![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Синхронные машины
- •15.1. Общие сведения
- •15.2 Устройство синхронной машины
- •15.3. Режимы работы синхронной машины
- •15.4. Получение синусоидальной эдс в синхронном генераторе
- •15.5. Уравнение электрического состояния фазы синхронного генератора
- •15.6. Схема замещения и упрощенная векторная диаграмма фазы синхронного генератора
- •15.7. Номинальная мощность и кпд синхронного генератора
- •15.8. Работа синхронного генератора в электрической системе большой мощности
- •15.9. Электромагнитный момент и угловая характеристика синхронного генератора
- •15.10. U-образная характеристика синхронного генератора
- •15.11. Регулирование активной и реактивной мощности синхронного генератора
- •15.12. Включение синхронного генератора на параллельную работу с системой
- •15.13. Уравнение электрического состояния, схема замещения и векторная диаграмма фазы синхронного двигателя
- •15.14. Электромагнитный момент и угловая характеристика синхронного двигателя
- •15.15. U-образная характеристика синхронного двигателя
- •15.16. Регулирование активной и реактивной мощностей синхронного двигателя
- •15.17. Пуск синхронного двигателя
- •15.18. Синхронные двигатели малой мощности
- •Электропривод
- •16.1 Общие сведения
- •16.2. Уравнение движения электропривода
- •16.3. Основные режимы работы электроприводов
- •16.4. Выбор мощности двигателя электропривода
- •16.5. Выбор вида и типа двигателя
- •16.6. Тиристорное управление электроприводом
- •Аппаратура управления и защиты
- •17.1. Общие сведения
- •17.2. Тепловая защита электроустановок
- •17.3. Автоматические воздушные выключатели
- •17.4. Выключатели высокого напряжения
- •17.5. Реле и релейная защита
- •17.6. Контакторы, магнитные пускатели и контроллеры
- •17.7. Понятие о системах электроснабжения
15.6. Схема замещения и упрощенная векторная диаграмма фазы синхронного генератора
Уравнению электрического состояния фазы статора синхронного генератора (15.3) соответствует схема замещения на рис. 15.4, а.
Построим
теперь векторную диаграмму фазы
синхронного генератора. Для этого
выберем в качестве исходного вектор
основного магнитного потокосцепления
ψ0,
который направим влево по оси абсцисс
(рис. 15.4, б). Вектор ЭДС E0,
индуктируемой потокосцеплением ψ0,
отстает от вектора ψо
на 90°. Вектор тока статора (якоря) I
отстает от Ео
на
угол φ0,
определяемый соотношением реактивных
и активных сопротивлений:
где хя и rн — индуктивное и активное сопротивления цепи нагрузки генератора. Вектор напряжения rвi совпадает по направлению с вектором тока i, а вектор напряжения jxİ опережает этот вектор на 90°. Чтобы определить положение вектора напряжения U между выводами фазной обмотки генератора, вычтем из вектора Ėо сумму векторов напряжений на активном и реактивном сопротивлениях, фазной обмотки: U = Ео — jxİ — rİ. Соединив концы векторов Ėо и U, получим треугольник напряжений на активном и индуктивном сопротивлениях фазы генератора с гипотенузой Zo6I.
Отметим, что для наглядности диаграммы мы преувеличиваем значение вектора напряжения ri.
15.7. Номинальная мощность и кпд синхронного генератора
Энергетический баланс синхронного генератора можно пояснить с помощью его векторной диаграммы (рис. 15.4, б). Вектор Ėо и его составляющие проектируем на направление вектора тока i; тогда активная составляющая ЭДС
Это уравнение умножим на действующее значение тока I и таким путем преобразуем (15.5) в уравнение электрической мощности для одной фазы генератора:
Оно
показывает, что электрическая мощность
статора Рэс
складывается из мощности потерь в
проводах якоря Рпр
и электрической мощности Р,
с
которой генератор отдает энергию в
сеть. Но помимо мощности потерь в проводах
в генераторе имеют место еще и мощность
механических потерь Рмп
и мощность потерь на гистерезис и
вихревые токи в электротехнической
стали Рс
статора и полюсных башмаков. Из уравнения
(15.6) видно, что мощность этих потерь
покрывается не за счет электрической
мощности, а непосредственно за счет
механической мощности первичного
двигателя. Соответствующая энергетическая
диаграмма синхронного генератора
показана на рис. 15.5. Кроме того, в
синхронном генераторе имеют место
потери энергии на возбуждение. Мощность
потерь на возбуждение генератора равна
мощности возбудителя постоянного тока
Рвоз.
Мощность
возбудителя составляет примерно 0,3—1
% номинальной мощности для больших
генераторов. Мощность всех потерь
энергии в генераторе делится на
мощность постоянных потерь, почти не
зависящую от нагрузки, и мощность
переменных потерь, изменяющуюся в
зависимости от нагрузки. Мощность
постоянных потерь Рпос
равна сумме мощностей потерь механических,
возбуждения и в электротехнической
стали; мощность переменных потерь Рпер
равна мощности потерь в проводах.
Электрическая мощность генератора, выраженная через фазные напряжения и ток, Р = 3UI cos φ, при одном и том же токе зависит от cos φ нагрузки. Но сечения проводников обмоток генератора рассчитываются на определенное значение тока, а его изоляция и сечение магнитной цепи — на определенное напряжение U; следовательно, эти величины выбираются независимо от cos φ нагрузки. По этой причине подобно трансформаторам номинальной мощностью генератора считается его полная мощность S = UI, измеряемая в киловольт-амперах. Было бы нецелесообразно соединять генератор с турбиной, рассчитанной на его полную мощность S (деленную на его КПД), так как почти всегда cos φ < 1. Поэтому турбина к генератору обычно имеет несколько меньшую мощность, чем полная мощность генератора (например, из расчета cos φ = 0,8).
Мощность генератора пропорциональна его объему, поэтому с увеличением номинальной мощности генератора уменьшается поверхность охлаждения, приходящаяся на единицу мощности, вследствие чего приходится создавать усиленное охлаждение искусственным путем посредством вентиляции машины. В крупных турбогенераторах количество воздуха, необходимого для вентиляции, весьма велико. В час для охлаждения машины требуется примерно столько воздуха, сколько весит сама машина.
Для генераторов мощностью более 25 000 кВ-А обычно применяется водородное охлаждение. Преимущества такого охлаждения определяются тем, что водород легче воздуха в 14 раз, его теплоемкость больше в 14 раз, теплопроводность — в 7 раз, а коэффициент теплоотдачи водородом с охлаждаемой поверхности — в 1,35 раза.
Коэффициент
полезного действия генератораравен
отношению мощности генератора, включенного
в сеть, к мощности первичного двигателя;
последнюю удобно представить как сумму
мощности генератора и мощности всех
видов потерь в машине; следовательно,
Уравнение КПД показывает, что с уменьшением нагрузки КПД также уменьшается. На рис. 15.6 приведены графики зависимости КПД генератора от нагрузки при различных значениях cos φ. С увеличением номинальной мощности генераторов возрастают КПД как самого генератора, так и его первичного двигателя.