Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Тормозящий электромагнитный момент

Тормозящий электромагнитный момент растет по мере увеличения угла смещения ротора 0, поэтому новое положение устойчивой работы наступит при таком его значении, при котором действующий момент первичного двигателя и противодействующий электромагнитный момент генератора сравняются. [1]

Кроме тормозящего электромагнитного момента М, на валу генератора существует еще момент М0, называемый моментом холостого хода и соответствующий механическим потерям генератора и потерям в стали его якоря. [2]

С уменьшением тока возбуждения уменьшается, как это видно из выражений (20.12) и (20.14), тормозящий электромагнитный момент генератора ; при некотором значении тока возбуждения этот момент оказывается меньше вращающего момента турбины и генератор выпадает из синхронизма. За счет избыточного вращающего момента ротор ускоряется. Магнитное поле статора, вращающееся в пространстве с синхронной частотой вращения, пересекает ротор и наводит в теле ротора, в демпферных обмотках и в обмотке возбуждения ( если она замкнута) токи с частотой скольжения. Эти токи создают тормозящий асинхронный момент, и генератор начинает выдавать активную мощность в сеть. [8]

Ротор паротурбоагрегата состоит из нескольких последовательно соединенных роторов турбины и турбогенератора. При стационарном номинальном режиме работы турбоагрегата суммарный крутящий момент турбины и тормозящий электромагнитный момент генератора ( плюс момент сил трения) взаимно уравновешены. Внезапное короткое замыкание в цепи статора генератора, если оно произошло вблизи генератора, сопровождается появлением переменного электромагнитного момента, наибольшее значение которого в несколько раз превышает номинальный момент. Расчет переменного скручивающего момента в валопроводе турбоагрегата при его крутильных колебаниях в режиме внезапного короткого замыкания в цепи статора генератора является определяющим при оценке кратковременной прочности валопровода. [14]

Источник

Режимы работы синхронных генераторов, рабочие характеристики генераторов

Важнейшие рабочие характеристики синхронного генератора следующие:

характеристика холостого хода,

Характеристика холостого хода синхронного генератора

Электродвижущая сила генератора пропорциональна величине магнитного потока Ф, создаваемого током возбуждения i в, и числу оборотов n ротора генератора в минуту:

Хотя величина электродвижущей силы синхронного генератора зависит от числа оборотов n ротора, регулировать ее путем изменения скорости вращения ротора невозможно, так как с числом оборотов ротора генератора связана частота электродвижущей силы, которая должна быть сохранена постоянной.

Следовательно, остается единственный способ регулировки величины электродвижущей силы синхронного генератора — это изменение основного магнитного потока Ф. Последнее обычно достигается путем регулирования тока возбуждения iв с помощью реостата, введенного в цепь возбуждения генератора. В том случае когда обмотка возбуждения питается током от генератора постоянного тока, сидящего на одном валу с данным синхронным генератором, ток возбуждения синхронного генератора регулируется изменением напряжения на зажимах генератора постоянного тока.

Зависимость электродвижущей силы Е синхронного генератора от тока возбуждения iв при постоянстве номинальной скорости вращения ротора ( n = const) и нагрузке, равной нулю ( 1 = 0), называется характеристикой холостого хода генератора.

Рис. 1. Характеристика холостого хода синхронного генератора

Несовпадение восходящей 1 и нисходящей 2 ветвей объясняется остаточным магнетизмом. Чем больше площадь, ограниченная этими ветвями, тем больше потерь энергии в стали синхронного генератора на перемагничивание.

Крутизна подъема кривой холостого хода на ее начальном прямолинейном участке характеризует магнитную цепь синхронного генератора. Чем меньше расход ампер-витков в воздушных зазорах генератора, тем при прочих одинаковых условиях будет круче характеристика холостого хода генератора.

Внешняя характеристика генератора

Напряжение на зажимах нагруженного синхронного генератора зависит от электродвижущей силы Е генератора, от падения напряжения в активном сопротивлении его статорной обмотки, падения напряжения, обусловленного электродвижущей силой самоиндукции рассеяния Es, и падения напряжения, обусловленного реакцией якоря.

Реакция якоря оказывает более заметное влияние на режим работы синхронного генератора и, в частности, на величину напряжения на его зажимах. Степень этого влияния зависит не только от величины нагрузки генератора, но и от характера нагрузки.

