какая по характеру нагрузка вызывает подмагничивание генератора

Какая по характеру нагрузка вызывает размагничивание генератора

Какая по характеру нагрузка вызывает размагничивание генератора

Реакция якоря синхронной машины

Под реакцией якоря в синхронных машинах понимают воздействие магнитного поля статора (якоря) на магнитное поле ротора. Реакция якоря оказывает сильное влияние на все электромагнитные процессы в машине. Явление реакции по определению связано с магнитным полем статора, поэтому характер и степень влияния реакции определяется током статора, т.е. нагрузкой машины.

При чисто активной нагрузке ( R ) ток и магнитный поток статора совпадают по фазе с и результирующий магнитный поток машины оказывается смещенным относительно потока ротора на некоторый угол в сторону запаздывания. В результате смещения потока магнитное поле ослабляется под набегающими краями полюсов ротора и усиливается под сбегающими. Несмотря на то, что в результате смещения сбегающие края полюсов подмагничиваются, результирующее поле машины ослабляется, т.к. из-за насыщения полюсов в зоне подмагничивания оно проявляется слабее, чем размагничивание на набегающих краях. В целом при активной нагрузке магнитное поле ослабляется и деформируется.

При чисто емкостной нагрузке ( C ) ток статора и магнитный поток опережают ЭДС на и поле в машине усиливается потоком реакции, направленным согласно с потоком ротора. Искажения поля в этом случае также не происходит, а усиление поля вследствие насыщения оказывается выраженным слабо.

Какая по характеру нагрузка вызывает размагничивание генератора

§ 115. Реакция якоря синхронного генератора

Основной магнитный поток машины — это поток возбуждения, создаваемый обмоткой ротора. При отсутствии нагрузки этот поток является единственным потоком машины.

При нагрузке синхронного генератора по обмотке статора (якоря) проходит ток I, который создает свой магнитный поток. Этот поток оказывает значительное влияние на магнитное поле машины в целом, изменяя его по величине или искажая его распределение. Такое действие магнитного потока статора (якоря) на поток полюсов ротора называется реакцией якоря.

Рассмотрим три характерных случая:

1. К генератору присоединена активная нагрузка. Ток I совпадает по фазе с э.д.с., индуктированной в обмотке статора.

* ( Для наглядности здесь представлена часть цилиндрической поверхности статора и ротора в развернутом виде.)

Рис. 277. Реакция якоря синхронного генератора при различных характерах нагрузки

В этот момент э.д.с. катушки имеет максимальное значение, а так как нагрузка генератора чисто активная, то и ток в катушке будет иметь максимальное значение. Направление магнитных линий вокруг проводников катушки статора определяется по правилу «буравчика». Из чертежа видно, что поле статора размагничивает набегающий край полюсов и намагничивает сбегающий край полюсов. Этот случай носит название поперечной реакции якоря.

* ( Полюсным делением называется расстояние между осями смежных полюсов N и S.)

Из чертежа видно, что магнитный поток статора направлен навстречу потоку полюсов вдоль их оси и, следовательно, ослабляет магнитное поле машины. Этот случай носит название продольно-размагничивающей реакции якоря.

3. Генератор нагружен чисто емкостной нагрузкой. При этом ток опережает э.д.с. на 90° (рис. 277, в).

Максимум тока наступает в момент, когда полюсы не дойдут до соответствующих проводников на расстояние, равное половине полюсного деления.

Из чертежа видно, что магнитный поток статора направлен согласно с потоком полюсов вдоль их оси и, следовательно, усиливает магнитное поле машины. Этот случай носит название продольно-намагничивающей реакции якоря.

В действительности нагрузка носит смешанный характер. Поэтому магнитный поток реакции якоря будет иметь как поперечную, так и продольную составляющие.

Таким образом, реакция якоря синхронного генератора зависит от характера нагрузки, т. е. от сдвига фаз между индуктированной в статоре э.д.с. и его током.

Влияние реакции якоря на работу синхронного генератора зависит от величины нагрузочного тока I, протекающего по обмотке статора. С ростом индуктивной нагрузки усиливается размагничивающее действие реакции якоря, а с ростом емкостной нагрузки усиливается намагничивающее действие реакции якоря.

