Τρόποι λειτουργίας σύγχρονων γεννητριών, χαρακτηριστικά λειτουργίας γεννητριών

Τα κύρια μεγέθη που χαρακτηρίζουν τη σύγχρονη γεννήτρια είναι: τερματική τάση U, φόρτιση I, φαινόμενη ισχύς P (kVa), στροφές ρότορα ανά λεπτό n, συντελεστής ισχύος cos φ.

Τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά της σύγχρονης γεννήτριας είναι τα εξής:

• χαρακτηριστικό αδράνειας,

• εξωτερικό χαρακτηριστικό,

• ρυθμιστικό χαρακτηριστικό.

Χαρακτηριστικό χωρίς φορτίο μιας σύγχρονης γεννήτριας

Η ηλεκτροκινητική δύναμη της γεννήτριας είναι ανάλογη με το μέγεθος της μαγνητικής ροής Ф που δημιουργείται από το ρεύμα διέγερσης iv και τον αριθμό των στροφών n ρότορα της γεννήτριας ανά λεπτό:

E = cnF,

όπου s — συντελεστής αναλογικότητας.

Αν και το μέγεθος της ηλεκτροκινητικής δύναμης μιας σύγχρονης γεννήτριας εξαρτάται από τον αριθμό των στροφών του ρότορα, είναι αδύνατο να ρυθμιστεί αλλάζοντας την ταχύτητα περιστροφής του ρότορα, επειδή η συχνότητα της ηλεκτροκινητικής δύναμης σχετίζεται με τον αριθμό των περιστροφές του ρότορα της γεννήτριας, ο οποίος πρέπει να διατηρείται σταθερός.

Επομένως, παραμένει ο μόνος τρόπος προσαρμογής του μεγέθους της ηλεκτροκινητικής δύναμης μιας σύγχρονης γεννήτριας — αυτή είναι μια αλλαγή στην κύρια μαγνητική ροή F. Η τελευταία συνήθως επιτυγχάνεται ρυθμίζοντας το ρεύμα διέγερσης iw χρησιμοποιώντας έναν ρεοστάτη που εισάγεται στο κύκλωμα διέγερσης της γεννήτριας. Σε περίπτωση που το πηνίο διέγερσης τροφοδοτείται με ρεύμα από μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος που βρίσκεται στον ίδιο άξονα με αυτήν τη σύγχρονη γεννήτρια, το ρεύμα διέγερσης της σύγχρονης γεννήτριας ρυθμίζεται αλλάζοντας την τάση στους ακροδέκτες της γεννήτριας συνεχούς ρεύματος.

Η εξάρτηση της ηλεκτροκινητικής δύναμης Ε της σύγχρονης γεννήτριας από το ρεύμα διέγερσης iw σε σταθερή ονομαστική ταχύτητα ρότορα (n = const) και φορτίο ίσο με μηδέν (1 = 0) ονομάζεται χαρακτηριστικό ρελαντί της γεννήτριας.

Το σχήμα 1 δείχνει το χαρακτηριστικό χωρίς φορτίο της γεννήτριας. Εδώ, ο αύξων κλάδος 1 της καμπύλης αφαιρείται καθώς το ρεύμα iv αυξάνεται από μηδέν σε ivm και ο φθίνων κλάδος 2 της καμπύλης — όταν το iv αλλάζει από ivm σε iv = 0.

Ρύζι. 1. Χαρακτηριστικό ρελαντί μιας σύγχρονης γεννήτριας

Η απόκλιση μεταξύ των ανερχόμενων 1 και 2 κατερχόμενων κλάδων εξηγείται από τον υπολειπόμενο μαγνητισμό. Όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή που οριοθετείται από αυτούς τους κλάδους, τόσο μεγαλύτερες είναι οι απώλειες ενέργειας στον χάλυβα της σύγχρονης γεννήτριας αντιστροφής μαγνήτισης.