В рассматриваемый момент времени северный полюс одного из электромагнитов, вращающихся вместе с ротором против часовой стрелки, как раз проходит под активным проводником статорной обмотки.

Электродвижущая сила, индуктированная в этом проводнике, направлена к нам из-за плоскости рисунка. А так как нагрузка генератора носит чисто активный характер, то ток I в якорной обмотке совпадает по фазе с электродвижущей силой. Следовательно, в активном проводнике статорной обмотки ток течет к нам из-за плоскости рисунка.

Нетрудно видеть, что радиальная составляющая вектора результирующей магнитной индукции, от которой по сути дела зависит величина индуктированной электродвижущей силы генератора, не изменилась. Следовательно, реакция якоря при чисто активной нагрузке генератора не влияет на величину электродвижущей силы генератора. Это значит, что и падение напряжения в генераторе при чисто активной нагрузке обусловлено только падением напряжения в активном сопротивлении генератора, если пренебречь электродвижущей силой самоиндукции рассеяния.

В этом случае магнитные линии (пунктирные линии) магнитного потока якорной обмотки замыкаются через два соседних разноименных полюса N и S и направлены навстречу магнитным линиям основного магнитного поля генератора, создаваемого магнитными полюсами. Это приводит к тому, что основное магнитное пате не только искажается, но и делается несколько слабее.

На рис. 2,6 приведена векторная диаграмма магнитных индукций: основного магнитного поля В, магнитного поля, обусловленного реакцией якоря В я, и результирующего магнитного поля В рез.

Здесь мы видим, что радиальная составляющая магнитной индукции результирующего магнитного поля стала меньше магнитной индукции В основного магнитного поля на величину Δ В. Следовательно, стала меньше и индуктированная электродвижущая сила, так как она обусловлена радиальной составляющей магнитной индукции. А это значит, что напряжение на зажимах генератора при всех прочих равных условиях будет меньше, чем напряжение при чисто активной нагрузке генератора.

В этом случае магнитные линии (пунктирные линии) магнитного потока якорной обмотки замыкаются через два соседних разноименных полюса N и S и направлены попутно с магнитными линиями основного магнитного поля генератора. Это приводит к тому, что основное магнитное поле генератора не только искажается, но и несколько усиливается.

Выяснив влияние реакции якоря на электродвижущую силу синхронного генератора при различных по своему характеру нагрузках, перейдем к выяснению внешней характеристики генератора. Внешней характеристикой синхронного генератора называется зависимость напряжения U на его зажимах от нагрузки I при постоянной скорости вращения ротора (n = const), постоянстве тока возбуждения (i в = const) и постоянстве коэффициента мощности (cos φ = const).

Кривая 3 выражает внешнюю характеристику синхронного генератора при активно-емкостной нагрузке (cos φ = 0,8). В этом случае напряжение на зажимах генератора несколько растет из-за намагничивающего действия реакции якоря.

Регулировочная характеристика синхронного генератора

Регулировочная характеристика синхронного генератора выражает зависимость тока возбуждения i в генератора от нагрузки I при постоянстве действующего значения напряжения на зажимах генератора (U = const), постоянстве числа оборотов ротора генератора в минуту ( n = const) и постоянстве коэффициента мощности (cos φ = const).

Кривая 3 относится к случаю активно-емкостной нагрузки при cos φ = 0,8. Эта кривая показывает, что с ростом нагрузки генератора требуется меньший ток возбуждения iв генератора для поддержания постоянства напряжения на его зажимах. Это понятно, так как в этом случае реакция якоря усиливает основной магнитный поток и, следовательно, способствует увеличению электродвижущей силы генератора и напряжения на его зажимах.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Электрический генератор без торможения вращению.

В наш 21 век, электричество это энергия цивилизации. Чтобы его получить, используются в 98% случаев электромеханические альтернаторы/генераторы.

В принципе, конструктив синхронного электрогенератора, свою конструкцию не меняет с конца 19 века. Неподвижный статор с фазными обмотками (внутренний или внешний) и подвижный электромагнитный ротор (внутренний или внешний). Возбуждение практически всех промышленных электрогенераторов электромагнитное. Более простые модели, супер малого класса, используют возбуждение постоянными магнитами.

