No Image

Характеристика короткого замыкания синхронного генератора

0 просмотров
11 марта 2020

Рабочие свойства синхронного генератора оцениваются его характеристиками, важнейшими из которых являются характеристики: холостого хода, трехфазного короткого за­мыкания, индукционная нагрузочная, внешние и регулиро­вочные.

Характеристика холостого хода Е= f(IB) рассмотрена в предыдущей лекции.

Характеристика трехфазного короткого замыкания представляет собой зависимость тока якоря при коротком замыкании от тока возбуждения IK= f(IB) при n=const. На рис. 11 представ­лены характеристика короткого замыкания 1 и характеристика холостого хода 2.

Рис. 11. Характеристика трехфазного короткого замыкания.

Из-за относительной малости активного сопротивления га обмотка якоря синхронной машины представляет собой практически чисто индуктивное сопротивление. Поэтому ток короткого замыкания отстает от ЭДС на 90° и создает в машине продольную размагничивающую реакцию якоря. Вследствие этого установившийся ток короткого замыкания в синхронном генераторе получается относительно неболь­шим. Так, при ток IK обычно имеет значение, близ­кое к номинальному. Из-за размагничивающего действия реакции якоря при коротком замыкании машина слабо на­сыщена, и поэтому характеристика IK= f(IB) представляет собой линейную зависимость.

Практическое значение этой характеристики состоит в том, что при совместном ее рассмотрении с характери­стикой холостого хода по ним можно определить ненасы­щенное значение xd, МДС реакции якоря и отношение ко­роткого замыкания.

Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси xd можно найти, если принять, что при коротком замыкании U=0, ra=0, Iq=0, IK=Id, тогда

Построена векторная диаграмма синхронно­го генератора при трехфазном коротком замыкании. Исходя из (6), получаем

Если для произвольного тока IВ(1) по характеристике ко­роткого замыкания определить ток IK(1), а по спрямленной характеристике холостого хода — ЭДС Е (см. рис. 11), то по (7) определим ненасыщенное значение xd.

Рис. 12. Векторная диаграмма син­хронного генератора при коротком за­мыкании. Рис. 13. Определение ОКЗ.

Реакцию якоря при токе IK=IHOM можно определить по характеристическому треугольнику (см. рис. 11). Здесь катет ВС представляет собой падение напряжения в индуктивном сопротивлении рассеяния IHOMxσ, а катет АВ равен МДС реакции якоря при токе IK=IHOM. Для явнополюсной машины эта МДС равна Fad, а для неявнополюсной Fa. Для токов, отличных от номинального, МДС пере­считывается пропорционально току. Полученные таким путем МДС используются для построения векторных диа­грамм.

Отношением короткого замыкания (ОКЗ) называется отношение тока короткого замыкания IK (рис. 13), воз­никающего при МДС возбуждения, соответствующей номинальному напряжению в режиме холостого хода, к номинальному току якоря:

ОКЗ характеризует влияние реакции якоря на работу машины.

Синхронные машины с малым ОКЗ дают большее из­менение напряжения при нагрузке, являются менее устойчивыми при параллельной работе, но зато такой генератор является более дешевым.

Значение ОКЗ обратно пропорционально xd. У гидро­генераторов , а у турбогенераторов .

Индукционная нагрузочная характеристика представля­ет собой зависимость U=f(IB) при I=const, n=const, cosφ=0. Она показывает, как изменяется напряжение генератора U с изменением тока возбуждения IB при по­стоянном индуктивном токе нагрузки. Обычно индукцион­ная нагрузочная характеристика снимается при I=IНОM. В качестве нагрузки используется катушка с переменной индуктивностью. Так как катушка обладает определенным; активным сопротивлением, то получить в этом случае cosφ=0 нельзя. Но опыт показывает, что при снятии рас­сматриваемой характеристики достаточно установить cosφ

Рис. 15. Векторная диаграмма синхронного генератора при cosφ=0.

На рис. 15 дана векторная диаграмма для явнополюсного генератора при cosφ=0.