Η απότομη ανύψωση της καμπύλης ρελαντί στο αρχικό ευθύ τμήμα της χαρακτηρίζει το μαγνητικό κύκλωμα της σύγχρονης γεννήτριας. Όσο χαμηλότερος είναι ο ρυθμός ροής στροφής amp στα κενά αέρα της γεννήτριας, τόσο πιο απότομο θα είναι το χαρακτηριστικό ρελαντί της γεννήτριας, υπό άλλες συνθήκες.

Εξωτερικά χαρακτηριστικά της γεννήτριας

Η τάση ακροδεκτών μιας φορτισμένης σύγχρονης γεννήτριας εξαρτάται από την ηλεκτροκινητική δύναμη Ε της γεννήτριας, την πτώση τάσης στην ενεργό αντίσταση της περιέλιξης του στάτη της, την πτώση τάσης λόγω της αυτοεπαγωγικής ηλεκτροκινητικής δύναμης διάχυσης Es και την πτώση τάσης λόγω της αντίδραση οπλισμού.

Είναι γνωστό ότι η διασποριστική ηλεκτροκινητική δύναμη Es εξαρτάται από τη μαγνητική ροή διάχυσης Fc, η οποία δεν διεισδύει στους μαγνητικούς πόλους του ρότορα της γεννήτριας και επομένως δεν αλλάζει τον βαθμό μαγνήτισης της γεννήτριας. Η αυτοεπαγωγική ηλεκτροκινητική δύναμη διάχυσης Es της γεννήτριας είναι σχετικά μικρή και επομένως μπορεί πρακτικά να αγνοηθεί.Αντίστοιχα, εκείνο το μέρος της ηλεκτροκινητικής δύναμης της γεννήτριας που αντισταθμίζει την ηλεκτρεγερτική δύναμη αυτοεπαγωγής Es μπορεί να θεωρηθεί πρακτικά ίσο με μηδέν .

Η απόκριση του οπλισμού έχει πιο αισθητή επίδραση στον τρόπο λειτουργίας της σύγχρονης γεννήτριας και, ειδικότερα, στην τάση στους ακροδέκτες της. Ο βαθμός αυτής της επιρροής εξαρτάται όχι μόνο από το μέγεθος του φορτίου της γεννήτριας, αλλά και από τη φύση του φορτίου.

Ας εξετάσουμε πρώτα την επίδραση της αντίδρασης οπλισμού μιας σύγχρονης γεννήτριας για την περίπτωση όπου το φορτίο της γεννήτριας είναι καθαρά ενεργό. Για το σκοπό αυτό παίρνουμε μέρος του κυκλώματος μιας λειτουργούσας σύγχρονης γεννήτριας που φαίνεται στο σχ. 2, α. Εδώ φαίνεται ένα τμήμα του στάτορα με ένα ενεργό καλώδιο στην περιέλιξη του οπλισμού και ένα τμήμα του ρότορα με αρκετούς από τους μαγνητικούς πόλους του.

Ρύζι. 2. Επίδραση της αντίδρασης οπλισμού υπό φορτία: α — ενεργός, β — επαγωγικός, γ — χωρητικός χαρακτήρας

Αυτή τη στιγμή, ο βόρειος πόλος ενός από τους ηλεκτρομαγνήτες που περιστρέφεται αριστερόστροφα με τον ρότορα απλώς περνά κάτω από το ενεργό καλώδιο της περιέλιξης του στάτορα.

Η ηλεκτροκινητική δύναμη που προκαλείται σε αυτό το σύρμα κατευθύνεται προς εμάς πίσω από το επίπεδο του σχεδίου. Και δεδομένου ότι το φορτίο της γεννήτριας είναι καθαρά ενεργό, το ρεύμα περιέλιξης του οπλισμού Iz βρίσκεται σε φάση με την ηλεκτροκινητική δύναμη. Επομένως, στον ενεργό αγωγό της περιέλιξης του στάτορα, το ρεύμα ρέει προς εμάς λόγω του επιπέδου του σχεδίου.

Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου που δημιουργούνται από τους ηλεκτρομαγνήτες εμφανίζονται εδώ σε συμπαγείς γραμμές και οι γραμμές μαγνητικού πεδίου που δημιουργούνται από το ρεύμα του καλωδίου περιέλιξης του οπλισμού εμφανίζονται εδώ. - μια διακεκομμένη γραμμή.

