Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрические машины. Учебное пособие (практикум)
.pdf
Э л е к т р и ч е с к и е м а ш и н ы
pkwImF
обddm
/
2
11
sinIId
f
Е
I
pkwImF
обqqm
/
2
11
cosIIq
1111101
rIEEEEU
qd
0
E
dE1
qE1
1
E
11
xIjЕ
1
rI
11101
rIEEEU
1
E
Амплитуда продольной составляющей МДС обмотки якоря
, (7.3)
где
щей тока статора; β – угол между ЭДС возбуждения
– действующее значение продольной составляю-
и током
(или МДС F1m).
Амплитуда поперечной составляющей МДС обмотки якоря
, (7.4)
где
– действующее значение поперечной составляю-
щей тока статора.
Для явнополюсной синхронной машины справедливо уравне-
ние напряжений
, (7.5)
где
основному магнитному потоку синхронной машины Ф0;
– основная ЭДС синхронной машины, пропорциональная
–
ЭДС реакции якоря синхронной машины по продольной оси, пропорциональная МДС реакции якоря по продольной оси F1d;
–
ЭДС реакции якоря по поперечной оси, пропорциональная МДС
реакции якоря по поперечной оси F1q;
– ЭДС рассеяния, обу-
словленная наличием магнитного потока рассеяния Фσ, величина
этой ЭДС пропорциональна индуктивному сопротивлению рассеяния обмотки статора х1
, (7.6)
где
– активное падение напряжения в фазной обмотке статора.
Обычно при решении задач этой величиной пренебрегают
ввиду ее небольшого значения.
Уравнение напряжений для неявнополюсной синхронной ма-
шины:
. (7.7)
где
– ЭДС реакции якоря неявнополюсной синхронной машины.
41
Э л е к т р и ч е с к и е м а ш и н ы
1об
k
11582/907,0105183
2
1
m
F
210l
Выражения для ЭДС взаимной индукции
ков ,
и
через главные индуктивные сопротивления обмотки
,
и
от то-
якоря:
;
;
. (7.8)
где , , – главное индуктивное сопротивление и его составляющие по продольной и поперечным осям.
Пример. Определить амплитуду основной гармонической
МДС трехфазной обмотки якоря четырехполюсной синхронной
машины, имеющей следующие данные: число витков в фазе =
105, коэффициент укорочения = 0,951, коэффициент распреде-
ления = 0,954. Ток в якоря = 18 А.
Решение
По формуле (6.7) определим обмоточный коэффициент:
= 0,951 · 0,954 = 0,907.
По формуле (7.2) определим амплитуду основной гармонической МДС:
А.
Задания
1. Число витков в фазе обмотки якоря двухполюсного турбо-
генератора = 16, коэффициент укорочения = 0,966, коэффициент распределения = 0,956. Вычислить амплитуду основной
гармонической МДС обмотки якоря, если мощность турбогенера-
тора = 31 250 кВ∙А, фазное напряжение
= 6 060 В.
2. Определить магнитный поток взаимной индукции, соответ-
ствующий току I = 1 300 А в трехфазной обмотке двухполюсного
турбогенератора, его потокосцепление с фазой обмотки статора и
индуцируемую в ней ЭДС, если известно: число витков в фазе обмотки w1 = 16, число пазов на полюс и фазу q = 8, шаг обмотки у =
20, расчетный зазор
четная длина
=3,3 см, полюсное деление τ = 150 см, рас-
см, частота тока 50 Гц.
3. По известным значениям главных индуктивных сопротив-
лений обмотки якоря по продольной Х1d = 2,02 Ом и поперечной
Х
= 1,53 Ом осям гидрогенератора определить соответствующую
1q
42
Э л е к т р и ч е с к и е м а ш и н ы
ЭДС взаимной индукции якоря Е1d и Е1q для режима работы, характеризуемого током I = 2 800 А и углом β = 50о.
4. Номинальная мощность гидрогенератора Sн = 26 200 кВ∙А,
номинальное линейное напряжение Uнл = 10,5 кВ, частота тока
f = 50 Гц, соединение фаз – звезда, номинальная частота вращения
п
= 125 об./мин. Найти амплитуду основной гармонической МДС
н
обмотки якоря, если число витков в фазе w1 = 126, обмоточный
коэффициент k
= 0,94. Найти составляющие МДС по продольной
об
и поперечной осям при активно-индуктивной (β = 50о) нагрузке.
Контрольные вопросы
1. Как определить синхронную скорость синхронной машины?