У данных генераторов есть существенный недостаток, это электромагнитный момент машины, который формируется в момент индукции тока в обмотке фазы. Если простым языком, в метрике мощности, то при индукции 1 кВт электрической мощности, на валу генератора, возникает механическая мощность торможения приводного двигателя, равная минимально 1,2 кВт. Особенность данных генераторов в том, что они генерируют переменный ток, близкой к синусоиде. Их возможно подключить к электросистеме, и что очень важно, через трансформацию напряжения, подключить конечного потребителя промышленного или бытового.

Чтобы создать установку электромеханического преобразования с коэффициентом эффективности большей единицы, необходимо иметь мотор у которого показатель ввода электрической мощности значительно ниже выхода механической мощности на валу. Мы это вопрос рассматривать не будем. Рассмотрим вариант генератора у которого электромагнитный момент сведен к минимуму, а мощность соответствующая.

Этот генератор парня из Индонезии по имени Сяир Путра (Syair Putra).

Парень хотел вероятно объяснить, что электромагнитный момент сведен к минимуму. К сожалению кроме этого видео, которое было удалено с канала автора, схемы и объяснения автора более по данной конструкции нет.

Перекрытие или замыкание магнитного потока подвижными шторками, не ново и так:

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Предыстория изобретения

Данное изобретение относится к использованию энергии, накопленной в полях постоянных магнитов. Эта энергия используется в первичных двигателях, способных производить работу без добавления энергии из внешнего источника.

В настоящее время мир сталкивается с кризисом, вызванным нехваткой источников энергии. Людей повсюду просят экономить энергию всеми возможными способами. И ученые усердно ищут новые источники энергии и способы более эффективного использования традиционных источников.

Краткое описание изобретения

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематический вид одного варианта двигателя с постоянными магнитами, сконструированного в соответствии с настоящим изобретением.;

На рис. 2 представлен план одной из поворотных заслонок, используемых в качестве магнитного экрана в устройстве на рис. 1;

На фиг. 3 представлен схематический вид второго варианта осуществления изобретения с установленным магнитным экраном; и

На рис. 4 представлен схематический вид устройства на рис. 3 с магнитным экраном, снятым между постоянными магнитами.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Изобретение будет легче понять, обратившись к рисунку 1, который представляет собой схематический вид первой формы изобретения, которая может использовать либо притяжение, либо отталкивание магнитных полей для создания возвратно-поступательного движения в первичном двигателе. Пара постоянных магнитов 1 и 3 расположены на расстоянии друг от друга с намагничиваемым элементом 5 расположен между ними. Элемент 5 показан с соединенными с ним рычагами 7 и 9. Рычаг 7 также соединен с приводным звеном 11 который предусмотрен для преобразования возвратно-поступательного движения элемента 5 к вращательному движению посредством эксцентрикового соединения с круговым элементом 13.

Элемент 5 подпружинен в положении, показанном с помощью пружин 15, 17, 19 и 21. Смещающие звенья 23 и 25 соединяют рычаги 7 и 9 к весенним членам.

Пара вращающихся элементов 27 и 29 затвора установлена на валу 31, который концентричен общей оси постоянных магнитов 1 и 3 и намагничиваемого элемента 5. Вал 31 приводится в движение подходящим устройством, таким как двигатель 33, показанный на рисунке.

На рис 2 показан план поворотного затвора 27 показанного на рис 1. Затвор 27 содержит вырезные участки 35 и 37 и участки 39 и 41 из магнитного экранирующего материала. Положения магнитных экранирующих частей жалюзи 27 и 29 смещены друг от друга на 90 градусов, так что, когда жалюзи 27 обнажают полюсные части постоянного магнита 1, жалюзи 29 экранируют полюсные части постоянного магнита 3.

В работе электродвигателя 33 вращается вал 31 и прикрепленные к нему поворотные заслонки 27 и 29. При воздействии полюсных наконечников одного из постоянных магнитов к нему притягивается намагничиваемый элемент 5, так как в то же время полюсные наконечники другого постоянного магнита будут экранированы. По мере того как затвор продолжает вращаться, полюсные наконечники каждого магнита будут попеременно выставляться и экранироваться, заставляя намагничиваемый элемент 5 совершать возвратно-поступательные движения между постоянными магнитами с помощь со стороны смещающих пружин, одна пара которых будет сжиматься, а другая-натягиваться. Круговое колесо 13 служит средством отбора мощности и преобразует возвратно-поступательное движение намагничиваемого элемента 5 в круговое движение вращения вала.