Реакция якоря синхронного генератора

Воздействие магнитного поля обмотки якоря, на магнитное поле созданное обмотки возбуждения называется реакцией якоря.

Действие реакции якоря зависит от характера нагрузки: активной ( ), индуктивной ( ), емкостной ( ) или смешанной ( или ).

Рассмотрим реакцию якоря на примере однофазного двухполюсного синхронного генератора.

Поток реакции якоря Ф_а направлен перпендикулярно потоку возбуждения — имеет место поперечная реакция якоря. Поперечная реакция якоря приводит к искажению результирующего поля машины. Магнитное поле ослабляется под набегающим краем полюса и усиливается под сбегающим краем полюса. Результирующий магнитный поток машины уменьшается. Это ведет к уменьшению ЭДС.

Поток реакции якоря направлен вдоль оси полюса ротора противоположно основному потоку . Поток якоря ослабляет поле машины и реакция якоря оказывает продольно-размагничивающее действие.

Когда ток статора достигнет максимума, ротор успеет дополнительно провернуться на 90 0 относительно оси обмотки якоря.

Потоки статора и обмотки возбуждения будут совпадать. Магнитное поле машины усиливается, реакция якоря — продольно-намагничивающая.

При смешанной активно-индуктивной нагрузке ( ), ротор успеет повернуться на некоторый угол ψ прежде, чем ток статора достигнет максимума (рис. 6.8). Из векторной диаграммы МДС видно, что вектор МДС реакции якоря отстает от ЭДС на угол ψ.

Разложим МДС реакции якоря на составляющие по продольной и поперечной осям машины.

;

При активно-индуктивной нагрузке продольная составляющая реакции якоря направлена встречно, а при активно-емкостной согласно основному магнитному потоку.

10 Рассмотрим 2 принципиальных случая:

— при ненасыщенной магнитной системе, когда действие реакции якоря приводит только к искажению магнитного потока.

— при насыщенно магнитной цепи, когда под действием поля якоря основной магнитный поток в воздушном зазоре уменьшается под действием поля якоря. Для упрощения расчетов вводится параметр – линейная нагрузка.

Iпр — ток проводника, Da – диаметр окружности якоря, А – ток якоря, приходящийся на единицу длины окружности якоря (A\м).

1. Действие реакции якоря при ненасыщенной магнитной цепи: По общему правилу за положительное направление магнитной индукции принимается такое, когда магнитный поток из воздушного зазора поступает в якорь. Поскольку магнитная система ненасыщенна, индукция основного магнитного потока и реакции якоря должны быть сложены.

Индукция по окружности якоря под действием поля якоря распределяется неравномерно. Повышается напряжение между соседними коллекторными пластинами, что может отрицательно сказаться на коммутации электрической машины. Индукция в воздушном зазоре остается неизменной. Физическая нейтраль относительно геометрической нейтрали по направлению вращения якоря на угол α, величина этого угла определяется током нагрузки якоря.

При отсутствии насыщения можно пренебречь МДС стальных участков, учитывать только МДС воздушного зазора.

.2 При насыщенной магнитной цепи.

Цепь насыщена, поэтому нельзя решить этот вопрос складыванием индукции основного магнитного потока и от поля якоря, в этом случае строится переходная характеристика

Площадь ABCDEF – магнитный поток в воздушном зазоре.

Уменьшение магнитного потока под действием поля якоря приводит к уменьшению ЭДС на зажимах генератора. Качественные и количественные оценки реакции якоря применимы и для двигательного режима работы с учетом того, что ток и ЭДС направлены в противоположные стороны. 1. У набегающего края полюса магнитные потоки будут складываться, у сбегающего вычитаться.

