бесконечной шине с соответствующей фазовой диаграммой; генератор подает питание на систему. 21.
Продвигается относительно напряжения на клеммах на угол α, называемый «угол мощности». Как следствие, подаются ток и мощность. к системе. По закону Киршоффа выражение тока дается. Комплексная трехфазная мощность, подаваемая в систему, определяется. Реальная часть сложной мощности - активная мощность.
Синхронный генератор используется в режимах: генератора тока 50 Гц., сварочного синхронного генератора, прибора с повышенной частотой. Изобретение дает возможность создавать малогабаритные электрические агрегаты универсального применения. Синхронный генератор приводит в действие оборудование в местах с отсутствием централизованных электросетей. Его можно использовать в фермерских хозяйствах вдали от населенных пунктов.
Мнимой частью сложной мощности является реактивная мощность. Рисунок 19 - Моментное поведение как функция угла мощности для двигателя и синхронного генератора. Таким образом, на основе этих анализов можно построить фазовую диаграмму. напряжение на активных и реактивных мощных осях, как показано на рисунке а. следующее.
Рисунок 20 - Фазовая диаграмма, спроецированная на оси активной и реактивной мощности. На рисунке видно, что рабочая точка синхронной машины. обозначенный черной точкой. Следовательно, эта машина вводит обе мощности в систему и, следовательно, является сверхгенератором. возбужден. 24.
Характеристики синхронного генератора рассчитаны на создание электрогенератора с новыми потребительскими возможностями. Это значит, что при реализации данного изобретения, одно и то же устройство можно эксплуатировать как источник электропитания частотой 50 Гц и более, а также как поставщик тока, выпрямленного для дуговой сварки, он наделен круто подающей внешней характеристикой рабочей зоны. При этом обеспечиваются сварочные свойства, не уступающие трехобмоточным коллекторным сварочным генераторам постоянного тока.
Чтобы преобразовать эту фазовую диаграмму напряжения в систему. координаты активной и реактивной мощности, должны быть фазовые напряжения. умноженное на. Согласно уравнениям активной и реактивной мощности. Рисунок 21 - Схема фазора, спроецированная на трехфазную систему координат активной и реактивной мощности.
Генератор ограничен в своем выходе и удобен для безопасной работы. машина на диаграмме при условии постоянного напряжения на клеммах. Рабочий диапазон синхронного генератора ограничен максимальным нагревом. допускается в обмотке статора и поля. Эти два предела могут быть построены для фазовой диаграммы. как показано ниже. Рисунок 22 - предел нагрева синхронного генератора.
Как работает синхронный генератор?
Принцип действия основан на электромагнитной индукции. Происходит преобразование в электрическую. Электромашина работает как генератор (в его режиме). При этом частоты вращений магнитных полей статора и ротора одинаковые. На обмотки ротора подается напряжение, образуется магнитное поле. Вращаясь, оно проникает через обмотку статора и образует в ней ЭДС.
Таким образом, можно найти предел нагрева, повернув два фазора к. вокруг соответствующей точки отсчета, например кругов, описанных в диаграммы, как показано на предыдущем рисунке. В области, окруженной полукругом, максимальный нагрев допускается в статоре и обмотке. поле не может быть превышено. Кроме того, рабочая область синхронного генератора не только ограничена. максимальным нагревом в статоре и обмоткой возбуждения, но. также несколькими другими факторами, такими как предел. стабильная работа.
Поскольку активная мощность меняет сеноидальность с углом, скоро генератор. могут быть заряжены до предельного значения, известного как «предел стабильности стационарного состояния». Когда угол становится больше 90 °, генератор потеряет синхронность. Различные показанные круги соответствуют различным значениям. напряжения возбуждения. Рисунок 24 - сложная мощность на фазу.
Ротор бывает фазного и короткозамкнутого типа, в зависимости от вида обмотки. Вспомогательная обмотка статора создает вращающееся магнитное поле. Оно индуцирует магнитное поле на роторе, которое наводит ЭДС. В момент запуска электрической станции ротор создает слабого напряжения. С усилением оборотов, ЭДС в обмотке возбуждения увеличивается. Обмоточное напряжение проникает на ротор через авторегулировочный блок. Контроль над выходящим напряжением осуществляется за счет изменения магнитного поля. Стабильность обеспечивается изменением магнитного поля ротора регулированием тока в его обмотке. Такой метод регулировки обеспечивает стабилизацию выходного напряжения прибора.
Однако нынешний предел стабильности, тем не менее, сложнее определить. динамика задействованной энергетической системы. Дополнительным ограничением в рабочей области синхронного генератора является «предел мощности турбины», который представляет собой максимальную активную мощность, генерируемую машиной, а также так называемый «субгранит», который обеспечивает предел для самый низкий уровень возбуждения, когда. реактивная мощность поглощается системой. Таким образом, исходя из рабочих пределов, установленных для машины.