2. Какое поле в синхронной машине называется полем реак-
ции якоря?
3. Какое поле реакции якоря является поперечным, а какое
продольным?
4. Напишите уравнение напряжения для явнополюсной син-
хронной машины; для неявнополюсной.
Литература 3–5.
43
Э л е к т р и ч е с к и е м а ш и н ы
Н
U
Н
I
Н
P
ННН
cosSP
Н
cos
Н
S
ННН
3 IUS
8. ПОСТРОЕНИЕ ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАММ
СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА И РАСЧЕТ
ЕГО ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Цель – получение навыков расчет основных параметров и построения век-
торных диаграмм синхронного генератора.
Знания, умения и навыки, приобретаемые обучающимися в результате
освоения темы, в рамках формируемых компетенций:
ПК-5 – знать: методы определения параметров трансформаторов;
уметь: самостоятельно определять и анализировать параметры работающе-
го электромеханического оборудования;
владеть: навыками самостоятельного определения параметров электромеханического оборудования;
ПК-6 – знать: происходящие в трансформаторах при различных режимах
их работы;
уметь: рассчитывать режимы работы электрических машин;
владеть: навыками расчета режимов работы трансформаторов.
Актуальность темы заключается в том, что полученные навыки построения
векторных диаграмм синхронных машин могут использоваться при расчете параметров и режимов электроэнергетических систем.
Теоретическая часть
Номинальные параметры генераторов. Номинальное напря-
жение генератора
– это линейное (междуфазное) напряжение
обмотки статора в номинальном режиме.
Номинальным током статора генератора
называется то
значение тока, при котором допускается длительная нормальная
работа генератора при номинальных параметрах охлаждения (температура, давление и расход охлаждающего газа и жидкости) и
номинальных значениях мощности и напряжения, указанных в
паспорте генератора.
Номинальная активная мощность генератора
– это
наибольшая активная мощность, для длительной работы с которой
он предназначен в комплекте с турбиной:
(8.1)
– номи-
где
,
– номинальный коэффициент мощности;
нальная полная мощность генератора
. (8.2)
44
Э л е к т р и ч е с к и е м а ш и н ы
Н
cos
1
/,РР
11
,РМ
Номинальный ток ротора – это наибольший ток возбуждения
генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его
номинальной мощности при отклонении напряжения статора в
пределах ±5 % номинального значения и при номинальном коэффициенте мощности.
Номинальный коэффициент мощности
принимается
равным 0,8 для генераторов мощностью до 125 МВ∙А, 0,85 – для
турбогенераторов мощностью до 588 МВ∙А и гидрогенераторов до
360 МВ∙А, 0,9 – для более мощных машин.
Каждый генератор характеризуется также КПД при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности. Для
современных генераторов номинальный КПД колеблется в пределах 96,3–98,8 %. КПД в любом режиме
(8.3)
где P – активная мощность, передаваемая генератором нагрузке;
Р
– механическая мощность, подводимая к генератору от первич-
1
ного двигателя.
Механическая мощность, подводимая к генератору от первичного двигателя, с учетом расхода мощности на приведение в движение возбудителя
(8.4)
где M1 – вращающий момент двигателя, направленный в сторону
вращения; – угловая скорость.
Векторная диаграмма ЭДС синхронных генераторов позволяет,
с одной стороны, на стадии проектирования определять значение
МДС для обеспечения необходимого режима работы, с другой –
оценить эксплуатационные характеристики уже готовой машины
при различной нагрузке, не производя при этом многочисленных
опытов.
Два типа задач, о которых говорилось выше, определяют два
основных вида векторных диаграмм: диаграммы Блонделя и диаграммы Потье.
Диаграммы Блонделя
Эти диаграммы используются для анализа характеристик генератора и строятся в следующем порядке. Исходным является
уравнение синхронного генератора
45
Э л е к т р и ч е с к и е м а ш и н ы
aaaqqd
rIIjxxIjIEU
ad
jx
ad
x
aq
x
UIEEEEIE
araqada
d
I
q
I
E
EI
U
ra
I
a
xIj
qaqaq
ExIj
dadad
ExIj
E
U
E
U
cosIUmP
, ,U I const
qaq
EI
. (8.5)
где
индуктивного сопротивления.