Нагрузочная характеристика при I=const может быть построена по треугольнику ВСА (рис. 14), по­лученному при токе IK=I. Если тре­угольник ВСА передвигать парал­лельно самому себе так, чтобы вер­шина С скользила по характеристи­ке холостого хода, то точка А опи­шет нагрузочную характеристику (кривая ). В верхней части харак­теристики этот треугольник займет положение B’С’А’. Опытная индук­ционная нагрузочная характеристика в действительности не вполне со­впадает с характеристикой, постро­енной по характеристическому треугольнику, а отклоняется от нее вправо (кривая 1 на рис. 14). Расхождение в опытных и расчетных характеристи­ках происходит из-за неточного учета потока рассеяния обмотки возбуждения при нагрузке, что вызывает повы­шенное насыщение магнитной системы ротора.

По опытным характеристикам холостого хода и нагру­зочной с некоторым приближением можно определить сто­роны характеристического треугольника. При U=UHOM проводится прямая, параллельная оси абсцисс. Из точки А" на этой прямой откладывают отрезок А"О"=АО. Из точки О" проводится прямая, параллельная прямолиней­ной части характеристики холостого хода, до пересечения с характеристикой холостого хода в точке С". Опустив из точки С" перпендикуляр на линию О"А", получим иско­мый треугольник В"С"А". Определив отрезок В"С" в масштабе напряжения, найдем

Читайте также:  Беспроводной пульт дистанционного управления выключатель света 220

Полученное таким образом сопротивление хр будет не­сколько больше индуктивного сопротивления рассеяния хσ:

где меньшие значения коэффициента относятся к неявнополюсным генераторам.

Расхождение между этими сопротивлениями объясня­ется несовпадением опытной и расчетной нагрузочных ха­рактеристик. Сопротивление хр называют сопротивлением Потье. Отрезок DD’ на рис. 14 соответствует уменьше­нию напряжения из-за размагничивающего действия ре­акции якоря, а отрезок D’A" — из-за падения напряжения в сопротивлении хσ.

Внешние характеристики являются основными эксплуа­тационными характеристиками генератора. Они показыва­ют, как изменяется напряжение на выводах генератора U при изменении тока нагрузки I, если IB=const, cosφ=const. На характер внешних характеристик сильное влияние оказывает cosφ. На рис. 16 показаны внешние характеристики при. трех значениях cosφ. Для всех харак­теристик исходной точкой являлась точка, соответствую­щая номинальному напряжению при номинальном токе якоря. Токи возбуждения, полученные при установке исходной точки, в дальнейшем поддерживаются неизменны­ми. Изменение тока I производится нагрузочным резисто­ром, включенным в цепь якоря.

При активно-индуктивной нагрузке (φ>0) с уменьше­нием тока I напряжение на выводах машины возрастает, так как уменьшаются влияния размагничивающего дейст­вия продольной реакции якоря и падения напряжения . Чем ниже cosφ, тем сильнее влияние продоль­ной реакции якоря, вследствие чего напряжение при уменьшении тока I будет увеличиваться резче.

Рис. 16. Внешние характерис­тики. Рис. 17. Векторная диаграмма синхронного генератора при cosφ=1.

При cosφ=1 (рис. 17) в машине также будет иметь место продольная размагничивающая реакция якоря (Fad≠0), вследствие ослабления действия которой при уменьшении тока I напряжение U будет увеличиваться, но в меньшей мере, чем при cosφ 0) , а при cosφ≠1 (φ 0) и активной (φ=0) нагрузках в машине существует про­дольная размагничивающая реакция якоря, которая при увеличении тока якоря возрастает. Чтобы сохранить по­стоянным напряжение, необходимо при росте нагрузки компенсировать размагничивающее действие продоль­ной реакции якоря за счет увеличения тока возбуждения. Регулировочные характеристики для cosφ 0) и cosφ=1 имеют возрастающий характер. При активно-емкостной нагрузке (φ

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 9532 — | 7352 — или читать все.

Синхронный генератор имеет пять характеристик: холостого хода, короткого замыкания, внешнюю, регулировочную и нагрузочную.

С помощью характеристик удобно анализировать работу генератора. Характеристики могут быть сняты опытным путем или построены аналитически.

Характеристика холостого хода U1=f(If)при , n=const.

Для удобства построения в некоторых случаях характеристику холостого хода представляют в виде U1=f(Ff).

Так как нагрузки нет, то потоки реакции якоря и рассеяния наводиться не будут. Из уравнения напряжений генератора =f(If)

Характеристика холостого хода имеет прямолинейный и криволинейный участки, что связано с насыщением магнитной системы.

