Нагрузочная характеристика

Нагрузочная характеристика определяет зависимость U = f(i_f) при I = const, cos = const и I = const и показывает, как изменяется напряжение генератора U с изменением тока воз­буждения i_f при условии постоянства тока нагрузки I и cos .

И з числа разнообразных нагрузочных характеристик наибольший прак­тический интерес представляет так называемая индукцион­ная нагрузочная характеристика (рис. 1, кривая 2), которая соответствует чисто индуктивной нагрузке ге­нератора, когда cos = 0 (инд.).

Обычно она снимается для I=I_н. По схеме индукционную нагрузочную харак­теристику можно снимать так: с помощью РТ ступенями изме­няют U на зажимах генератора и одновременно регулируют i_f так, что достигается I=const. Вместе с тем при необходимости не­сколько регулируют величину момента приводного двигателя так, чтобы cos = 0.

10) Параллельная работа с мощной сетью

Обычно на электростанции несколько мощных генераторов.

Они работают параллельно на общую сеть:

• Увеличивает установленные мощности

• Повышает надежность Электроснабжения, потребления

• Позволяет проще обслуживать эти агрегаты.

Эти станции объединяют в единую энергосистему. Она позволяет лучше решать задачу распределения энергосистемы.

Условия включения на параллельную работу. Необходимо, чтобы при включении не было брака тока или его уменьшить.

• Напряжение генератора и сети должно быть одинаково

• При включении генератора ЭДС генератора находилось в противофазе с напряжению сети

• Частота генератора должна ровняться частоте сети.

• Должно быть согласовано чередования фаз генератора и сети.

11) Электромагнитная мощность синхронного генератора - это мощность, передаваемая от ротора к статору электромагнитным путем. Она равна мощности, подводимой первичным двигателем к генератору, за вычетом механических потерь, потерь в стали статора и потерь на возбуждение.

(3.1.10)

Эта зависимость носит название угловой характеристики синхронной машины. Если θ>0, то мощность и момент положительны, машина работает в режиме генератора и отдает электрическую мощность, а электромагнитный момент при этом является тормозящим моментом, который преодолевает первичный двигатель. Работа, совершаемая первичным двигателем, преобразуется в электрическую работу, отдаваемую генератором в сеть. При увеличении создаваемого первичным двигателем вращающего момента, ротор машины, вследствие сообщаемого ему ускорения, увеличивает угол θ и после нескольких колебаний около синхронной скорости восстанавливается равновесие вращающегося момента первичного двигателя и тормозящего электромагнитного момента генератора. Таким же образом восстанавливается это равновесие при уменьшении вращающего момента первичного двигателя посредством уменьшения угла θ и вызываемого этим снижения тормозящего электромагнитного момента. Работа синхронного генератора устойчива при изменении угла θ в пределах от 0 до 90 градусов.

16) СД и СК характеристики

Синхронный генератор можно заставить работать в качестве электрического двигателя. У них обмотка статора питается трехфазным переменным током, а обмотка ротора подключается к источнику постоянного напряжения.

При питании трехфазным переменным током обмотки статора синхронного двигателя возникает вращающееся магнитное поле. Скорость вращения поля зависит от частоты переменного тока и числа полюсов статора.

Однако если после включения статора включить постоянный ток в обмотку ротора, то ротор будет стоять на месте. Самостоятельно он тронуться не может. Это объясняется тем, что магнитное поле статора, вращаясь с большой скоростью относительно неподвижного ротора, не может мгновенно сообщить ротору синхронную скорость и заставить его вращаться. Так как ротор обладает значительной массой и большой инерцией, он не в состоянии тронуться с места и развить необходимую скорость. Поэтому для пуска синхронного двигателя приходится применять специальные устройства. Синхронный двигатель имеет ценное качество. Если при малых токах возбуждения ротора он потребляет реактивный ток из сети и работает, как говорят, с отстающим cosφ, то, увеличивая ток возбуждения ротора, можно добиться того, что обмотка статора совсем не будет потреблять реактивный ток и cosφ в этом случае будет равен единице. При дальнейшем увеличении тока возбуждения ротора статор сам начнет отдавать в сеть реактивный ток, и синхронный Двигатель, продолжая нести механическую нагрузку, превращается одновременно в генератор реактивного тока или реактивной мощности. В этом случае двигатель будет как бы подобен конденсатору и станет работать с опережающим cosφ. Синхронный двигатель, предназначенный для улучшения cosφ установки, называется синхронным компенсатором.

Рабочими характеристиками синхронного двигателя являются зависимости потребляемой мощности P1, потребляемого тока I₁, вращающего момента М, cosφ и КПД (η) от полезной мощности нагрузки P₂. Они изображены на рис.9.7 и соответствуют случаю, когда на холостом ходу cosφ =1.