Когда магнитный элемент 57 затвора, который действует как магнитный экран между постоянными магнитами 45 и 47, удаляется, как показано на фиг.4, магниты 45 и 47 отталкиваются друг от друга и сжимают пружины 53 и 55. Когда элемент 57 затвора снова помещается между магнитами 45 и 46, сжатые пружины 53 и 55 возвращают магниты 45 и 47 обратно в положение, показанное на фиг. 3. Периодическое действие элемента 57 затвора будет производить периодическое возвратно-поступательное движение, которое может быть преобразовано в полезное вращательное движение осуществляется круговыми колесами 59 и 61. Затвор 57 может быть установлен с возможностью вращательного движения аналогично затворам 27 и 29 на фиг.1.

Друзья, интереснейшая идея создания соответствующего генератора, (по типу обратимости электромашин), у которого электромагнитный момент снижен к возможному минимуму.

Небольшой эскиз из записей Джона Эклина и решение:

И решение которое уже есть в сети

В конструкции имеем катушки с сердечниками и магниты, которые зазором ориентированы по полюсам катушки. В зазоре вращается (iron) железная шторка размыкая и замыкая условный магнитный поток. Шторки расположены со сдвигом перекрытия или замыкания потока. В этой конструкции получим пульсирующее поле но КПД установки буден низкий. Тем более, у самого Автора была немного иная концепция построения генератора:

В его версии катушка с сердечником, находится между параллельно ориентированными магнитами, которые ориентированы разными полюсами. Шторки на валу ориентированы чтобы замыкать потк через сердечник поочерёдно. Таким образом полюса катушки, будут перемагничиваться, соответственно поле которое будет воздействовать на обмотку вокруг сердечника, способно индуцировать ЭДС, и при подключении нагрузки ток. Вопрос в другом в создании установки мощностью хотя бы 500 ватт для выдачи потребителю. Примеры создания таких устройств есть

Это уже интересный образец который достоин внимания, Катушки и магниты стационарные, вращаются только диски со шторками. Сайт: Magnetfeld und Induktion – Der Low Lenz Fluxgenerator

Как работает генератор потока Low Lenz? Low Lenz Fluxgenerator Статически расположенные неодимовые магниты и статические катушки, между магнитом и катушкой вращающийся железный диск с отверстиями. Магнитный поток проникает в катушки всякий раз, когда в диске появляется окно, и отрезается, когда железо скользит между магнитом и катушкой. Это дает вам колебательное магнитное поле, которое возбуждает катушки. При этом используется свойство магнитного поля иметь возможность перемещать металл с очень небольшим сопротивлением в магнитном поле.Таким образом, вы справляетесь с обычным эффектом рулевого управления, который тормозит на обычных генераторах с силовым эффектом. Вы можете легко вращать ось с железными дисками двумя пальцами руки. Это не работает с обычными генераторами или электродвигателями.

Неодим и железо. Очень интересно наблюдение, что вы можете генерировать переменный ток от 210 до 240 вольт, а приводной двигатель вращается измеримо быстрее и тянет меньше входной энергии, как только вы надеваете нагрузку и потребляете генерируемую электроэнергию. В этом случае в видео это лампы. Выход был усилен толстыми железными пластинами, установленными слева и справа рядом с магнитами.Похоже, что с помощью железных пластин можно физически перетащить рассеивающее магнитное поле неодимовых магнитов внутрь к центру генератора и тем самым значительно уплотнить поле. Разница с железными пластинами и без них действительно огромна.

Я же склонен, к системе прерывания потока, так как металлическая шторка из ферромагнитного материала будет иметь свойства возникновения в теле шторки, токов Фуко

Полагаю, что необходимо найти решение, это решение импульсной генерации озвучу в в новой редакции “Ротовертер для Чайника”

Источник

Какая по характеру нагрузка создает тормозящий момент генератора

Электромагнитный момент синхронной машины:

Эта зависимость носит название угловой характеристики синхронной машины (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Угловая характеристика 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.