Характеристики холостого хода различных синхронных генераторов, построенные в относительных единицах, похожи друг на друга, поэтому введено понятие нормальной характеристики.

Таблица — Нормальная характеристика холостого хода синхронных генераторов.

Ток возбуждения 0,5 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
ЭДС турбогенератора 0,58 1,21 1,33 1,4 1,46 1,51
ЭДС гидрогенератора 0,53 1,23 1,3

где — относительная ЭДС генератора;

— относительный ток возбуждения;

— ток возбуждения, при котором в режиме холостого хода напряжение генератора равно номинальному.

Из таблицы видно, что магнитная цепь турбогенераторов более насыщена, чем гидрогенераторов.

Характеристика короткого замыкания I1к=f(If), при и Zнагр =0, где Zнагр — сопротивление нагрузки. .

Нагрузкой генератора является собственное сопротивление. Активное сопротивление машины значительно меньше индуктивного и в большинстве случаев им можно пренебречь. Тогда ток короткого замыкания будет чисто индуктивным, а реакция якоря – продольно-размагничивающей.

Вследствие размагничивающей реакции якоря магнитная система является ненасыщенной и характеристика короткого замыкания прямолинейна.

Характеристика трёхфазного короткого замыкания (линия 3) идет ниже чем однофазного и двухфазного (линии 1 и 2), потому что поток реакции якоря от трёх фаз будет больше, чем от одной или двух фаз.

Внешняя характеристика при , и .

Характер кривых объясняется действием реакции якоря.

Читайте также:  Почему может троить двигатель

При индуктивной нагрузке поток реакции якоря направлен встречно основному магнитному потоку и ослабляет его, поэтому с ростом нагрузки основная ЭДС и напряжение генератора уменьшаются.

При емкостной нагрузке поток реакции якоря усиливает основной магнитный поток и напряжение увеличивается.

При активной нагрузке поперечный поток реакции якоря ослабляет основной магнитный поток. Поэтому напряжение уменьшается, но не так сильно как при индуктивной нагрузке.

По внешней характеристике определяют изменение напряжения при изменении нагрузки от номинальной до нуля:

Регулировочная характеристика при , и .

Регулировочная характеристика показывает как надо изменять ток возбуждения при изменении нагрузки, чтобы напряжение осталось постоянным

Поведение кривых зависит от характера нагрузки и объясняется внешними характеристиками.

При индуктивной нагрузке, с её ростом внешняя характеристика идёт вниз. Чтобы напряжение генератора осталось постоянным, ток возбуждения необходимо увеличить, поэтому, регулировочная характеристика идёт вверх.

При емкостной нагрузке напряжение наоборот — увеличивается, поэтому регулировочная характеристика идет вниз.

При активной нагрузке регулировочная характеристика также идёт вверх.

Нагрузочная характеристика при , и .

При активной нагрузке за счет падения напряжения в сопротивлении якорной обмотки и в результате размагничивающего действия поперечной реакции якоря, напряжение U1 генератора при нагрузке уменьшается. Поэтому нагрузочная характеристикарасполагается ниже характеристики холостого хода. Чем больше ток нагрузки генератора, тем нагрузочная характеристикарасполагается ниже. Характеристика холостого хода представляет собой частный случай нагрузочной характеристики при .

При емкостной нагрузке продольная реакция якоря намагничивает генератор, поэтому нагрузочная характеристика поднимается и может даже располагаться выше характеристики холостого хода.

При индуктивной нагрузке продольная реакция якоря размагничивает генератор, вследствие чего нагрузочная характеристика располагается ниже, чем характеристика при активной нагрузке.

характеристики холостого хода и короткого замыкания.

Если пренебречь активным сопротивлением обмотки якоря, то уравнение короткозамкнутого генератора принимает вид: .

Тогда полное синхронное индуктивное сопротивление обмотки якоря:

Так как реакция якоря при коротком замыкании размагничивает генератор, то получим значение ненасыщенного сопротивления.

По характеристике короткого замыкания для заданного тока Iк1* определяют ток возбуждения If* , для которого по спрямленной характеристике холостого хода определяют ЭДС Е ! f* , так как магнитная система генератора ненысыщена. Тогда в относительных единицах:

В явнополюсных машинах отношение указанных отрезков даёт полное сопротивление синхронной машины по продольной оси Xdненас.

В именованных единицах:

Сопротивление насыщенного генератора меньше, чем ненасыщенного.

