Содержание
Схема включения и принцип работы синхронного генератора
Строительные машины и оборудование, справочник
Схема включения и принцип работы синхронного генератора
Схема включения синхронного генератора показана на рис. 1.
Синхронный генератор работает следующим образом. Ротор генератора приводится во вращение первичным двигателем с номинальной скоростью, которая поддерживается постоянной при помощи автоматического регулятора скорости первичного двигателя. Генератор возбуждают, подавая ток возбуждения/в в обмотку ротора.
Если к зажимам работающего синхронного генератора присоединить внешнюю нагрузку, то в обмотке статора появится ток, который создаст свое магнитное поле, называемое потоком обмотки статора. Этот поток делится на две части. Одна часть (поток рассеяния), замыкаясь вокруг проводников статора через его воздушный зазор и пакет, обусловливает возникновение дополнительного индуктивного сопротивления обмотки статора. Другая часть потока, замыкаясь через воздушный зазор и полюсы ротора, образует вращающееся магнитное поле статора, подобное вращающемуся полю статора асинхронного электродвигателя. Скорость вращения магнитного поля статора будет равна скорости вращения магнитного поля ротора, иначе говоря, эти поля будут вращаться с одинаковой (синхронной) скоростью.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
В синхронном генераторе, работающем под нагрузкой, магнитное поле статора, накладываюсь на основное магнитное поле ротора, создаваемое обмоткой возбуждения, ослабляет или усиливает его. Воздействие намагничивающей силы якоря на магнитное поле возбуждения ротора генератора называется реакцией якоря.
Реакция якоря может быть поперечной или продольной. При поперечной реакции поле статора размагничивает набегающий край полюсов и намагничивает сбегающий край полюсов. Продольная реакция может быть продольно-размагничивающей или продольно-намагничивающей.
В первом случае магнитный поток якоря направлен навстречу потоку полюсов вдоль их оси, во втором случае согласно потоку полюсов также вдоль их оси.
Рис. 1. Схема включения синхронного генератора в сеть с нагрузкой:
1 — статор, 2 — ротор, 3 — возбудитель, 4 — шунтовой регулятор, 5 — электродвигатель, 6 — лампы
Реакция якоря зависит от характера нагрузки и оказывает большое влияние на работу синхронного генератора. При чисто активной нагрузке реакция якоря будет поперечной, а при чисто индуктивной и чисто емкостной нагрузках — соответственно продольно-размагничивающей и продольно-намагничивающей. Обыч-нЪ генераторы работают на смешанную нагрузку, чаще всего на индуктивную и активную.
Регулирование тока в обмотке возбуждения (в обмотке индуктора) генератора осуществляют при помощи шунтового регулятора (реостата), включенного в цепь возбуждения возбудителя. Изменяя напряжение возбудителя, можно изменять силу тока в индукторе генератора. Сущность данного способа регулирования заключается в том, что изменение тока в обмотке возбуждения ротора вызывает изменение э.
д. е., индуктируемой в обмотке статора. При этом с увеличением тока в обмотке возбуждения э. д. е., индуктируемая в обмотке статора, также увеличивается.
Необходимость регулирования тока возбуждения вызывается частыми изменениями характера и величины нагрузки.
Рекламные предложения:
Читать далее: Параллельная работа синхронных генераторов
Категория: —
Передвижные электростанции
Главная → Справочник → Статьи → Форум
Инструкция и схема запуска синхронного генератора
Возбуждение генераторов осуществляется небольшим по размерам возбудителем переменного тока, состоящим из трёхфазной обмотки, расположенной на роторе генератора и электромагнитных полюсов, находящихся на статоре рядом со статорной обмоткой основной машины. Обмотка возбуждения возбудителя питается постоянным током от автоматического регулятора напряжения. Трёхфазный переменный ток, генерируемый в роторной обмотке, выпрямляется трёхфазным выпрямителем, расположенным на роторной обмотке возбудителя и поступает на роторную обмотку возбуждения генератора.
Выпрямительное устройство бесщёточного генератора состоит из кремниевых диодов, соединённых по трёхфазной мостовой схеме, регулируемого балластного резистора и сглаживающего конденсатора.