Παρακάτω στο σχ. 2, το a δείχνει ένα διανυσματικό διάγραμμα της μαγνητικής επαγωγής του προκύπτοντος μαγνητικού πεδίου που βρίσκεται πάνω από τον βόρειο πόλο του ηλεκτρομαγνήτη. Εδώ βλέπουμε ότι η μαγνητική επαγωγή V το κύριο μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από τον ηλεκτρομαγνήτη έχει ακτινική κατεύθυνση και η μαγνητική επαγωγή VI του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος περιέλιξης του οπλισμού κατευθύνεται προς τα δεξιά και κάθετα στο διάνυσμα V.

Η προκύπτουσα μαγνητική επαγωγή Η τομή κατευθύνεται προς τα πάνω και προς τα δεξιά. Αυτό σημαίνει ότι έχει συμβεί κάποια παραμόρφωση του υποκείμενου μαγνητικού πεδίου ως αποτέλεσμα της προσθήκης των μαγνητικών πεδίων. Αριστερά του Βόρειου Πόλου εξασθενούσε κάπως, και δεξιά αυξήθηκε λίγο.

Είναι εύκολο να δούμε ότι η ακτινική συνιστώσα του προκύπτοντος διανύσματος μαγνητικής επαγωγής, από την οποία εξαρτάται ουσιαστικά το μέγεθος της επαγόμενης ηλεκτροκινητικής δύναμης της γεννήτριας, δεν έχει αλλάξει. Επομένως, η αντίδραση οπλισμού κάτω από ένα καθαρά ενεργό φορτίο της γεννήτριας δεν επηρεάζει το μέγεθος της ηλεκτροκινητικής δύναμης της γεννήτριας.Αυτό σημαίνει ότι η πτώση τάσης στη γεννήτρια με αμιγώς ενεργό φορτίο οφείλεται αποκλειστικά στην πτώση τάσης στην ενεργό αντίσταση της γεννήτριας, εάν παραμελήσουμε την ηλεκτροκινητική δύναμη αυτοεπαγωγής διαρροής.

Ας υποθέσουμε τώρα ότι το φορτίο σε μια σύγχρονη γεννήτρια είναι καθαρά επαγωγικό. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα Az υστερεί σε σχέση με την ηλεκτροκινητική δύναμη E κατά γωνία π / 2... Αυτό σημαίνει ότι το μέγιστο ρεύμα εμφανίζεται στον αγωγό λίγο αργότερα από τη μέγιστη ηλεκτροκινητική δύναμη. Επομένως, όταν το ρεύμα στο σύρμα περιέλιξης του οπλισμού φτάσει στη μέγιστη τιμή του, ο βόρειος πόλος N δεν θα βρίσκεται πλέον κάτω από αυτό το καλώδιο, αλλά θα μετακινηθεί λίγο πιο μακριά προς την κατεύθυνση περιστροφής του ρότορα, όπως φαίνεται στο Σχ. 2, β.

Σε αυτή την περίπτωση, οι μαγνητικές γραμμές (διακεκομμένες γραμμές) της μαγνητικής ροής της περιέλιξης του οπλισμού κλείνουν μέσω δύο γειτονικών αντίθετων πόλων N και S και κατευθύνονται στις μαγνητικές γραμμές του κύριου μαγνητικού πεδίου της γεννήτριας που δημιουργείται από τους μαγνητικούς πόλους. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι η κύρια μαγνητική διαδρομή όχι μόνο παραμορφώνεται, αλλά γίνεται και ελαφρώς πιο αδύναμη.

Στο σχ. Το 2.6 δείχνει ένα διανυσματικό διάγραμμα των μαγνητικών επαγωγών: το κύριο μαγνητικό πεδίο Β, το μαγνητικό πεδίο λόγω της αντίδρασης οπλισμού Vi και το προκύπτον μαγνητικό πεδίο Vres.

