דרכי פעולה של גנרטורים סינכרוניים, מאפייני הפעלה של גנרטורים

הכמויות העיקריות המאפיינות את הגנרטור הסינכרוני הן: מתח מסוף U, טעינה I, הספק לכאורה P (kVa), סיבובי רוטור לדקה n, גורם הספק cos φ.

המאפיינים החשובים ביותר של הגנרטור הסינכרוני הם כדלקמן:

• מאפיין סרק,

• מאפיין חיצוני,

• מאפיין ויסות.

מאפיין ללא עומס של גנרטור סינכרוני

הכוח האלקטרו-מוטיבי של הגנרטור הוא פרופורציונלי לגודל השטף המגנטי Ф שנוצר על ידי זרם העירור iv ומספר הסיבובים n הרוטור של הגנרטור לדקה:

E = cnF,

כאשר s - גורם מידתיות.

למרות שגודל הכוח האלקטרו-מוטורי של גנרטור סינכרוני תלוי במספר הסיבובים של הרוטור, אי אפשר להתאים אותו על ידי שינוי מהירות הסיבוב של הרוטור, מכיוון שתדירות הכוח האלקטרו-מוטיבי קשורה למספר של סיבובים של הרוטור של הגנרטור, אשר חייב נשמר קבוע.

לכן, נותרה הדרך היחידה להתאים את גודל הכוח האלקטרו-מוטיבי של גנרטור סינכרוני - זהו שינוי בשטף המגנטי הראשי F. האחרון מושג בדרך כלל על ידי התאמת זרם העירור iw באמצעות ראוסטט המוכנס במעגל העירור של הגנרטור. במקרה שסליל העירור מסופק עם זרם ממחולל זרם ישר הממוקם על אותו פיר עם הגנרטור הסינכרוני הזה, זרם העירור של הגנרטור הסינכרוני מותאם על ידי שינוי המתח במסופים של מחולל הזרם הישר.

תלות הכוח האלקטרו-מוטורי E של הגנרטור הסינכרוני בזרם העירור iw במהירות רוטור נומינלית קבועה (n = const) ובעומס השווה לאפס (1 = 0) נקראת מאפיין הסרק של הגנרטור.

איור 1 מציג את המאפיין ללא עומס של הגנרטור. כאן, הענף העולה 1 של העקומה מוסר ככל שהזרם iv גדל מאפס ל-ivm, והענף היורד 2 של העקומה - כאשר iv משתנה מ-ivm ל-iv = 0.

אורז. 1. סרק מאפיין של גנרטור סינכרוני

הפער בין הענפים העולה 1 ל-2 היורדים מוסבר על ידי מגנטיות שיורית. ככל שהשטח התחום על ידי ענפים אלה גדול יותר, כך גדלים הפסדי האנרגיה בפלדה של המחולל הסינכרוני להיפוך מגנטיזציה.

תלילות עליית עקומת הסרק בקטע הישר הראשוני שלה מאפיינת את המעגל המגנטי של המחולל הסינכרוני. ככל שקצב הזרימה במרווחי האוויר של הגנרטור נמוך יותר, כך מאפיין הסרק של הגנרטור יהיה תלול יותר, בתנאים אחרים.

מאפיינים חיצוניים של הגנרטור

המתח המסוף של גנרטור סינכרוני טעון תלוי בכוח האלקטרו-מוטורי E של הגנרטור, ירידת המתח בהתנגדות הפעילה של פיתול הסטטור שלו, ירידת המתח עקב פיזור כוח ההשראה האלקטרו-מוטיבי Es ומפלת המתח עקב תגובת אבזור.

ידוע כי הכוח האלקטרו-מוטורי המפזר Es תלוי בשטף המגנטי המפזר Fc, שאינו חודר לקטבים המגנטיים של רוטור הגנרטור ולכן אינו משנה את מידת המגנטיזציה של הגנרטור. כוח האינדוקציה האלקטרו-מוטיבית הפיזית Es של הגנרטור קטן יחסית ולכן ניתן להזניח אותו באופן מעשי. בהתאם לכך, אותו חלק מהכוח האלקטרו-מוטיבי של הגנרטור המפצה על הכוח האלקטרו-מוטיבטיבי האינדוקציה העצמית Es יכול להיחשב כמעט שווה לאפס .

לתגובת האבזור יש השפעה בולטת יותר על אופן הפעולה של הגנרטור הסינכרוני ובמיוחד על המתח במסופים שלו. מידת ההשפעה הזו תלויה לא רק בגודל עומס הגנרטור, אלא גם באופי העומס.

הבה נבחן תחילה את ההשפעה של תגובת האבזור של גנרטור סינכרוני למקרה בו עומס הגנרטור פעיל בלבד. לשם כך אנו לוקחים חלק מהמעגל של גנרטור סינכרוני עובד המוצג באיור. 2, א. מוצג כאן חלק מהסטטור עם חוט פעיל אחד על פיתול האבזור וחלק מהרוטור עם כמה מהקטבים המגנטיים שלו.