Бесщёточный синхронный генератор (рис. 1.1) состоит из следующих компонентов, где:
G — статорная обмотка, выходная;
FG — роторная обмотка возбуждения генератора;
Si — блок вращающихся кремниевых выпрямителей;
E — роторная обмотка возбудителя, выходная;
FE — статорная обмотка возбуждения;
EVA — внешний реостат задающего напряжения; иногда отсутствует
AVR — автоматический регулятор напряжения (АРН).
Статорная обмотка синхронного генератора уложена в пазы железа статора и представляет собой три обмотки, соединенные звездой.
Конструктивно бесщёточный синхронный генератор объединён с возбудителем переменного тока и вращающимся выпрямительным устройством в один агрегат. Отличительной особенностью бесщёточного синхронного генератора является отсутствие контактных колец и щёток.
Возбудитель представляет собой обращённый трёхфазный синхронный генератор, у которого обмотка возбуждения является неподвижной и питается непосредственно от автоматического регулятора напряжения. В некоторых рассматриваемых далее системах возбуждения и регулирования напряжения генераторов обмотка возбуждения возбудителя состоит из двух частей: основной и управляемой от автоматического регулятора напряжения, что обеспечивает более надёжное начальное возбуждение. Трёхфазная роторная обмотка возбудителя, соединённая звездой подключена к роторной обмотке генератора через трёхфазный блок вращающихся кремниевых выпрямителей, который находится между этими двумя обмотками, ближе к возбудителю, на специально смонтированном изоляционном кольце. Кольцо и вентили вращаются вместе с роторами генератора и возбудителя и размещёны на общем валу.
Трёхфазный переменный ток, генерируемый при вращении в роторной обмотке возбудителя, выпрямляется трёхфазным кремниевым выпрямителем, расположенным на роторной обмотке возбудителя, и постоянное напряжение поступает на роторную обмотку генератора.
Расположение вращающихся выпрямителей на роторной обмотке возбудителя удобно как для воздушного охлаждения, так и проведения обслуживания и ремонтных работ при проверке и замене вентилей.
В дополнение к кремниевому выпрямителю параллельно выходному напряжению подключается сглаживающий конденсатор и разрядный резистор для предотвращения обмотки возбуждения и конденсатора от пробоя.
Таким образом, возбудитель совместно с автоматическим регулятором напряжения позволяет поддерживать напряжение генератора с заданным отклонением при малых и больших нагрузках и обеспечивает защиту от короткого замыкания.
В результате совместных усилий обмоток статора генератора и возбудителя создаётся результирующая магнитодвижущая сила а, следовательно, и поток возбуждения, обеспечивая реакцию ротора и падение напряжения в обмотке статора генератора во всех режимах работы – от холостого хода до номинальной нагрузки.
Возбудитель переменного тока представляет собой обращённый синхронный генератор роторного типа.
Ротор установлен на том же валу, что и ротор генератора и представляет собой трехфазную обмотку переменного тока. Нагрузкой возбудителя является обмотка возбуждения статора, поэтому необходим возбудитель переменного тока высокой частоты: чем выше частота, тем больше возбуждение. Однако высокая частота стремится увеличить потери в железе. Так как увеличение числа полюсов пропорционально увеличению частоты, то частота особенно ограничивается при использовании на низкой частоте вращения с точки зрения экономичности конструкции. В основном, для возбудителя переменного тока принята частота 50-60 Гц.
При эксплуатации нельзя допускать падение частоты вращения генератора ниже 50 Гц при полной нагрузке, так как возрастает ток на возбудителе генератора, что в свою очередь может привести к выходу из строя автоматического регулятора напряжения, пробою блока вращающихся кремниевых выпрямителей или самого возбудителя.
Эквивалентная схема синхронного генератора
Привет, друзья! Надеюсь, у вас все хорошо.
В сегодняшнем уроке мы рассмотрим эквивалентную схему синхронного генератора и то, как она описывает различные параметры синхронного генератора. Как мы знаем, в синхронном генераторе существует 2 поля: первое — это поле ротора, а другое — статора. Поле в роторе создает вращающееся магнитное поле в обмотках статора или якоря. Напряжение, индуцируемое на статоре, также называют внутренним генерируемым напряжением (E А ).