При постоянном токе возбуждения увеличение нагрузки на валу вызывает уменьшение cosφ, что объясняется увеличением реактивного падения напряжения при возрастании потребляемого от сети тока I₁. КПД η с увеличением нагрузки быстро увеличивается и достигает максимума, когда не зависящие от нагрузки механические потери и потери в стали становятся равными зависящим от нагрузки потерям в меди обмоток. Дальнейшее увеличение нагрузки снижает КПД. Потребляемый статором ток I₁ на холостом ходу мал, при этом cosφ =1. При увеличении нагрузки I₁ возрастает практически пропорционально нагрузке. Вращающий момент М на холостом ходу мал, т.к. механические потери невелики. При увеличении нагрузки, благодаря постоянству скорости вращения синхронного двигателя, вращающий момент возрастает почти линейно.

Потребляемая мощность Р1 растёт быстрее, чем полезная мощность Р2, т.к. при увеличении нагрузки сказывается увеличение электрических потерь в двигателе, которые пропорциональны квадрату тока.

Угловые хар-ки.

Будем считать, что обмотка возбуждения питается от источника тока, и во всех режимах i_в=I_в=const. В этом случае уравнения механической характеристики примут вид:

Из первого и второго уравнений определяются токи статора:

Подставив эти выражения в третье уравнение системы и, учитывая, что , после преобразований получаем уравнение угловой характеристики двухфазного явнополюсного синхронного двигателя:

 Подставив и, получим уравнение угловой характеристики трехфазного асинхронного явнополюсного двигателя:

И з этого выражения видно, что момент синхронного двигателя содержит две составляющие. Первая обусловлена взаимодействием вращающегося магнитного поля статора с полем возбуждения ротора, а вторая представляет собой реактивный момент, обусловленный явнополюсным исполнением ротора. Вследствие явнополюсности, энергия магнитного поля максимальна при любом из двух положений ротора, поэтому вторая составляющая момента зависит от двойного угла Θ_эл. Θ эл.ном. обычно составляет 20^°-30^°.

U-образные характеристики. Для количественной оценки изменения реактивной составляющей тока статора с помощью регулирования тока возбуждения двигателей используют U-образные характеристики, представляющие собой зависимость / = f(/в) при постоянном тормозном моменте на валу M = const. Синхронные машины, работа которых характеризуется правой ветвью U-образной кривой при М = О, получили название синхронных компенсаторов. Следует отметить, что при больших значениях тока возбуждения I начинается насыщение магнитной цепи машины, благодаря чему правые ветви U-образных характеристик становятся более пологими из-за нарушения линейности зависимости магнитного потока Фо и ЭДС Ео от тока возбуждения /в.

17) Пуск СД. Одним из главных недостатков синхронных двигателей является сложность их пуска в ход. Пуск синхронных двигателей может быть осуществлен при помощи вспомогательного пускового двигателя или путем асинхронного пуска.

Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Если ротор синхронного двигателя с возбужденными полюсами развернуть другим, вспомогательным двигателем до скорости вращения поля статора, то магнитные полюсы статора, взаимодействуя с полюсами ротора, заставят ротор вращаться далее самостоятельно без посторонней помощи, в такт с полем статора, т. е. синхронно. Для осуществления пуска необходимо, чтобы число пар полюсов асинхронного двигателя было меньше числа пар полюсов синхронного двигателя, ибо при этих условиях вспомогательный асинхронный двигатель может развернуть ротор синхронного двигателя до синхронной скорости.

Сложность пуска и необходимость вспомогательного двигателя являются существенными недостатками этого способа пуска синхронных двигателей.

Асинхронный пуск синхронного двигателя. Для осуществления этого способа пуска в полюсных наконечниках полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка. Так как во время пуска в обмотке возбуждения двигателя наводится большая ЭДС, то по соображениям безопасности она замыкается на сопротивление. При включении напряжения трехфазной сети в обмотку статора синхронного двигателя возникает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая короткозамкнутую (пусковую) обмотку, заложенную в полюсных наконечниках ротора, индуктирует в ней токи. Эти токи, взаимодействуя с вращающимся полем статора, приведут ротор во вращение. При достижении ротором наибольшего числа оборотов (95—97% синхронной скорости) обмотка ротора включается в сеть постоянного напряжения. Недостатком асинхронного пуска является большой пусковой ток (в 5—7 раз больший рабочего тока). Пусковой ток вызывает падение напряжения в сети, а это отражается на работе других потребителей. Для уменьшения пускового тока применяют пуск при пониженном напряжении с помощью реактора или автотрансформатора.