אורז. 2. השפעת תגובת האבזור בעומסים: a - פעיל, b - אינדוקטיבי, c - אופי קיבולי

ברגע המדובר, הקוטב הצפוני של אחד האלקטרומגנטים המסתובב נגד כיוון השעון עם הרוטור פשוט עובר מתחת לחוט הפעיל של מתפתל הסטטור.

הכוח האלקטרוני המושרה בחוט זה מופנה אלינו מאחורי מישור הציור. ומכיוון שעומס הגנרטור הוא פעיל בלבד, זרם מתפתל האבזור Iz נמצא בשלב עם הכוח האלקטרו-מוטורי. לכן, במוליך הפעיל של מתפתל הסטטור, הזרם זורם לעברנו בשל מישור הציור.

קווי השדה המגנטי שנוצרו על ידי אלקטרומגנטים מוצגים כאן בקווים מלאים, וקווי השדה המגנטי שנוצרו על ידי זרם חוט מתפתל האבזור מוצגים כאן. - קו מקווקו.

למטה באיור. 2, א מציג דיאגרמת וקטור של האינדוקציה המגנטית של השדה המגנטי המתקבל הממוקם מעל הקוטב הצפוני של האלקטרומגנט. כאן אנו רואים שהאינדוקציה המגנטית V השדה המגנטי הראשי שנוצר על ידי האלקטרומגנט הוא בעל כיוון רדיאלי, והאינדוקציה המגנטית VI של השדה המגנטי של זרם מתפתל האבזור מופנה ימינה ובמאונך לווקטור V.

האינדוקציה המגנטית המתקבלת החתך מכוון למעלה וימינה. המשמעות היא שעיוות מסוים של השדה המגנטי הבסיסי התרחש כתוצאה מהוספה של השדות המגנטיים. משמאל לקוטב הצפוני הוא נחלש במקצת, ומימין גדל מעט.

קל לראות שהמרכיב הרדיאלי של וקטור האינדוקציה המגנטי המתקבל, שבו תלוי בעיקרו גודל הכוח האלקטרו-מוטיבי המושרה של הגנרטור, לא השתנה. לכן, תגובת האבזור תחת עומס פעיל בלבד של הגנרטור אינה משפיעה על גודל הכוח האלקטרו-מוטורי של הגנרטור.משמעות הדבר היא כי ירידת המתח על פני הגנרטור עם עומס פעיל גרידא נובעת אך ורק מירידת המתח על פני ההתנגדות הפעילה של הגנרטור אם אנו מזניחים את כוח האינדוקציה האלקטרו-מוטיבי דליפה.

הבה נניח כעת שהעומס על גנרטור סינכרוני הוא אינדוקטיבי בלבד. במקרה זה, הזרם Az מפגר מאחורי הכוח האלקטרו-מוטורי E בזווית של π / 2... המשמעות היא שהזרם המרבי מופיע במוליך מעט מאוחר יותר מהכוח האלקטרו-מוטיבי המרבי. לכן, כאשר הזרם בחוט מתפתל האבזור מגיע לערכו המקסימלי, הקוטב הצפוני N כבר לא יהיה מתחת לחוט זה, אלא ינוע מעט יותר בכיוון הסיבוב של הרוטור, כפי שמוצג באיור. 2, ב.

במקרה זה, הקווים המגנטיים (הקווים המקווקוים) של השטף המגנטי של פיתול האבזור נסגרים דרך שני קטבים מנוגדים סמוכים N ו-S ומופנים לקווים המגנטיים של השדה המגנטי הראשי של המחולל שנוצר על ידי הקטבים המגנטיים. זה מוביל לעובדה שהנתיב המגנטי הראשי לא רק מעוות, אלא גם הופך מעט יותר חלש.

באיור. 2.6 מציג דיאגרמת וקטור של האינדוקציות המגנטיות: השדה המגנטי הראשי B, השדה המגנטי עקב תגובת האבזור Vi והשדה המגנטי Vres שנוצר.

כאן אנו רואים שהרכיב הרדיאלי של האינדוקציה המגנטית של השדה המגנטי שנוצר הפך קטן יותר מהאינדוקציה המגנטית B של השדה המגנטי הראשי בערך ΔV. לכן, הכוח האלקטרו-מוטיבי המושרה מופחת גם מכיוון שהוא נובע מהמרכיב הרדיאלי של האינדוקציה המגנטית.משמעות הדבר היא שהמתח במסופי הגנרטור, בהשוואה לשאר הדברים, יהיה פחות מהמתח בעומס גנרטור פעיל בלבד.

אם לגנרטור יש עומס קיבולי בלבד, הזרם בו מוביל את שלב הכוח האלקטרו-מוטורי בזווית של π / 2... הזרם בחוטי פיתול האבזור של הגנרטור מגיע כעת למקסימום מוקדם יותר מהאלקטרו-מוטיב. כוח E. לכן, כאשר הזרם בחוט של פיתול העוגן (איור 2, ג) מגיע לערכו המרבי, הקוטב הצפוני של N עדיין לא יכיל את החוט הזה.