Кривая М э.м. =F(θ) за точкой θ=90 соответствует области неустойчивой работы синхронного генератора. В этих условиях вращающий момент первичного двигателя превышает максимальный тормозящий момент генератора, т. к. увеличение θ свыше 90 приводит к уменьшению тормозящего электромагнитного момента М э.м. Избыток вращающего момента создает дальнейшее ускорение ротора, что обуславливает дальнейшее возрастание θ и новое уменьшение тормозящего момента и т. д. пока генератор не выпадет из синхронизма. В таком случае нарушается автоматическая связь между частотой сети и скоростью вращения ротора; ЭДС машины и напряжение сети перестают уравновешивать друг друга, и токи в обмотках статора могут достигнуть весьма больших значений токов короткого замыкания, т. к. мгновенные значения ЭДС статора и напряжение сети могут теперь складываться, а не вычитаться, как при нормальной работе. При выпадении генератора из синхронизма его отключают от сети приборы автоматической защиты.

Уменьшение вращающего момента первичного двигателя вызывает соответствующее уменьшение угла θ, и когда θ станет равным нулю, тогда первичный двигатель будет лишь покрывать потери синхронной машины; в этих условиях при θ=0 машина не будет отдавать энергию в сеть как генератор и потреблять ее из сети как двигатель. Этот режим является промежуточным между режимами генератора и двигателя.

В этом случае для построения упрощенной векторной диаграммы синхронного двигателя удобно использовать векторы и (Рис. 3.1.7).

Рис. 3.1.7. Упрощенная векторная диаграмма синхронного двигателя

Работающая параллельно с сетью синхронная машина нагружается как в режиме двигателя, так и в режиме генератора, путем изменения момента, приложенного к валу. Практически используется только кратковременный переход двигателя в режим генератора для быстрого торможения двигателя.

называется синхронизирующей мощностью, а величина

Практически синхронная машина работает сравнительно далеко от предела статической устойчивости, соответствующего θ=90 градусов. У синхронных генераторов угол θ при номинальной нагрузке не превышает 20 градусов, а у двигателей, как менее ответственной машины, этот угол достигает 30 градусов.

Форма угловой характеристики синхронной машины объясняется картиной взаимодействия потоков Ф в и Ф в синхронной машине (рис. 3.8).

Подключение синхронной машины к сети. При подключении синхронного генератора применяют два способа: точная синхронизация и самосинхронизация.

Первый способ требует предварительную синхронизацию включаемого генератора, которая осуществляется следующим образом (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа

Скорость машины Г доводится примерно до синхронного числа оборотов и ее возбуждение регулируется так, чтобы вольтметр на ее зажимах показал значение, равное напряжению сети. При этом последовательность фаз машины должна соответствовать последовательности фаз сети. Перед подключением машины к сети необходимо более точное регулирование частоты вращения машины и фазы ее ЭДС. Для этой цели используют синхроскопы. В простейшем случае синхроскоп составляется из ламп накаливания. Чем меньше частота генератора отличается от частоты сети, тем медленнее будут происходить колебания света фазных ламп. Достигают совпадения частот, при котором промежутки времени между следующими друг за другом вспышками ламп будут не менее 3. 5 сек. Затем в момент полного затухания ламп замыкается рубильник.

Сущность метода самосинхронизации состоит в том, что генератор включается на сеть без возбуждения, когда его скорость отличается от синхронной на 2. 3%. Обмотка ротора во время такого включения должна быть замкнута накоротко или на некоторое сопротивление. Сейчас же после включения генератора на сеть в ротор подается постоянный ток возбуждения, и генератор сам доходит до синхронной скорости под действием электромагнитных сил.

Источник

Какая по характеру нагрузка создает тормозящий момент генератора

Параллельная работа генератора с сетью бесконечно большой мощности

Будем считать, что машина подключена к сети очень большой мощности (теоретически бесконечно большой) и что все изменения, которые происходят в машине, не влияют на сеть: вектор напряжения сети все время остается постоянным и вращается относительно неподвижной оси времени с одной и той же равномерной угловой частотой ωс = 2πf. Такое допущение облегчает рассуждения и делает более ясными выводы.

Вопросы, относящиеся к параллельной работе синхронных машин, важно выяснить прежде всего с их качественной стороны.

Ранее указывалось, что до включения синхронной машины на параллельную работу практически невозможно добиться, чтобы частота ее напряжения была длительно равна частоте напряжения сети; после же включения машина будет работать строго в такт, синхронно с другими машинами, питающими сеть. В этом заключается характерное свойство синхронной машины, которое и дало повод к ее названию.

Рассмотрим причины, которые заставляют синхронную машину работать синхронно с другими такими же машинами при их параллельном включении.