Εδώ βλέπουμε ότι η ακτινική συνιστώσα της μαγνητικής επαγωγής του προκύπτοντος μαγνητικού πεδίου έχει γίνει μικρότερη από τη μαγνητική επαγωγή Β του κύριου μαγνητικού πεδίου κατά την τιμή ΔV. Επομένως, η επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη μειώνεται επίσης επειδή οφείλεται στην ακτινική συνιστώσα της μαγνητικής επαγωγής.Αυτό σημαίνει ότι η τάση στους ακροδέκτες της γεννήτριας, με άλλα πράγματα ίσα, θα είναι μικρότερη από την τάση σε ένα καθαρά ενεργό φορτίο γεννήτριας.

Εάν η γεννήτρια έχει καθαρά χωρητικό φορτίο, το ρεύμα σε αυτήν οδηγεί τη φάση της ηλεκτροκινητικής δύναμης κατά γωνία π / 2... Το ρεύμα στα καλώδια της περιέλιξης του οπλισμού της γεννήτριας φτάνει πλέον το μέγιστο νωρίτερα από την ηλεκτροκίνηση δύναμη Ε. Επομένως, όταν το ρεύμα στο σύρμα της περιέλιξης της άγκυρας (Εικ. 2, γ) φτάσει στη μέγιστη τιμή του, ο βόρειος πόλος του Ν εξακολουθεί να μην χωράει αυτό το καλώδιο.

Σε αυτή την περίπτωση, οι μαγνητικές γραμμές (διακεκομμένες γραμμές) της μαγνητικής ροής της περιέλιξης του οπλισμού κλείνουν μέσω δύο γειτονικών αντίθετων πόλων N και S και κατευθύνονται κατά μήκος της διαδρομής με τις μαγνητικές γραμμές του κύριου μαγνητικού πεδίου της γεννήτριας. Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι το κύριο μαγνητικό πεδίο της γεννήτριας δεν είναι μόνο παραμορφωμένο, αλλά και κάπως ενισχυμένο.

Στο σχ. 2, c δείχνει το διανυσματικό διάγραμμα της μαγνητικής επαγωγής: το κύριο μαγνητικό πεδίο V, το μαγνητικό πεδίο λόγω της αντίδρασης οπλισμού Vya και το προκύπτον μαγνητικό πεδίο Bres. Βλέπουμε ότι η ακτινική συνιστώσα της μαγνητικής επαγωγής του μαγνητικού πεδίου που προκύπτει έχει γίνει μεγαλύτερη από τη μαγνητική επαγωγή Β του κύριου μαγνητικού πεδίου κατά την ποσότητα ΔΒ. Επομένως, η επαγωγική ηλεκτροκινητική δύναμη της γεννήτριας έχει επίσης αυξηθεί, πράγμα που σημαίνει ότι η τάση στους ακροδέκτες της γεννήτριας, ενώ όλες οι άλλες συνθήκες είναι ίδιες, θα γίνει μεγαλύτερη από την τάση σε ένα καθαρά επαγωγικό φορτίο γεννήτριας.

Έχοντας διαπιστώσει την επίδραση της αντίδρασης οπλισμού στην ηλεκτροκινητική δύναμη μιας σύγχρονης γεννήτριας για φορτία διαφορετικής φύσης, προχωράμε στην αποσαφήνιση των εξωτερικών χαρακτηριστικών της γεννήτριας.Το εξωτερικό χαρακτηριστικό μιας σύγχρονης γεννήτριας είναι η εξάρτηση της τάσης U στους ακροδέκτες της από το φορτίο I με σταθερή ταχύτητα ρότορα (n = const), σταθερό ρεύμα διέγερσης (iv = const) και τη σταθερότητα του συντελεστή ισχύος (cos φ = const).

Στο σχ. 3 δίνονται τα εξωτερικά χαρακτηριστικά μιας σύγχρονης γεννήτριας για φορτία διαφορετικής φύσης. Η καμπύλη 1 εκφράζει το εξωτερικό χαρακτηριστικό υπό ενεργό φορτίο (cos φ = 1,0). Σε αυτήν την περίπτωση, η τάση του ακροδέκτη της γεννήτριας πέφτει όταν το φορτίο αλλάζει από ρελαντί σε ονομαστικό εντός 10 — 20% της τάσης της γεννήτριας χωρίς φορτίο.