строится в указанном ниже порядке:
В генераторном режиме работы вектор
и угол считается положительным. Угол зависит от нагрузки
(активной мощности) синхронного генератора
,
– продольная и поперечная составляющие главного
На рис. 8.1 представлен первый вид векторных диаграмм, он
Рис. 8.1. Векторная диаграмма Блонделя с учетом сопротивлений
реакции якоря (для R–L нагрузки)
Угол между векторами
Из векторной диаграммы можно проследить, что, если
и
называется углом нагрузки.
всегда опережает
, (8.6)
,
а меняется, то меняется и
46
.
Э л е к т р и ч е с к и е м а ш и н ы
aqqdd
rIxIjxIjEU
aqqdd
rIxIjxIjUE
I
E
IxAQq
d
I
q
I
EI
U
ra
I
qq
Ixj
dd
Ixj
A
B
Q
O
QAB
q
qq
xI
xI
AB
AQ
coscos
Второй вид диаграммы Блонделя (рис. 8.2) основан на уравнении, записанном через синхронные сопротивления:
(8.7)
и строится в том же порядке, как и предыдущая.
Если в векторах падений напряжений поменять знаки, то получим векторные диаграммы, соответствующие уравнению:
(8.8)
Прямая, проведённая из точки А перпендикулярно вектору
до пересечения вектора
отсекать отрезок
Рис. 8.2. Векторная диаграмма Блонделя с учетом
синхронных индуктивных сопротивлений
Угол
), значит
(т. к. стороны перпендикулярны сторонам угла
(или его продолжения) в точке Q будет
.
. (8.9)
47
Э л е к т р и ч е с к и е м а ш и н ы
I
U
cos
E
qd
xx
da
x
qa
x
EI
U
ra
I
d
xIj
U
I
cos
U
I
a
xIj
a
rI
E
Это свойство используется в диаграммах Потье, где по
и
мости разлагать ток на составляющие, и векторная диаграмма выглядит значительно проще (рис. 8.3).
го установившегося режима работы синхронного генератора с постоянной степенью насыщения, т. е. с постоянными
находят
Для неявнополюсных машин
Рассмотренные векторные диаграммы справедливы для любо-
.
, поэтому нет необходи-
и
,
.
Рис. 8.3. Векторная диаграмма неявнополюсного
синхронного генератора
Диаграмма Потье (неявнополюсный синхронный генератор).
Как уже говорилось, такой тип диаграмм используется при проектировании и эксплуатации синхронных машин, когда надо определить ток возбуждения if, необходимый для обеспечения заданных
,
,
Сначала строят векторы
, необходимую для создания данного режима. Затем по харак-
, с учетом насыщения.
и
48
, затем
и
, находят
Э л е к т р и ч е с к и е м а ш и н ы
ei
e
F
E
e
F
a
F
F
E
F
I
E
E
E
E
F
A
E
EI
U
ra
I
dda
Ixj
a
E
E
B
B
C
C
E
e
F
O
a
F
D
0ra
теристике холостого хода определяют
для создания
вающую силу реакции якоря
щую силу обмотки возбуждения
. Затем, вычитая из
, получим полную намагничиваю-
.
или
, необходимые
приведённую намагничи-
Таким образом, диаграмма Потье состоит из векторной диаграммы ЭДС и векторной диаграммы намагничивающих сил.
Вектор
Если из точки С провести прямую, перпендикулярную
сечение её и ОВ даст насыщенную
, то аналогичным способом получим
должен быть перпендикулярен AD (
, если вместо
.
, рис. 8.4).
, то пере-
отложить
Рис. 8.4. Векторная диаграмма ЭДС Потье
При практическом использовании диаграммы Потье её совмещают с характеристикой холостого хода (рис. 8.5). При постро-
ении принимается
. Более точные результаты диаграмма да-
49
Э л е к т р и ч е с к и е м а ш и н ы
ax
р
x
0
U
)( consti
U
0
U
E
E
a
E
E
I
ii
iei
U
0
U
U
E
E
a
F
ёт, если вместо
взять
. Диаграмма построена для неявнопо-
люсных машин.
По совмещенной диаграмме Потье и характеристике холостого хода можно получить значение напряжения на зажимах при
сбросе нагрузки
. Разница между
и
и найти изменения напряжения
при этом имеет место оттого, что
для режима нагрузки и холостого хода принимается одна степень
насыщения, а на самом деле они различны.
Рис. 8.5. Векторная диаграмма намагничивающих сил Потье
Пример. Найти ЭДС, индуктируемую в одной фазе статора
генератора переменного тока, если количество витков 24; обмоточный коэффициент 0,9; частота ЭДС 50 Гц, а магнитный поток
0,05 Вб.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]