Регулировочная характеристика гидрогенератора и ее построение по диаграмме Потье

Регулировочной характеристикой гидрогенератора называется зависимость тока возбуждения от тока якоря при постоянных значениях напряжения, скорости вращения и коэффициента мощности: i_f = f(I_а) при U_н = const, n_н = const, cos φ_н = const.

Регулировочные характеристики показывают, как нужно регулировать ток возбуждения i_f , чтобы при изменении нагрузки I_а напряжение на зажимах якоря оставалось неизменным.

Рис.8. Регулировочные характеристики гидрогенератора

Вид регулировочных характеристик также объясняется характером действия реакции якоря. При индуктивной нагрузке φ>0 для поддержания U_н = const с возрастанием нагрузки потребуется значительное увеличение тока возбуждения для компенсации размагничивающего действия реакции якоря и падения напряжения.

При чисто активной нагрузке φ = 0 размагничивающее действие реакции якоря слабее и требуется меньшее увеличение i_f . В случае емкостной нагрузки φ<0 реакция якоря стремится увеличить Е_δ и U, вследствие чего для сохранения U_н = const необходимо с увеличением I_а уменьшить i_f .

Построение регулировочной характеристики при активно-индуктивной нагрузке с помощью диаграммы Потье при U_н = const, n_н=const, cos φ_н=const. При токе якоря I_а = 0 ток возбуждения i_fх , соответствующий МДС F_fx при холостом ходе, определяется отрезком ОХ = 1 о.е. При номинальной нагрузке, т.е. I_а = 1 о.е., i_fн определяется отрезком Оm´. Ток возбуждения, обеспечивающий номинальное напряжение и при половинной нагрузке, определяется аналогичным образом. Перпендикулярно направлению тока якоря из точки А откладываем вектор падения напряжения на расчетном индуктивном сопротивлении обмотки якоря при половинной нагрузке 0,5* j*I_н* Х_р = вектору АР. Радиусом ОР сносим точку Р на ось ординат, а затем на характеристику холостого хода. Полученную точку R проектируем на ось абсцисс в точку S. Из точки S под углом φ´´ = φ_н + δ´ проводим вектор SK = 0.5_* Fа´, учитывающий действие реакции якоря при половинной нагрузке. Суммируя векторы ОS и SK, определяем МДС возбуждения F_f (0.5) = OL при половинной нагрузке. При токе якоря I_а = 0,5 о.е. ток возбуждения i_f определяется отрезком Оl´.

Рис.9. Регулировочные характеристики гидрогенератора по диаграмме Потье

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Объясните внешную и регулировочную характеристику.

2. Как строится диаграмма Потье?

3. Что такое ΔU?

Построение u- образных характеристик по диаграмме потье

U-образные характеристики представляют собой зависимость тока якоря и cos φ от тока возбуждения при постоянной активной мощности, постоянном напряжении и постоянной частоте: I_a, cosφ = f (i_f) при P = const, f_н = const, U_н = const. Обычно они снимаются при работе синхронного гидрогенератора параллельно с сетью. Если такое регулирование осуществляется при постоянстве активной мощности, то остается постоянной активная составляющая тока якоря, а изменение тока якоря происходит только за счет изменения его реактивной составляющей. На рис.5.1 показано семейство характеристик I_a, cosφ= f (i_f) при различных значениях активной мощности Р_акт. Минимальное значение тока якоря для каждой кривой определяет активную составляющую тока якоря (реактивная составляющая равна нулю) и величину мощности Р_акт = m*U*I_aкт, для которой построена данная кривая. Нижняя кривая соответствует Р = 0, т.е. холостому ходу генератора. I_fo – значение тока возбуждения при E_f = U_н . Правые части кривых соответствуют перевозбужденной машине и отдача в сеть индуктивного тока и реактивной мощности, а левые части – недовозбужденной машине, т. е. отдаче в сеть емкостного тока и потреблению реактивной мощности. Кривая, соединяющая точки минимума семейства характеристик отклоняется при увеличении мощности вправо, так как вследствие падения напряжения I_а*r + j*I_а* Х_σ возрастает значение результирующей ЭДС в воздушном зазоре Е_δ и необходимый ток возбуждения при cosφ=1. Эта кривая представляет собой регулировочную характеристику турбогенератора i_f = f(I_а) при cos φ = 1. Точка А соответствует холостому ходу невозбужденной машины, при этом из сети потребляется намагничивающий ток. Линия АС представляет собой

Рис. 10. U-образные характеристики гидрогенератора

границу устойчивости машины, на которой угол нагрузки Θ = Θ_кр. Левее линии АС синхронный генератор выпадает из синхронизма. Величина минимального тока возбуждения i_fmin, при котором машина выпадает из синхронизма, определяется по спрямленной через номинальную точку характеристики холостого хода по минимальному значению ЭДС E_min. E_min определяется аналитически из уравнения активной мощности.

,

где - критический угол при i_fmin. В режиме перевозбуждения величина тока возбуждения ограничивается допустимым нагревом обмотки возбуждения.

Рис. 11. Построение U-образных характеристик по диаграмме Потье

Рис. 12. U-образные характеристики гидрогенератора

Построение U-образных характеристик с помощью диаграммы Потье (Рис. 5.2) выполняется при i_fн = const, n_н = const, cos φ_н = const для двух значений активной мощности Р = 0 и Р = Р_н. Левая ветвь U-образных характеристик для Р = 0 представляет собой прямую линию АВ. Точка В соответствует I_а = 0 и i_f = 1 о.е.

Правая ветвь без учета насыщения – зеркальное отображение левой. В случае насыщения правая ветвь U-образных характеристик строится по диаграмме Потье.

U-образную характеристику для Р = Р_н = const строится для следующих значений тока якоря в относительных единицах: 1,2; 1,0; 0,85; 0,8 при φ > 0 и 0,85; 1,0; 1,2 при φ < 0. Активная составляющая тока якоря I_акт = I_а*cosφ остается постоянной, поэтому векторы токов будут скользить по прямой, параллельно оси абсцисс (Рис. 5.3).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Для построения U-образных характеристик с помощью диаграммы Потье какие значения должны быть постоянными?

2. Как определяется величина минимального тока возбуждения i_fmin?

3. Как происходит изменение тока якоря?