Синхронизированная кривая, называемая «кривой мощности», может быть получена, которая определяет рабочие пределы синхронной машины, как показано на следующем рисунке. 27. Рисунок 25 - Кривая мощности синхронного генератора. Таким образом, синхронная машина не может функционировать во всех точках. в пределах его границ. Ограничения обусловлены: нагревом обмотки возбуждения, вызванным током обмотки. поле; нагрев обмотки якоря, вызванный. броня; предел мощности первичной машины; предел субвозбуждения; и статический предел стабильности.
Преимущества и недостатки синхронного генератора
К первым относится постоянство исходящего напряжения. Минусом является возможность перегрузки при повышенной нагрузке. Регулятор может повысить силу тока в обмотке ротора. К недостаткам генератора синхронного типа можно также причислить наличие щеточного устройства. С течением времени оно будет нуждаться в обслуживании. В наше время этот недостаток удалось устранить.
Верхняя часть вертикальной оси на рисунке 25 указывает на реактивную мощность, подаваемую в систему, а нижняя часть указывает на реактивную мощность, поглощаемую генератором. Поэтому кривая на рисунке 25 показывает три зоны нагрева, которые влияют на мощность. создание оборудования.
Второе условие соответствует постоянному значению мощности. кажущийся выход. Аналогичное соображение можно сделать и для первого условия. операция. Если устройство работает за пределами установленной мощности, избыточное тепло. статор и ротор приведут к ухудшению изоляции обмоток. быстро. Изоляция, подверженная интенсивному нагреванию, становится хрупкой. имеет трещины и может в конечном итоге стать материалом. проводник. Генератор защищен от генерирующей и поглощающей мощности. реагируя сверх его способности через защиту супер и недовозбуждения.
Современные генераторы синхронного типа выпускают без щеточного узла. Оборудование нового поколения имеет длительный срок службы, надежность в работе в трудных условиях производства. Встроенные датчики и электроника обеспечивают функционирование в режиме реального времени. Новейшие технологические решения обеспечивают синхронному генератору высокую эффективность. Продукцию используют в промышленности и в оборудовании судов.
Рисунок 26 - Система управления гидравлическим генератором. Регулятор скорости контролирует постоянную скорость вращения генератора, действуя на регистр для управления потоком подачи воды. Согласно фиг. 11 уравнение синхронного генератора, работающего в состоянии. задается для любого тока нагрузки на.
Когда генератор подает реактивную мощность в систему, генератор работает. с задержкой коэффициента мощности - генератор видит систему как единую. индуктивная нагрузка. Кроме того, при работе с запаздывающим коэффициентом мощности может возникать перегрев ротора. В этих условиях генератор, как говорят, работает при нормальном возбуждении приблизительно одного. единичный коэффициент мощности. Генератор будет работать с одним фактором. развитой власти. Способность генератора держать время под ними. условия ослаблены, учитывая, что ток возбуждения мал.
9.1. Устройство и принцип работы синхронного генератора
Синхронными называются электрические машины, частота вращения которых связана постоянным соотношением с частотой сети переменного тока, в которую эта машина включена . Синхронные машины служат генераторами переменного тока на электрических станциях, а синхронные двигатели применяются в тех случаях, когда нужен двигатель, работающий с постоянной частотой вращения. Синхронные машины обратимы, т.е., могут работать и как генераторы и как двигатели. Синхронная машина переходит от режима генератора к режиму двигателя в зависимости от того, действует на неё вращающая или тормозящая механическая сила. В первом случае она получает на валу механическую, а отдаёт в сеть электрическую энергию, а во втором случае она получает из сети электрическую, а отдаёт на валу механическую.
Следовательно, способность производить или поглощать реактивную способность контролируется уровнем. возбуждения. Увеличивая возбуждение, реактивные вещества увеличиваются. Уменьшение возбуждения уменьшает генерируемую реактивную мощность и генератор. поглотит реактивную систему. По соглашению, реактивные вещества, подаваемые. генератор получает положительный сигнал, в то время как поглощенные реакторы получают. отрицательный знак. Вышеуказанные условия могут быть графически представлены на рисунке. 31.
Рисунок 27 - Синхронный генератор, подключенный к бесконечной шине. Сверхвозбужденные, нормальные и недоэкспонированные, соответственно. Поэтому устанавливается следующее правило, имеющее большое значение. - сверхвозбужденная синхронная машина производит реактивную мощность и действует так, как если бы система была. индуктивная нагрузка; с точки зрения системы, генератор параллелен конденсатору; е. - с другой стороны, неуправляемая машина потребляет реактивную мощность. системы, и поэтому действует так, как если бы система была одной. конденсатор; с точки зрения системы, генератор является одним. катушка параллельно.