Точно так же ток, протекающий по обмоткам статора (якорю), также создает напряжение в статоре. В сегодняшней статье мы свяжем эти два напряжения, изучим их влияние на генератор и построим эквивалентную схему синхронного генератора. Итак, давайте начнем с эквивалентной схемы синхронного генератора.
Эквивалентная схема синхронного генератора
- Напряжение (E A ) — напряжение, создаваемое на одной фазе синхронного генератора.
- Но это не то напряжение, которое мы обычно получаем на выходных точках генератора.
- Внутреннее генерируемое напряжение (E A ) может быть равно фазному напряжению (V ø ), когда через генератор не проходит ток якоря.
- Есть несколько факторов, которые объясняют, почему внутренне генерируемое напряжение не похоже на фазное напряжение (В ø ).
- Конструкция (форма) явнополюсного ротора.
- Самоиндукция обмоток статора (якоря).
- Реакция якоря.
- Сопротивление обмотки якоря.
Что такое реакция якоря
- Мы изучаем, что есть 4 основных факта, которые влияют на внутреннее напряжение синхронного генератора. Реакция якоря является основным фактором, в значительной степени влияющим на напряжение, которое мы подробно обсудим.
- При вращении ротора генератора поле постоянного напряжения на роторе создавало напряжение (E A ) в якорной обмотке статора.
- Если к выходным клеммам генератора подключена нагрузка, то ток будет протекать через обмотки якоря статора.
- Этот ток будет иметь свое отдельное поле, это поле будет взаимодействовать с полем ротора и влиять на внутреннее генерируемое напряжение (E A ). Это явление называется Реакция якоря.
- Чтобы изучить реакцию якоря, вы можете увидеть на данной схеме ротор, который имеет 2 полюса и вращается в трехфазном статоре.
- На статоре не подключена нагрузка. Поле ротора B R создает внутреннее напряжение E A на статоре.
- Так как к генератору не подключена нагрузка, ток якоря не будет и E A будет равно V ø .
- На данной схеме показана сборка холостого ротора.
- Если подключить индуктивную нагрузку к генератору, максимальный ток отстает от максимального напряжения. Вы можете наблюдать этот факт из рисунка.
- Ток, проходящий через обмотки статора, создает поле в статоре. Он обозначен как B S и его направление может быть определено по правилу правой руки и показано на данной диаграмме
- Поле статора (В S ) создаст напряжение в статоре , и это напряжение представлено на рисунке как E stat .
- Так как на статоре есть два напряжения, сначала внутреннее генерируемое напряжение E A , а другое напряжение из-за реакции якоря E stat .
- Итак, общее фазное напряжение на клеммах генератора будет суммой этих двух напряжений.
Vø = E A + E stat
- Суммарное поле в B net — это сумма полей статора и ротора.
B net =B R +B s
- Так как углы E A и B R одинаковы, то и углы Ea и Bs также подобны. Таким образом, результирующее поле (B net ) будет перекрываться с полным напряжением на генераторе Vø.
- Вы можете увидеть результирующие напряжения и токи на заданном рисунке.
Эквивалентная схема синхронного генератора
- Чтобы понять конструкцию схемы, во-первых, мы должны иметь в виду, что напряжение статора E stat отстает на девяносто градусов от пикового тока I A .
- 2 nd Следует иметь в виду, что напряжение статора E stat прямо пропорционально току якоря I A.
- Предположим, что «X» является постоянным, тогда напряжение, возникающее в результате реакции якоря, будет записано как.
E stat = -jXI A
- Напряжение на выходной клемме генератора будет.
Vø = E A – jXI A
- См. приведенную схему.
- Если применить квл на этой схеме значение напряжения будет.
В ø = E А – jXI А
- Это уравнение похоже на уравнение, описывающее фазное напряжение генератора.
- Итак, напряжение реакции якоря можно вывести как катушку индуктивности последовательно с Е А.
- Обмотки статора имеют некоторое значение собственного сопротивления и реактивного сопротивления. Если сопротивление обозначается как R A , а реактивное сопротивление X A , то разница между внутренним генерируемым напряжением E A и фазным напряжением определяется как.