2. Сдвиг щеток с нейтрали по направлению вращения якоря приводит к появлению продольной намагничивающей составляющей якоря, в связи с этим в двигательном режиме сдвиг щеток с геометрическо

Источник

Магнитное поле нагруженного синхронного генератора. Реакция якоря синхронной машины

При включении генератора на симметричную нагрузку в обмотках якоря появляется 3-х фазная симметричная система токов, которая образует вращающееся магнитное поле, это поле накладывается на поле возбуждения, вращается синхронно с ним и в машине образуется результирующее магнитное поле. Магнитное поле якоря зависит от хар-ра нагрузки, т.е. от cosφ, поэтому результирующее магнитное поле может изменяться под влиянием якоря. Воздействие поля якоря на результирующее поле машины называется реакцией якоря. Поле возбуждения всегда направлено вдоль осей полюса, а поле якоря может иметь различные направления в зависимости от хар-ра нагрузки. В явнополюсных машинах магнитный зазор неравномерный, поэтому их магнитнаясис-ма несимметричная. Под полюсами, где зазор небольшой, магнитноесопр. Гораздо меньше чем между полюсами, поэтому в явнополюснвх машинах магнитное поле якоря принято делить на 2 составляющие: продольную и поперечную. Продольная составляющая направлена вдоль оси полюса, поперечная направлена вдоль оси проходящей на середине между полюсами. Картина магнитного поля повторяется на всех одноименных полюсах, поэтому достаточно рассмотреть магнитное поле на 2-х соседних полюсных делениях. Для этого вместо реальной машины рассматривают упрощенную 2-х полюсную модель

7. Реакция якоря синхронной машины при индуктивнойнагрузке Индуктивная нагрузка (ψ₁= 90°). При чисто индуктивнойнагрузке генератора ток статора I₁ отстает по фазе от ЭДС E₀ на 90°. Поэтому он достигает максимального значения лишь после поворота ротора вперед на 90° относительно его положения, соот­ветствующего максимуму ЭДС E₀При этом МДС F₁действует вдоль оси полюсов ротора встречно МДС возбуждения F_BO. В этом мы также убеждаемся, построив векторную диаграмму.Такое действие МДС статора F₁ослабляет поле машины. Сле­довательно, реакция якоря в синхронном генераторе при чисто индуктивной нагрузке оказывает продольно-размагничивающее действие.В отличие от реакции якоря при активной нагрузке в рассмат­риваемом случае магнитное поле не искажается.

15.Включение генераторов на параллельную работуПри включении синхронного генератора в сеть на параллельную работу необходимо соблюдать следующие условия: ЭДС генератора E₀в момент подключения его к сети должна быть равна и проти­воположна по фазе напряжению сети (E_r=-U_c), частота ЭДС генератора f_r должна быть равна часто­те переменного напряжения в сетиf_c; порядок следо­вания фаз на выводах генератора должен быть таким же, что и на зажимах сети.Приведение генератора в состояние, удовлетво­ряющее всем указанным условиям, называют син­хронизацией. Несоблюдение любого из условий син­хронизации приводит к появлению в обмотке статора больших уравнительных токов, чрезмерное значение которых может явиться причиной аварии.Включить генератор в сеть с параллельно рабо­тающими генераторами можно или способом точной синхронизации, или способом самосинхронизацииСпособ точной синхронизации. Сущность это­го способа состоит в том, что, прежде чем включить генератор в сеть, его приводят в состояние, удовле­творяющее всем вышеперечисленным условиям. Момент соблюдения этих условий, т. е. момент син­хронизации, определяют прибором, называемым синхроноскопом. Способ самосин­хронизации. Ротор не­возбужденного генера­тора приводят во вра­щение первичным дви­гателем до частоты вращения, отличающейся от синхронной не более чем на 2—5%, затем генератор подключают к сети. Для того чтобы избежать перенапряжений в обмотке ротора в момент подключения генератора к сети, ее замыкают на некоторое активное Сопротивление. Так как в момент подключения генератора к сети его ЭДС равна нулю (генератор не возбужден), то под действием напряжения сети в обмотке статора наблюдается резкий бросок тока, превышающий номинальное значение тока генератора. Вслед за включением обмотки статора в сеть подключают обмотку возбуждения к источнику постоянного тока и синхронный генера­тор под действием электромагнитного момента, действующего на его ротор, втягивается в синхронизм, т. е. частота вращения ротора становится синхронной. При этом ток статора быстро уменьшается.При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значи­тельные механические воздействия на обмотки, подшипники и муфту, соединяющую генератор с турбиной. Влияние этих воздей­ствий на надежность генератора учитывается при проектировании синхронных генераторов. Способ самосинхронизации (грубой синхронизации) обычно применяют в генераторах при их частых включениях. Этот способ прост и легко автоматизируется.