Синхронная машина имеет две основных части: ротор и статор, причём статор не отличается от статора асинхронной машины. Ротор синхронной машины представляет собой систему вращающихся электромагнитов, которые питаются постоянным током, поступающим в ротор через контактные кольца и щётки от внешнего источника. В обмотках статора под действием вращающегося магнитного поля наводится ЭДС, которая подаётся на внешнюю цепь генератора. Основной магнитный поток синхронного генератора, создаваемый вращающимся ротором, возбуждается посторонним источником – возбудителем, которым обычно является генератор постоянного тока небольшой мощности, который установлен на общем валу с синхронным генератором. Постоянный ток от возбудителя подаётся на ротор через щётки и контактные кольца, установленные на валу ротора. Число пар полюсов ротора обусловлено скоростью его вращения. У многополюсной синхронной машины ротор имеет p
Все оборудование имеет ограничение пропускной способности. энергия. При определении ограничений мощности оборудования. Необходимо учитывать как активное производство энергии, так и реактивную мощность, поскольку генераторы имеют кривые мощности, которые ограничивают область их эксплуатации. С другой стороны, как уже упоминалось, машина может работать как. синхронный генератор или синхронный двигатель, в зависимости от условий. подачи и приведения в действие, т.е. при управлении турбиной. то он будет генератором, тогда как если он будет питаться системой. он будет обеспечивать крутящий момент на валу и, следовательно, будет работать. такой как двигатель.
n = 60f / p (9.1)
При f = 50Hz и p = 1 n = 3000 об/мин.
С такой частотой вращаются современные турбогенераторы, состоящие из паровой турбины и синхронного генератора большой мощности с ротором, который имеет одну пару полюсов.
У гидрогенераторов первичным двигателем служит гидравлическая турбина, скорость которой от 50 до 750 оборотов в минуту. В этом случае используются синхронные генераторы с явнополюсным ротором, имеющим от 4 до 60 пар полюсов.
Однако создаваемый в поле магнитный поток напрямую связан со значением подаваемой реактивной мощности. машиной, и взаимосвязь между этими двумя силами имеет основополагающее значение для осуществления. анализа и определения граничных уровней, которые определяют корректировки. защитные реле. Здесь мы хотим изучить причины, по которым частота системы. имеет тенденцию меняться. Частота тесно связана с балансом. активная мощность во всей системе. Они состоят из омических потерь в различных компонентах трансмиссии, потерь короны в линиях и потерь. сердечники трансформаторов и генераторов.
Частота вращения дизельгенераторов, соединённых с первичным двигателем – дизелем, находится в пределах от 500 до 1500 об/мин.
В маломощных синхронных генераторах обычно используется самовозбуждение: обмотка возбуждения питается выпрямленным током того же генератора (рис.9.2).
Следует помнить, что энергия передается со скоростью света. и, поскольку он не хранится нигде в системе. мы заключаем, что скорость производства энергии должна быть равна скорости. потребление плюс системные потери. Следует отметить, что синхронная работа генераторов. стабильное состояние системы. Поскольку скорость генератора «привязана» к скорости остальной системы, вы можете управлять активной генерацией энергии. управляя крутящим моментом, приложенным к генератору, приводной машиной. Открывая входные отверстия для воды и тем самым увеличивая давление под лопатками турбины, наносится конъюгат. выше к генератору, стремясь ускорить его.
Цепь возбуждения образуют трансформаторы тока ТТ, включённые в цепь нагрузки генератора, полупроводниковый выпрямитель, собранный по схеме трёхфазного моста, и обмотка возбуждения ОВ с регулировочным реостатом R.
Самовозбуждение генератора происходит следующим образом. В момент пуска генератора, благодаря остаточной индукции в магнитной системе, появляются слабые ЭДС и токи в рабочей обмотке генератора. Это приводит к появлению ЭДС во вторичных обмотках трансформаторов ТТ и небольшого тока в цепи возбуждения, усиливающего индукцию магнитного поля машины. ЭДС генератора возрастает до тех пор, пока магнитная система машины полностью не возбудится.
Тем не менее, его скорость бросается в остальную часть системы, и происходит то, что ротор продвигает свой угол. вращение на несколько градусов. Это приводит к увеличению тока и в. и в то же время ток создает сопряжение. 34. Замедление внутри машины, что прямо противоположно увеличению. конъюгата ускорения. Таким образом, внутри каждого генератора есть тонкий автоматический механизм. сопряженной балансировки. Если бы эта балансировка была идеальной. все генераторы, их скорости и, следовательно, частота останутся. постоянная.
Идеальный способ управлять системой - это регулировать все. вода, в значениях, которые точно соответствуют требованию. нагрузки. Но, тем не менее, нагрузка системы может быть предсказана только в определенных пределах. пределы. Его колебания таковы, что достичь действительно невозможно. идеальный мгновенный баланс между поколением и спросом и т.д. постоянный дисбаланс вызовет колебания частоты.
Среднее значение ЭДС, наводимое в каждой фазе обмотки статора:
Еср = c∙n∙Φ (9.2)
n – скорость вращения ротора;
Φ – максимальный магнитный поток, возбуждаемый в синхронной машине;
c – постоянный коэффициент, учитывающий конструктивные особенности данной машины.
Напряжение на зажимах генератора:
U = E - I ∙z, где
I – ток в обмотке статора (ток нагрузки);
Z – полное сопротивление обмотки (одной фазы).
Для точной подгонки амплитуды ЭДС величину магнитного потока регулируют путём изменения тока в обмотке возбуждения. Синусоидальность ЭДС обеспечивают приданием определённой формы полюсным наконечникам ротора в явнополюсных машинах. В неявнополюсных машинах нужного распределения магнитной индукции добиваются путём особого размещения обмоток возбуждения на поверхности ротора.