V ø = E A – jXI A – JX A I A – R A I A
- Реакция якоря и собственная индуктивность генератора обозначаются как реактивные сопротивления, поэтому они записываются как одно реактивное сопротивление и называются синхронным реактивным сопротивлением генератора.
X S = X + X A
- Итак, окончательное уравнение для фазного напряжения будет иметь вид.
V ø = E A – jX s I A – R A I A
- Здесь представлена эквивалентная схема трехфазного синхронного генератора.
- Из рисунка видно, что источник питания постоянного тока подключен к цепи возбуждения ротора.
- Схема возбуждения ротора показана индуктивностью обмотки и сопротивлением последовательно.
- В схеме возбуждения есть R adj — переменный резистор, он регулирует ток возбуждения.
- Другая часть схемы имеет цепи для 3-х фаз статора.
- Цепь каждой фазы состоит из внутреннего вырабатываемого напряжения E A и синхронного реактивного сопротивления и сопротивления якоря R A .
- Все три фазы имеют одинаковую величину, но ток и напряжение сдвинуты по фазе на двадцать градусов друг от друга.
- 3 фазы статора могут быть соединены звездой или треугольником. Это показано на данной схеме.
- фото
- Если соединения соединены звездой, то выходное напряжение генератора будет равно.
В T = √3Vø
- Если соединение треугольником, то выходное напряжение будет равно.
V T = Vø
- Поскольку 3 фазы имеют одинаковую величину, но разные фазовые углы, эквивалентная схема для каждой фазы синхронного генератора показана ниже.
Вы также можете ознакомиться с некоторыми темами, связанными с синхронным генератором, которые перечислены здесь.
Введение в синхронный генератор
Синхронный генератор Векторная диаграмма
Синхронный генератор Мощность и крутящий момент
Параметры синхронного генератора
Синхронный генератор. Кривые возможностей генератора
Переходные процессы синхронного генератора
Это все об эквивалентной схеме синхронного генератора, если у вас есть вопросы, задавайте их в комментариях, спасибо за чтение. Увидимся в следующем уроке. Векторная диаграмма синхронного генератора
Новое поступление алюминиевых плат всего за 2 доллара
Купоны на 54 доллара также можно применять к заказам на 3D-печать. Специальное предложение для 3D-печати начинается с 1 доллара
Эквивалентная схема синхронной машины | Электротехническая Академия
Хотите создать сайт? Найдите бесплатные темы и плагины WordPress.
В разделе Синхронная машина мы видели, что в воздушном зазоре синхронной машины есть два вращающихся магнитных поля, независимо от того, работает ли она как двигатель или как генератор.
Каждый раз, когда магнитное поле проходит мимо проводника, оно индуцирует напряжение в проводнике. Таким образом, вращающееся поле ротора будет индуцировать напряжение в обмотках якоря. Это называется генерируемое напряжение в генераторе или противо-ЭДС в двигателе (CEMF). Точно так же вращающееся поле из-за токов в обмотках якоря также будет индуцировать напряжения в обмотках статора. Мы рассмотрим каждый из этих случаев.
Генерируемое напряжение или C-ЭДС
Мы знаем, что напряжение, генерируемое в катушке, является функцией магнитного поля, длины катушки и количества витков в ней, а также скорости, с которой движется катушка. магнитный поток.
На рисунках 1(a), (b) и (c) показаны части статора и ротора синхронной машины. Ротор круглый и содержит обмотки, образующие северный и южный полюса, как показано на рисунке.
Поток ротора выходит из ротора на Северном полюсе и возвращается на Южном полюсе.
Если ротор вращается по часовой стрелке, то относительное движение катушек статора через поток ротора составляет против часовой стрелки , как показано на рисунке 1(а).
Использование Правило правой руки для генераторов, мы можем определить направление напряжения, индуцируемого в обмотках статора. В этом случае катушки у северного полюса индуцируют напряжение, направленное внутрь страницы, а катушки у южного полюса индуцируют напряжение с полярностью, направленной наружу страницы.
Направление индуцированных напряжений показано точками и крестиками над обмотками статора.