Источник

Какая по характеру нагрузка вызывает подмагничивание генератора

Какая по характеру нагрузка вызывает подмагничивание генератора

Реакция якоря синхронной машины

Под реакцией якоря в синхронных машинах понимают воздействие магнитного поля статора (якоря) на магнитное поле ротора. Реакция якоря оказывает сильное влияние на все электромагнитные процессы в машине. Явление реакции по определению связано с магнитным полем статора, поэтому характер и степень влияния реакции определяется током статора, т.е. нагрузкой машины.

При чисто активной нагрузке ( R ) ток и магнитный поток статора совпадают по фазе с и результирующий магнитный поток машины оказывается смещенным относительно потока ротора на некоторый угол в сторону запаздывания. В результате смещения потока магнитное поле ослабляется под набегающими краями полюсов ротора и усиливается под сбегающими. Несмотря на то, что в результате смещения сбегающие края полюсов подмагничиваются, результирующее поле машины ослабляется, т.к. из-за насыщения полюсов в зоне подмагничивания оно проявляется слабее, чем размагничивание на набегающих краях. В целом при активной нагрузке магнитное поле ослабляется и деформируется.

При чисто емкостной нагрузке ( C ) ток статора и магнитный поток опережают ЭДС на и поле в машине усиливается потоком реакции, направленным согласно с потоком ротора. Искажения поля в этом случае также не происходит, а усиление поля вследствие насыщения оказывается выраженным слабо.

Какая по характеру нагрузка вызывает подмагничивание генератора

§ 115. Реакция якоря синхронного генератора

Основной магнитный поток машины — это поток возбуждения, создаваемый обмоткой ротора. При отсутствии нагрузки этот поток является единственным потоком машины.

При нагрузке синхронного генератора по обмотке статора (якоря) проходит ток I, который создает свой магнитный поток. Этот поток оказывает значительное влияние на магнитное поле машины в целом, изменяя его по величине или искажая его распределение. Такое действие магнитного потока статора (якоря) на поток полюсов ротора называется реакцией якоря.

Рассмотрим три характерных случая:

1. К генератору присоединена активная нагрузка. Ток I совпадает по фазе с э.д.с., индуктированной в обмотке статора.

* ( Для наглядности здесь представлена часть цилиндрической поверхности статора и ротора в развернутом виде.)

Рис. 277. Реакция якоря синхронного генератора при различных характерах нагрузки

В этот момент э.д.с. катушки имеет максимальное значение, а так как нагрузка генератора чисто активная, то и ток в катушке будет иметь максимальное значение. Направление магнитных линий вокруг проводников катушки статора определяется по правилу «буравчика». Из чертежа видно, что поле статора размагничивает набегающий край полюсов и намагничивает сбегающий край полюсов. Этот случай носит название поперечной реакции якоря.

* ( Полюсным делением называется расстояние между осями смежных полюсов N и S.)

Из чертежа видно, что магнитный поток статора направлен навстречу потоку полюсов вдоль их оси и, следовательно, ослабляет магнитное поле машины. Этот случай носит название продольно-размагничивающей реакции якоря.

3. Генератор нагружен чисто емкостной нагрузкой. При этом ток опережает э.д.с. на 90° (рис. 277, в).

Максимум тока наступает в момент, когда полюсы не дойдут до соответствующих проводников на расстояние, равное половине полюсного деления.

Из чертежа видно, что магнитный поток статора направлен согласно с потоком полюсов вдоль их оси и, следовательно, усиливает магнитное поле машины. Этот случай носит название продольно-намагничивающей реакции якоря.

В действительности нагрузка носит смешанный характер. Поэтому магнитный поток реакции якоря будет иметь как поперечную, так и продольную составляющие.

Таким образом, реакция якоря синхронного генератора зависит от характера нагрузки, т. е. от сдвига фаз между индуктированной в статоре э.д.с. и его током.