Η καμπύλη 2 εκφράζει το εξωτερικό χαρακτηριστικό με ωμικό-επαγωγικό φορτίο (cos φ = 0, οκτώ). Σε αυτή την περίπτωση, η τάση στους ακροδέκτες της γεννήτριας πέφτει γρηγορότερα λόγω της απομαγνητιστικής επίδρασης της αντίδρασης οπλισμού. Όταν το φορτίο της γεννήτριας αλλάζει από χωρίς φορτίο σε ονομαστικό, η τάση πέφτει εντός 20 — 30% τάσης χωρίς φορτίο.

Η καμπύλη 3 εκφράζει το εξωτερικό χαρακτηριστικό της σύγχρονης γεννήτριας σε ενεργό-χωρητικό φορτίο (cos φ = 0,8). Σε αυτήν την περίπτωση, η τάση ακροδεκτών της γεννήτριας αυξάνεται κάπως λόγω της δράσης μαγνήτισης της αντίδρασης οπλισμού.

Ρύζι. 3. Εξωτερικά χαρακτηριστικά του εναλλάκτη για διαφορετικά φορτία: 1 — ενεργό, 2 — επαγωγικό, 3 χωρητικό

Χαρακτηριστικό ελέγχου μιας σύγχρονης γεννήτριας

Το χαρακτηριστικό ελέγχου μιας σύγχρονης γεννήτριας εκφράζει την εξάρτηση του ρεύματος πεδίου i στη γεννήτρια από το φορτίο I με μια σταθερή πραγματική τιμή της τάσης στους ακροδέκτες της γεννήτριας (U = const), έναν σταθερό αριθμό στροφών του ρότορα της γεννήτριας ανά λεπτό (n = const) και η σταθερότητα του συντελεστή της ισχύος (cos φ = const).

Στο σχ.4 δίνονται τρία χαρακτηριστικά ελέγχου μιας σύγχρονης γεννήτριας. Η καμπύλη 1 αναφέρεται στην περίπτωση ενεργού φορτίου (γιατί φ = 1).

Ρύζι. 4. Χαρακτηριστικά ελέγχου εναλλάκτη για διαφορετικά φορτία: 1 — ενεργό, 2 — επαγωγικό, 3 — χωρητικό

Εδώ βλέπουμε ότι όσο αυξάνεται το φορτίο I στη γεννήτρια, το ρεύμα διέγερσης αυξάνεται. Αυτό είναι κατανοητό, επειδή με την αύξηση του φορτίου I, η πτώση τάσης στην ενεργή αντίσταση της περιέλιξης του οπλισμού της γεννήτριας αυξάνεται και είναι απαραίτητο να αυξηθεί η ηλεκτροκινητική δύναμη E της γεννήτριας αυξάνοντας το ρεύμα διέγερσης iv. κρατήστε σταθερή την τάση U .

Η καμπύλη 2 αναφέρεται στην περίπτωση ενός ενεργού-επαγωγικού φορτίου στο cos φ = 0,8... Αυτή η καμπύλη ανεβαίνει πιο απότομα από την καμπύλη 1, λόγω του απομαγνητισμού της αντίδρασης του οπλισμού, η οποία μειώνει το μέγεθος της ηλεκτροκινητικής δύναμης Ε και επομένως το τάση U στους ακροδέκτες της γεννήτριας.

Η καμπύλη 3 αναφέρεται στην περίπτωση ενός ενεργού χωρητικού φορτίου σε cos φ = 0,8. Αυτή η καμπύλη δείχνει ότι καθώς αυξάνεται το φορτίο στη γεννήτρια, απαιτείται λιγότερο ρεύμα διέγερσης i στη γεννήτρια για να διατηρείται σταθερή τάση στους ακροδέκτες της. Αυτό είναι κατανοητό, αφού στην περίπτωση αυτή η αντίδραση οπλισμού αυξάνει την κύρια μαγνητική ροή και επομένως συμβάλλει στην αύξηση της ηλεκτροκινητικής δύναμης της γεννήτριας και της τάσης στους ακροδέκτες της.