במקרה זה, הקווים המגנטיים (הקווים המקווקוים) של השטף המגנטי של מתפתל האבזור סגורים דרך שני קטבים מנוגדים סמוכים N ו-S ומכוונים לאורך הנתיב עם הקווים המגנטיים של השדה המגנטי הראשי של הגנרטור. זה מוביל לעובדה שהשדה המגנטי העיקרי של הגנרטור לא רק מעוות, אלא גם מוגבר במקצת.

באיור. 2, c מציג את הדיאגרמה הווקטורית של האינדוקציה המגנטית: השדה המגנטי הראשי V, השדה המגנטי עקב תגובת האבזור Vya, והשדה המגנטי המתקבל Bres. אנו רואים שהרכיב הרדיאלי של ההשראה המגנטית של השדה המגנטי שנוצר הפך לגדול מהאינדוקציה המגנטית B של השדה המגנטי הראשי בכמות ΔB. לכן, גם הכוח האלקטרו-מוטיבי האינדוקטיבי של הגנרטור גדל, מה שאומר שהמתח במסופי הגנרטור, כל שאר התנאים זהים, יהפוך לגדול יותר מהמתח בעומס גנרטור אינדוקטיבי בלבד.

לאחר שקבענו את השפעת תגובת האבזור על הכוח האלקטרו-מוטיבי של גנרטור סינכרוני עבור עומסים בעלי אופי שונה, אנו ממשיכים להבהיר את המאפיינים החיצוניים של הגנרטור.המאפיין החיצוני של גנרטור סינכרוני הוא התלות של המתח U במסופיו בעומס I במהירות הרוטור הקבועה (n = const), זרם עירור קבוע (iv = const) וקביעות גורם ההספק (cos φ = const).

באיור. 3 ניתנים המאפיינים החיצוניים של גנרטור סינכרוני לעומסים בעלי אופי שונה. עקומה 1 מבטאת את המאפיין החיצוני תחת עומס פעיל (cos φ = 1.0). במקרה זה, מתח המסוף של הגנרטור יורד כאשר העומס משתנה ממצב סרק לדרוג בתוך 10 - 20% ממתח הגנרטור ללא עומס.

עקומה 2 מבטאת את המאפיין החיצוני עם עומס התנגדות-אינדוקטיבי (cos φ = 0, שמונה). במקרה זה, המתח במסופי הגנרטור יורד מהר יותר בגלל אפקט הדה-מגנטיות של תגובת האבזור. כאשר עומס הגנרטור משתנה מחוסר עומס לדרוג, המתח יורד לטווח של 20 - 30% מתח ללא עומס.

עקומה 3 מבטאת את המאפיין החיצוני של המחולל הסינכרוני בעומס פעיל-קיבולי (cos φ = 0.8). במקרה זה, מתח המסוף של הגנרטור גדל במקצת עקב פעולת המגנט של תגובת האבזור.

אורז. 3. מאפיינים חיצוניים של האלטרנטור לעומסים שונים: 1 - פעיל, 2 - אינדוקטיבי, 3 קיבולי

מאפיין בקרה של גנרטור סינכרוני

מאפיין הבקרה של גנרטור סינכרוני מבטא את התלות של זרם השדה i בגנרטור בעומס I עם ערך אפקטיבי קבוע של המתח במסופי הגנרטור (U = const), מספר קבוע של סיבובים של הרוטור של המחולל לדקה (n = const) והקביעות של גורם ההספק (cos φ = const).

באיור.4 ניתנות שלוש מאפייני בקרה של גנרטור סינכרוני. עקומה 1 מתייחסת למקרה העומס הפעיל (מכיוון ש-φ = 1).

אורז. 4. מאפייני בקרת אלטרנטור לעומסים שונים: 1 - פעיל, 2 - אינדוקטיבי, 3 - קיבולי

כאן אנו רואים שככל שהעומס I על הגנרטור גדל, זרם העירור גדל. זה מובן, כי עם עלייה בעומס I, ירידת המתח בהתנגדות הפעילה של פיתול האבזור של הגנרטור עולה, ויש צורך להגביר את הכוח האלקטרו-מוטורי E של הגנרטור על ידי הגדלת זרם העירור iv. לשמור על המתח קבוע U.

עקומה 2 מתייחסת למקרה של עומס פעיל-אינדוקטיבי ב-cos φ = 0.8... עקומה זו עולה בצורה תלולה יותר מעקומה 1, עקב דה-מגנטיזציה של תגובת האבזור, אשר מפחיתה את גודל הכוח האלקטרו-מוטיבי E ולכן את מתח U במסופים של הגנרטור.

עקומה 3 מתייחסת למקרה של עומס פעיל-קיבולי ב-cos φ = 0.8. עקומה זו מראה שככל שהעומס על הגנרטור גדל, דרוש פחות זרם עירור i בגנרטור כדי לשמור על מתח קבוע על המסופים שלו. זה מובן, מכיוון שבמקרה זה תגובת האבזור מגבירה את השטף המגנטי העיקרי ולכן תורמת לעלייה בכוח האלקטרו-מוטורי של הגנרטור והמתח בטרמינלים שלו.