Влияние реакции якоря на работу синхронного генератора зависит от величины нагрузочного тока I, протекающего по обмотке статора. С ростом индуктивной нагрузки усиливается размагничивающее действие реакции якоря, а с ростом емкостной нагрузки усиливается намагничивающее действие реакции якоря.

Реакция якоря синхронной машины

В процессе работы нагруженного синхронного генератора в нем одновременно действуют МДС возбуждения F_в0 [см. (20.1)] и статора (якоря) F₁ [см. (9.15)], при этом МДС статора (якоря) воз­действует на МДС возбуждения, усиливая или ослабляя поле воз­буждения или же искажая его форму. Воздействие МДС обмотки статора (якоря) на МДС обмотки возбуждения называется реакци­ей якоря. Реакция якоря оказывает влияние на рабочие свойства синхронной машины, так как изменение магнитного поля в маши­не сопровождается изменением ЭДС, наведенной в обмотке стато­ра, а следовательно, изменением и рада других величин, связан­ных с этой ЭДС. Влияние реакции якоря на работу синхронной машины зависит от значения и характера нагрузки.

Синхронные генераторы, как правило, работают на смешан­ную нагрузку (активно-индуктивную или активно-емкостную). Но для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря на работу син­хронной машины целесообразно рассмотреть случаи работы гене­ратора при нагрузках предельного характера, а именно: активной, индуктивной и емкостной. Воспользуемся для этого векторными диаграммами МДС. При построении этих диаграмм следует иметь в виду, что вектор ЭДС , индуцируемой магнитным потоком возбуждения в обмотке статора, отстает по фазе от вектора этого потока (а следовательно, и вектора МДС ) на 90°. Что же касается вектора тока в обмотке статора I₁, то он может занимать по

отношению к вектору различные положения, определяемые углом , в зависимости от вида нагрузки.

Активная нагрузка( = 0). На рис. 20.5, а представлены статор и ротор двухполюсного генератора. На статоре показана часть фазной обмотки. Ротор явнополюсный, вращается против движения часовой стрелки. В рассматриваемый момент времени ротор занимает вертикальное положение, что соответствует максимуму ЭДС в фазной обмотке. Так как ток при активной нагрузке совпадает по фазе с ЭДС, то указанное положение ротора соответствует также и максимуму тока. Изобразив линии магнитной индукции поля возбуждения (ротора) и линии магнитной индукции поля обмотки статора, видим, что МДС статора направлена перпендикулярно МДС возбуждения . Этот вывод также подтверждается векторной диаграммой, построенной для этого же случая. Порядок построения этой диаграммы следующий: в соответствии с пространственным положением ротора генерато­ра проводим вектор МДС возбуждения ; под углом 90° к этому вектору в сторону отставания проводим вектор ЭДС , наведен­ной магнитным полем возбуждения в обмотке статора; при подключении чисто активной нагрузки ток в обмотке статора ,

Рис. 20.5. Реакция якоря синхронного генератора при

активной (а), индуктивной (б) и емкостной (в) нагрузках

совпадает по фазе с ЭДС , а поэтому вектор МДС , создаваемый этим током, сдвинут в пространстве относительно вектора на 90°.

Такое воздействие МДС статора (якоря) на МДС возбуж­дения вызовет искажения результирующего поля машины: магнитное поле машины ослабляется под набегающим краем по­люса и усиливается под сбегающим краем полюса (рис. 20.6). Вследствие насыщения магнитной цепи результирующее магнит­ное поле машины несколько ослабляется. Объясняется это тем, что размагничивание набегающих краев полюсных наконечников и находящихся над ними участков зубцового слоя статора проис­ходит беспрепятственно, а подмагничивание сбегающих краев по­люсных наконечников и находящихся над ними участков зубцово­го слоя статора ограничивается магнитным насыщением этих элементов магнитной цепи. В итоге результирующий магнитный поток машины ослабляется, т. е. магнитная система несколько размагничивается. Это ведет к уменьшению ЭДС машины Е₁.

Индуктивная нагрузка ( = 90°). При чисто индуктивной нагрузке генератора ток статора отстает по фазе от ЭДС на 90°. Поэтому он достигает максимального значения лишь после поворота ротора вперед на 90° относительно его положения, соот­ветствующего максимуму ЭДС (см. рис. 20.5, 6). При этом МДС действует вдоль оси полюсов ротора встречно МДС возбуждения . В этом мы также убеждаемся, построив векторную диаграмму.