Представим себе, что машина, после того как она приключена к сети, работает вначале вхолостую, т. е. не отдает и не потребляет никакой активной мощности. Если наведенная э.д.с. машины точно равна и обратно направлена напряжению сети , то в обмотке статора не будет никакого тока (рис. 4-61).

Рис. 4-61. Векторы напряжения сети и э.д.с. при отсутствии тока в обмотке статора.

Если теперь машина по какой-нибудь причине начнет вращаться быстрее, например вследствие случайного увеличения момента первичного двигателя, то вектор несколько сдвинется в сторону вращения векторов (рис. 4-62,а). Сдвиг фаз между и в этом случае уже не будет равен 180°. В цепи, состоящей из обмоток приключенной машины и машин, уже работавших, будет действовать результирующая э.д.с. . Она создает в этой цепи ток . Мы можем считать, что ток зависит от синхронного сопротивления хс только рассматриваемой машины, так как сопротивлением всех других машин при очень большой их мощности можно пренебречь (мы здесь имеем в виду ненасыщенную неявнополюсную машину, для которой, как отмечалось, можно принять: xc=xd=xq):

(4-66)

Рис. 4-62. Векторная диаграмма синхронной машины.
а – соответствующая увеличению вращающего момента первичного двигателя, б – соответствующая уменьшению вращающего момента первичного двигателя.

Ток будет практически отставать от на 90°, так как активное сопротивление цепи имеет ничтожное значение. Машина будет работать генератором и отдавать энергию в сеть, так как E0Icos > 0. Токи статора, взаимодействуя с магнитным полем машины, создают электромагнитный момент, направленный против вращения, т. е. тормозящий момент, противодействующий стремлению машины вращаться быстрее.

Если машина начнет вращаться медленнее, то возникают токи (рис. 4-62,б), создающие при взаимодействии с полем электромагнитный момент, направленный в сторону вращения. Машина начнет работать двигателем, потребляя мощность из сети

E0Icos 0. Отношение характеризует степень нарастания электромагнитной мощности при изменении угла θ. Точнее эту степень можно характеризовать первой производной от электромагнитной мощности по углу θ, т. е. величиной, Вт/рад,

. (4-73)

Величину Рс будем называть удельной синхронизирующей мощностью. Называют ее также коэффициентом синхронизирующей мощности. Можно допустить, что величина Pс = остается постоянной в пределах небольших изменений угла θ (на Δθ и ), с которыми обычно приходится иметь дело. Тогда получим:

. (4-74)

Величину ΔРэм (или ) будем называть синхронизирующей мощностью. Возникновение синхронизирующей мощности при отклонении ротора от синхронного хода обусловливает как бы упругую, эластичную связь машины с сетью.

Зависимость Рс от угла θ представлена пунктирной кривой на рис. 4-64. Она показывает, что при θ > 90° машина не может держаться в синхронизме. Обычно машина работает далеко от предела устойчивости. Угол θн при номинальной мощности редко превышает 20 30°.

Согласно (4-71) Рэм.м зависит от U и Е0. Следовательно, при уменьшении напряжения или возбуждения максимальная, мощность также уменьшается и машина будет работать ближе к пределу статической устойчивости.

Изменение возбуждения. V-oбразные кривые.

Рассмотрим параллельную работу генератора с сетью очень большой мощности при изменении тока в его обмотке возбуждения.

Допустим, что после включения генератора на параллельную работу он работает вхолостую и его э.д.с уравновешивает напряжение сети ; тогда в его статорной обмотке не будет никакого тока. Если теперь увеличить ток в обмотке возбуждения (перевозбудить машину), то напряжение сети не будет уравновешивать э.д.с. , появится избыток э.д.с. (рис. 4-65).

Избыточная э.д.с. вызовет ток в обмотках всех параллельно работающих машин. Его можно принять равным , так как сопротивлением. Обмоток всех других машин можно пренебречь, как и активным сопротивлением рассматриваемой машины. Угол θ при этом не изменится (θ = 0).

Ток есть реактивный ток. Он будет отставать от , а следовательно, и от напряжения генератора Uг на , как это показано на рис. 4-65. Этот ток будет тем больше, чем больше машина перевозбуждена и чем меньше сопротивление xc.

Рис. 4-65. Перевозбуждение машины.

