2 Робота трифазної синхронної машини в режимі генератора

При використанні трифазної синхронної машини в режимі генератора ротор її необхідно обер­тати первинним двигуном із кутовою швидкістю:

, або частотою обертання ,

де f – частота змінного струму, р - число пар полюсів.

Крім цього в обмотці ротора, що обертається, повинен існувати по­стійний струм I3, що обумовлює відповідну MPC і збудження основно­го магнітного потоку Фх, силові лінії якого перетинають провідники обмотки статора. Цей потік можна змінювати регулюючим реостатом Rр, що знаходиться в колі обмотки ротора (рис. 3).

У результаті перетинання магнітними силовими лініями провідників обмотки статора в її фазах наводиться трифазна симетрична система ЕРС:

; ; ,

де Еm – амплітуда ЕРС.

Діюча фазна ЕРС, як і в асинхронних машинах, буде

,

де коб – обмотувальний коефіцієнт обмотки статора; f - частота генерованих ЕРС; w - число витків кожної фази обмотки статора; Фх - основний магнітний потік.

Рисунок 4 Холостий хід трифазного синхронного генератора: а) векторна діаграма фази генератора б)характеристика холостого ходу

У такому режимі синхронна машина не перетворює механічну енергію в електричну і знаходиться в ре­жимі холостого ходу, при якому струм обмотки ста­тора I = 0 і первинний двигун покриває тільки механіч­ні втрати, зв’язані з обертанням ротора. Зміна опору регулюючого реостата Rр приводить до зміни стру­му збудження І3, основного магнітного потоку Фx, а отже, і діючої фазної ЕРС Ex, що відображається ха­рактеристикою холостого ходу Ех (I3), одержуваною при незмінній кутовій швидкості ротора Ω0 і розімкнутої обмотки статора (рис. 4, а, б). Цю криву, що є магнітною характеристикою синхронної машини, одержують при зміні струму збудження від найбіль­шого значення, яке обумовлює генерування ЕРС, що перевищує номінальну напругу генератора Uном на 20...25 %, до нульового, при якому генерується ЕРС E0, що складає 2...5 % Uном, унаслідок залишкової намагніченості полюсів ротора, а потім при підвищенні струму збудження до первісного значення. Це дозволяє одержати спадну й висхідну вітку характеристики холостого ходу, які мало відрізняються і не співпадають одна з одною внаслідок явища магнітного гістерезису. У нижній частині усереднена характеристика холосто­го ходу практично прямолінійна, а при значному струмі збудження вона починає відхилятися убік осі абсцис унаслідок впливу магнітного насичення стали.

Якщо до обмотки статора збудженого синхронного генератора приєднати симетричне трифаз­не навантаження з коефіцієнтом потужності cosφ, то у фазах цієї обмотки виникнуть струми:

; ; ,

які збудять незмінне магнітне поле статора, що обертається в просторі з кутовою швидкістю ротора:

.

Оскільки обертові магнітні поля нерухомого статора і ротора, що обертається, однакові, то в навантаженому генераторі існує одне результуюче магнітне поле, що обертається в просторі з тією самою кутовою синхронною швидкістю:

,

якій при частоті змінного струму f=50 Гц відпові­дає частота обертання:

.

Рис 5 Векторні діаграми фази

трифазного синхронного генератора

Вплив магнітного поля статора на м агнітне поле машини прийнято називати реакцією якоря. Реак­ція якоря спотворює картину магнітного поля в порівнянні з її виглядом при холостому ході гене­ратора, що приведе до ослаблення або посилення збудження машини в залежності від характеру при­єднаного навантаження. Так, при навантаженні, створюваному приймачами з параметрами R і L, струм обмотки статора I, а отже, і збуджений ним магнітний потік Фя відстають від ЕРС Ех на деякий кут ψ (рис. 5, а), у результаті чого подовжня складова магнітного потоку Ф'я = Фя sin ψ виявляється спрямованою протилежно основному магнітному потоку Фx що приводить до зменшення результуючого магнітного потоку:

Ф = ФХ + ФЯ,

Основною зовнішньою характеристикою синхронного генератора вважають криву U (I), отри­ману при симетричному режимі, коефіцієнті потужності приймачів cosφ = 0,8 і φ > 0. При цих умовах номінальна процентна зміна напруги ∆U* досягає 40...50 %.

Рисунок 6 Зовнішні характеристики генератора при зміні навантаження а) від номінального до холостого ходу б) від холостого ходу до номінального

Рисунок 7 Регульовані характеристик трифазного

Генератора при різкому коефіцієнті потужності приймачів

Д ля підтримки напруги синхронного генератора незмінною при змінному навантаженні необ­хідно регулювати струм збудження I3 в обмотці ротора за законом, обумовленим регулювальними характеристиками, крутизна яких залежить від характеру на­вантаження і його коефіцієнта потужності (рис. 12.9). Так, при збіль­шенні струму навантаження при φ > 0, виникає розмагнічуюча дія реакції якоря і відповідна регулювальна характеристика зростає, а при зростаючому струмі навантаження, що випереджає по фазі напругу на φ < 0, вона знижується внаслідок підмагнічуючої дії реакції якоря.

Регулювальні характеристики дозволяють установити межі змі­ни струму збудження синхронного генератора і вибрати апарати для регулювання напруги.

Регулювати струм збудження при зміні навантаження генерато­ра можна вручну, впливаючи на регулюючий реостат Rр, або до­могтися його автоматичної зміни, що особливо зручно при синхро­нних генераторах із самозбудженням (рис. 12.10). Тут при холосто­му ході генератора вторинні обмотки вольтодобавочного транс­форматора ТV1 відіграють роль дроселів, що знижують напругу на затисках погоджуючого трансформатора ТV2, через який жив­ляться напівпровідникові діоди VD. При збільшенні навантаження генератора в цих обмотках наводяться ЕРС, у результаті чого напруга на діодах зростає й відбувається збільшення струму збудження генератора, що приводить до відносної стабілізації напруги на його затискачах.