Такое действие МДС статора F₁ ослабляет поле машины. Сле­довательно, реакция якоря в синхронном генераторе при чисто индуктивной нагрузке оказывает продольно-размагничивающее действие.

В отличие от реакции якоря при активной нагрузке в рассмат­риваемом случае магнитное поле не искажается.

Емкостная нагрузка( ψ = —90°). Так как ток , при емкостной нагрузке опережает по фазе ЭДС на 90°, то своего большего значения он достигает раньше, чем ЭДС, т. е. когда ротор займет положение, показанное на рис. 20.5, в. Магнитодвижущая сила статора так же, как и в предыдущем случае, действует по оси полюсов, но теперь уже согласно с МДС возбуждения .

При этом происходит усиление магнитного поля возбуждения. Таким образом, при чисто емкостной нагрузке синхронного генератора реакция якоря оказывает продольно-намагничивающее действие. Магнитное поле при этом не искажается.

Смешанная нагрузка.При смешанной нагрузке синхронного генератора ток статора сдвинут по фазе относительно ЭДС на угол ψ₁, значения которого находятся в пределах 0

Направление вектора F_1d относительно вектора определяет­ся характером реакции якоря, который при токе нагрузки , от­стающем по фазе от ЭДС , является размагничивающим, а при токе , опережающем по фазе ЭДС , — подмагничивающим.

Пример 20.1.Определить продольную и поперечную составляющие МДС статора (якоря) трехфазного синхронного генератора номинальной мощностью 150 кВ А при напряжении 6,3 кВ, если его четырехполюсная обмотка статора с обмоточным коэффициентом k_об1 = 0,92 содержит в каждой фазе по w₁ = 312 последо­вательно соединенных витков. Нагрузка генератора номинальная при cos = ψ₁0,8.

Решение. Ток нагрузки номинальный

I₁ = S_ном / ( U_1ном) = 150/ ( 6,3) = 13,76 А.

Максимальное значение МДС трехфазной обмотки статора по (9. IS)

F₁ =1,35 I₁ w₁ k_o6l / p = l,35 13,76 312 0,92 / 2 = 2666 A.

Поперечная составляющая МДС статора по (20.13)

Продольная составляющая МДС статора по (20.14)

Магнитодвижущие силы реакции якоря по продольной F_1d и поперечной F_1q осям создают в магнитопроводе синхронной ма­шины магнитные потоки реакции якоря. Основные гармоники этих потоков: по продольной оси

где R_мd и R_мq — магнитные сопротивления синхронной машины потокам основной гармоники по продольной и поперечной осям.

В неявнополюсной машине воздушный зазор по периметру расточки статора равномерен, а поэтому магнитные сопротивле­ния по продольной и поперечной осям равны (R_мd = R_мq = R_м).

Магнитные потоки реакции якоря, сцепляясь с обмоткой ста­тора, наводят в этой обмотке ЭДС реакции якоря:

; (20.17)

. (20.18)

Здесь х_а — индуктивное сопротивление реакции якоря, представ­ляющее собой главное индуктивное сопротивление обмотки ста­тора (Ом):

где D₁ — внутренний диаметр сердечника статора, м; l_i — расчет­ная длина сердечника статора, м; δ — воздушный зазор, м.

В явнополюсных синхронных машинах магнитные сопротив­ления машины потокам основной гармоники по продольной и по­перечной осям не одинаковы (R_мq > R_мd):

где R_м — магнитное сопротивление машины при равномерном воздушном зазоре по всему периметру расточки статора.

Это обстоятельство оказывает влияние на значения магнитных потоков реакции якоря, а следовательно, и на ЭДС реакции якоря. Количественно это влияние учитывается коэффициентами формы

= — j x_a k_q = — j x_ad sin ψ₁ (20.22)

= — j x_aq k_q = — j x_aq cos ψ₁. (20.23)

Здесь x_ad и x_aq — индуктивные сопротивления реакции якоря явнополюсной машины: по продольной оси

Источник