РИСУНОК 1: Иллюстрация потока ротора и потока реакции якоря в синхронном генераторе.
- Токи якоря совпадают по фазе с генерируемым напряжением.
- Токи якоря отстают от генерируемого напряжения на 90°.
- Токи якоря опережают генерируемое напряжение на 90°.
Величина генерируемого напряжения в генераторе или CEMF в двигателе определяется как
\[\begin{matrix} {{E}_{a}}={{K}_{a}} {{\phi}_{p}}{{n}_{s}} & {} & \left( 1 \right) \\\end{matrix}\]
Где K a постоянная обмотки якоря, ϕ p — поток на полюс ротора, а n s — синхронная скорость ротора.
Для работы переменного тока с постоянной частотой синхронная скорость постоянна, поэтому единственной переменной, которая может изменить генерируемое напряжение, или С-ЭДС, является поток на полюс. Таким образом, возбуждение синхронной машины используется для управления внутренне генерируемым напряжением.
Одной частью эквивалентной схемы синхронной машины является источник напряжения, который управляется возбуждением поля. Остальная часть эквивалентной схемы определяется токами статора.
Реакция якоря
Поскольку напряжения и токи в статоре переменные, между ними может быть фазовый угол, зависящий от коэффициента мощности, при котором работает синхронная машина. Таким образом, направление токов в обмотке может быть в фазе с генерируемым напряжением, как показано на рисунке 1(а), или токи могут отставать или опережать генерируемое напряжение, как показано в частях (b) и (c). ) рисунка 1.
МДС тока статора создает вторую волну вращающегося магнитного потока в воздушном зазоре, которая индуцирует напряжение в обмотках статора.
Это напряжение называется Напряжение реакции якоря. Напряжение реакции якоря отстает от генерируемого напряжения в пределах от нуля до 180°.
В Рис. 1(a) ток якоря находится в фазе с генерируемым напряжением, а поток из-за токов статора отстает от поля ротора на 90 электрических градусов. Таким образом, наведенное в обмотках якоря напряжение отстает от генерируемого напряжения на 90°.
Напряжение на клеммах синхронной машины будет суммой генерируемого напряжения и напряжения реакции якоря, как показано на рисунке 2 (а).
В части (b) на рис. 1 токи якоря отстают от генерируемого напряжения на 90°. В этом случае поток из-за реакции якоря прямо противоположен потоку поля, вызывая отклонение напряжения реакции якоря на 180° по фазе от генерируемого напряжения.
Наконец, в части (c) на рисунке 1 токи якоря опережают генерируемое напряжение на 90°. Поток реакции якоря имеет то же направление, что и поток поля, а составляющая напряжения реакции якоря находится в фазе с генерируемым напряжением.
На рисунках 2 (b) и (c) показаны векторные диаграммы, соответствующие этим двум последним случаям ( части (b) и (c) на рисунке 1 ).
РИСУНОК 2: Векторная диаграмма для синхронного генератора.
- Ток якоря совпадает по фазе с генерируемым напряжением.
- Ток якоря отстает от генерируемого напряжения на 90°.
- Ток якоря опережает генерируемое напряжение на 90°.
Пренебрегая насыщением в стали синхронной машины, можно сказать, что напряжение реакции якоря пропорционально току якоря:
\[\begin{matrix} {{E}_{ar}}={{K}_{a}}{{I}_{a}}{{n}_{s}} & {} & \left( 2 \right) \\\end{matrix}\]
Рассматривая , какой элемент поместить в эквивалентную схему для учета реакции якоря, мы отмечаем, что реакция якоря обеспечивает напряжение, подобное индуктивное сопротивление . Также отметим, что ток якоря протекает через сопротивление обмотки якоря, а значит будет резистивного падения напряжения .
Наконец, в якоре будет некоторое количество потока рассеяния , который не связывает ротор, но создает напряжение в обмотке якоря. Таким образом, эквивалентная схема по фазам (линия-нейтраль) синхронной машины будет такой, как показано на рисунке 3 (а). Ясно, что реактивное сопротивление рассеяния и реактивное сопротивление якоря можно комбинировать. Кроме того, сопротивление обмотки обычно намного меньше реактивного сопротивления, поэтому им часто пренебрегают.
