Синхронный генератор
1 Характеристики генератора
О свойствах синхронного генератора (СГ) судят по его характеристикам:
1. Характеристика холостого хода: E(Iв) при I=0 и при n= nном.
При Iв=0 остаточным магнитным потоком наводится небольшая ЭДС Eх.
При (т.к. ).
Наступает насыщение магнитопровода – излом кривой. Точка (Uном, Iв ном) расположена до насыщения – так проектируют СГ.
2. Внешняя характеристика: U(I) при Iв = Iв ном; cosj=const; n= nном.
При I =0 U= U0.
С ростом тока I при активной нагрузке напряжение U падает.
Изменение напряжения происходит в основном из-за реакции якоря. Если нагрузка активная, то поток изменяется незначительно.
При активно-индуктивной нагрузке реакция якоря – продольно-размагничивающая. Поток изменяется значительно, что приводит к сильному изменению напряжения.
При активно-емкостной нагрузке реакция якоря будет продольно-намагничивающая, поток будет возрастать, что приводит к небольшому увеличению напряжения.
Стабилизация напряжения достигается регулированием тока возбуждения.
3. Регулировочная характеристика: Iв (I) при U =const; cosj=const; n= nном. U= Uном.
Эта характеристика показывает, как надо регулировать ток возбуждения при изменении нагрузки СГ, чтобы напряжение на его зажимах оставалось неизменным (искусственная характеристика).
Обычно регулировка напряжения, для того, чтобы U =const оставалось неизменным при изменении нагрузки I, осуществляется автоматически по схеме, где ТТ – трансформатор тока; Т – понижающий трансформатор.
Принцип регулирования:
При увеличении нагрузки I напряжение U падает (по внешней характеристике), но при этом ток Iу возрастает, что приводит к увеличению тока возбудителя Iв и к увеличению магнитного потока F, ЭДС и напряжения U.
2 Потери и КПД синхронного генератора В СГ преобразование механической энергии в электрическую сопровождается потерями энергии. К синхронному генератору со стороны вала подведена механическая мощность P1.
В роторе и статоре имеются следующие потери:
1) потери на возбуждение; Rв – сопротивление цепи возбуждения.
2) - механические потери, вызванные всеми видами трения;
3) - потери магнитные в сердечнике статора (перемагничивание и вихревые токи);
,
(3 в формуле т.к. 3 фазы). Эта электромагнитная мощность передается на статор.
4) - потери в обмотке статора: .
P2 – полезная мощность, отдаваемая в сеть.
Потери , , - постоянные (не зависят от нагрузки) и составляют потери холостого хода ХХ синхронного генератора.
,
где - сумма всех потерь в СГ.
.
Из этой формулы следует, что КПД зависит от cosj.
КПД СГ зависит не только от мощности нагрузки, но и от коэффициента мощности cosj.
КПД СГ достигает 98-99 %.
Для этих генераторов применяют охлаждение газообразным водородом, водой и др.
Регулирование активной мощности. Угловые характеристики
Электромагнитная мощность равна
.
Но из подобия треугольников расставляем углы на векторной диаграмме. Катет bd равен:
.
ac ^ E0, bc ^ I, значит угол bca = Y. Отсюда:
.
Подставляем это значение в формулу (*) получаем:
При неизменном токе возбуждения Iв =const.
СГ включен в сеть и обеспечивает U=Uсети=const.
Момент
, где . ............