При уменьшении тока возбуждения (при недовозбуждении) напряжение сети будет больше э.д.с. (рис. 4-66). Следовательно, в цепи обмоток параллельно работающих машин будет действовать э.д.с. , которая также создает реактивный ток , но теперь этот ток будет опережать напряжение генератора на , как показано на рис. 4-66.

Рис. 4-66. Недовозбуждение машины.

К тому же самому мы придем, если учтем выводы, полученные нами из рассмотрения реакции якоря в синхронном генераторе (§ 4-3,а).

Так как результирующий поток в машине, как мы выяснили, при Uc = const должен быть постоянным, то при перевозбуждении реакция якоря должна быть размагничивающей. Такую реакцию якоря в генераторе создает отстающий ток. Следовательно, при перевозбуждении генератор работает с отстающим током.

При недовозбуждении для сохранения результирующего потока неизменным реакция якоря должна быть намагничивающей. А такую реакцию якоря создает опережающий ток. Следовательно, при недовозбуждении генератор работает с опережающим током.

То же самое будем иметь при изменении возбуждения генератора, работающего с нагрузкой.

На рис. 4-67 представлена диаграмма генератора, работающего с различными токами и cos φ, но при постоянном напряжении и постоянной мощности, отдаваемой в сеть.

Рис. 4-67. Диаграммы генератора при различных возбуждениях (при U = const и Р = const).

Рассмотрим сначала работу генератора стоком I и cos φ = l. Проекция на линию 0А, перпендикулярную к , равна . Следовательно, эта проекция при постоянных напряжении U и синхронном сопротивлении хс может служить мерой мощности машины, равной .

Если при постоянной мощности (Р = Рэм = const) изменить возбуждение, то изменится э.д.с. Е0, но ее проекция на линию, перпендикулярную к U, при этом должна остаться неизменной. Таким образом, при изменении возбуждения конец вектора э.д.с. будет скользить по прямой АВ.

Из рис. 4-67 следует, что при перевозбуждении генератор работает с отстающим током, а при недовозбуждении) – с опережающим током.

Ток всегда направлен под углом к . Конец вектора при изменении возбуждения будет скользить по прямой CD, так как активная составляющая тока cos φ = const.

Переход от одного установившегося режима к другому при изменении возбуждения протекает следующим образом (рис. 4-67). Допустим, например, что э.д.с. E0 увеличивается до . Угол θ не может измениться столь же быстро до θ’ вследствие инерции вращающихся частей. Увеличение Е0 при том же значении угла θ вызовет увеличение электромагнитной мощности, которая в течение некоторого промежутка времени будет больше мощности на валу. Поэтому ротор должен замедлить свое вращение. Угол θ при этом должен уменьшаться. После нескольких затухающих колебаний получается установившийся режим работы при новых значениях и θ’, при которых электромагнитная мощность снова соответствует мощности на валу.

В течение переходного процесса, связанного с небольшим изменением угловой частоты ротора, регуляторы частоты первичных двигателей обычно не успевают подействовать, так как их чувствительность относительно невелика.

Следовательно, изменение возбуждения вызовет лишь изменение реактивной составляющей тока.

Для изменения активной составляющей тока или активной мощности, отдаваемой в сеть, необходимо изменить мощность, создаваемую первичным двигателем. Например, для увеличения мощности с Р до Р’ нужно соответственно увеличить мощность на валу машины. Тогда вектор Е0 при изменении возбуждения будет скользить по линии А’В’ (рис. 4-67). Линии AВ, А’В’, параллельные вектору , называются линиями постоянной мощности синхронного генератора.

Опытным путем можно найти зависимости тока статора от тока возбуждения I = f(Iв) при U = const и Р = const. Соответствующие кривые для различных значений Р показаны на рис. 4-68.

Рис. 4-68. V-образные кривые генератора.

Вследствие их сходства с латинской буквой V они называются V-образными кривыми. На рис. 4-68 видно, что для каждой мощности существует такое возбуждение, при котором ток статора синхронного генератора будет минимальным. Этому току соответствует cosφ = l. На рис. 4-68 кривая минимальных токов показана пунктиром. Она, очевидно, представляет собой регулировочную характеристику при cosφ = l.

V-образные кривые могут быть также найдены при помощи векторных диаграмм, для построения которых должны быть известны характеристика холостого хода и параметры машины.

Источник