На рис. 3(b) показана упрощенная эквивалентная схема синхронной машины, в которой комбинированное реактивное сопротивление обозначено как X s и называется синхронным реактивным сопротивлением .
Хотя мы обсуждали работу генератора, эквивалентная схема одинакова как для синхронного двигателя , так и для работы генератора , за исключением направления тока якоря.
РИСУНОК 3: Эквивалентная схема пофазной синхронной машины.
- Включая реактивное сопротивление якоря.
- Упрощенный, без учета реактивного сопротивления якоря.
Определение синхронного Реактивного сопротивления
Чтобы модель можно было использовать, должен быть какой-то метод для определения параметров модели, в частности, синхронного реактивного сопротивления.
К счастью, мы можем получить приблизительное значение синхронного реактивного сопротивления, используя два простых теста — тест на обрыв цепи и тест на короткое замыкание.
Испытание на разомкнутую цепь
Глядя на эквивалентную схему на рис. 3(b), в условиях разомкнутой цепи напряжение на клеммах машины будет равно генерируемому напряжению. Генерируемое напряжение задается уравнением 1.
Поскольку сталь синхронной машины в конечном итоге насыщается, генерируемое напряжение будет отражать влияние магнитного насыщения, если представить его как функцию тока возбуждения.
Пунктирная линия на рисунке 4 показывает график напряжения холостого хода небольшой синхронной машины. При низких значениях тока возбуждения напряжение холостого хода практически линейно связано с током возбуждения. Однако при токе возбуждения около 0,45 ампер сталь начинает магнитно насыщаться, и скорость увеличения напряжения начинает снижаться по мере увеличения тока возбуждения до 1,0 ампер.
Линейная часть характеристики напряжения холостого хода и ее продолжение, показанное жирной сплошной линией , называется линией воздушного зазора . При работе на линии с воздушным зазором синхронное реактивное сопротивление довольно постоянно.
«Управляя генератором с постоянной скоростью без нагрузки и изменяя ток возбуждения, можно получить характеристику холостого хода».
РИСУНОК 4: Характеристические кривые синхронного генератора.
Проверка на короткое замыкание
На рис. 4 показана эквивалентная схема синхронного генератора с коротким замыканием на клеммах. При этом условии все генерируемое напряжение будет падать на синхронное реактивное сопротивление:
\[\begin{matrix} {{E}_{a}}=j{{I}_{sc}}{{X} _{s}} & {} & \left( 3 \right) \\\end{matrix}\]
Где I sc — ток короткого замыкания.
Замкнув клеммы машины и запустив ее на номинальной скорости с некоторым возбуждением, можно определить ток короткого замыкания как функцию тока возбуждения. Сплошная линия , отмеченная треугольниками , на рис. 4 показывает ток короткого замыкания.
В действительности обычно невозможно получить ток короткого замыкания напрямую с номинальным током возбуждения, поскольку ток якоря был бы слишком большим. Таким образом, непосредственно измеряется только нижняя часть характеристики, а результирующая линия расширяется до номинального тока возбуждения.
В случае, показанном на рис. 4, ток возбуждения увеличился только до 0,25 ампер, когда к клеммам синхронной машины было применено короткое замыкание. Остаток кривой был линейно экстраполирован.
РИСУНОК 4: Эквивалентная схема синхронной машины с замыканием на клеммах.
Уравнение 3 можно решить для синхронного реактивного сопротивления:
\[\begin{matrix} {{X}_{s}}=\frac{{{E}_{a}}}{{{I}_ {sc}}} & {} & \left( 4 \right) \\\end{matrix}\]
«Важно обеспечить, чтобы генерируемое напряжение и ток короткого замыкания, используемые в уравнении 4, были измерены при одном и том же значении тока возбуждения».
Поскольку генерируемое напряжение является нелинейной функцией тока возбуждения, расчетное значение синхронного реактивного сопротивления будет зависеть от тока возбуждения. Сплошная кривая, отмеченная сплошными квадратами, на рис. 4 показывает изменение рассчитанного синхронного реактивного сопротивления.
Добавить комментарий