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-26; Нарушение авторского права страницы

Основными характеристиками синхронного генератора, работающего на автономную нагрузку, являются: характеристика холостого хода, внешняя, регулировочная и характеристика короткого замыкания.

Характеристика холостого хода XXX показана на рис. 4.25. Подробно она была рассмотрена в параграфе 4.4. Характеристика холостого хода имеет начальную прямолинейную часть 0/1, когда магнитная цепь не насыщена. Машина начинает насыщаться вблизи номинального значения ЭДС.

При глубоком насыщении XXX снова становится линейной. По XXX можно определить взаимную индуктивность между обмотками возбуждения и обмоткой якоря. Взаимная индуктивность имеет насыщенное и ненасыщенное значения и может быть определена как отношение ЭДС к току возбуждения.

Опытным путем характеристику холостого хода снимают при постоянной номинальной частоте вращения при изменении If и разомкнутой обмотке якоря (/„ = 0). При исследовании характеристики холостого хода сначала строят восходящую ветвь, а затем при уменьшении /у — нисходящую. При расчетах используется средняя кривая. Гистерезис в синхронных машинах имеет место из-за того, что ротор не перемагничивается и по стали ротора замыкается постоянный поток возбуждения.

Внешними характеристиками синхронного генератора называются зависимости U = f(Ia) при п = const, cos

На рис. 4.26 показаны внешние характеристики синхронного генератора в относительных единицах при чисто активной R, индуктивной L и емкостной С нагрузках. При актив-

Рис. 4.25. Характеристика холостого хода синхронного генератора

Рис. 4.26. Внешние характеристики синхронных генераторов ной нагрузке при увеличении тока нагрузки 1а напряжение на выходе генератора уменьшается вследствие падения напряжения на внутреннем сопротивлении машины za = ra+ jxaa и влияния поперечной реакции якоря. При индуктивной нагрузке за счет более сильного размагничивающего действия продольной реакции якоря внешняя характеристика при чисто индуктивной нагрузке идет ниже внешней характеристики при активной нагрузке. При емкостной нагрузке реакция якоря подмагничивающая, поэтому с ростом нагрузки растет напряжение на выводах генератора.

Читайте также:  Метабо sbe 600 r l impuls

В процентном отношении внутреннее сопротивление машины по отношению к сопротивлению нагрузки обычно составляет небольшое значение, поэтому можно реакцию якоря при активной нагрузке считать без учета индуктивного сопротивления рассеяния обмотки якоря. В машинах небольшой мощности поперечная реакция якоря (чисто активный ток) будет при наличии в нагрузке небольшой емкости, компенсирующей индуктивное сопротивление рассеяния обмотки якоря машины.

Номинальным изменением напряжения синхронного генератора ДUHOM называется изменение напряжения при изменении нагрузки от нуля до номинальной при неизменном токе возбуждения (рис. 4.27)

Как правило, генераторы работают при отстающем токе с cos ф = 0,8. Д U обычно равно 20—30%, ДUH0M тем больше, чем больше х^. Значения Д(7Н0М не лимитированы.

Регулировочная характеристика — это зависимость тока возбуждения от тока якоря // = /(/„) при постоянном напряжении, постоянной частоте вращения и неизменном cos ф

нагрузки. Регулировочные характеристики показывают, как нужно изменять ток возбуждения при изменении нагрузки, чтобы напряжение на выводах генератора оставалось постоянным (рис. 4.28).

Рис. 4.27. К определению Д1/1|ом

Регулировочные характеристики могут быть построены, если известны

внешние характеристики. При увеличении нагрузки при индуктивной нагрузке напряжение уменьшается (см. рис. 4.26). Чтобы напряжение оставалось неизменным, надо увеличивать ток возбуждения. При емкостной нагрузке при увеличении тока в якоре машины напряжение на выводах генератора растет (см. рис. 4.26). Чтобы оно оставалось неизменным, надо уменьшать ток возбуждения (см. рис. 4.28).

Рис. 4.28. Регулировочные характеристики синхронных генераторов

Так же, как и внешние характеристики, регулировочные характеристики при небольших нагрузках линейны. При нафуз- ках, близких к номинальному значению, из-за насыщения регулировочные характеристики становятся нелинейными (см. рис. 4.28).

При работе синхронного генератора на емкостную нагрузку магнитное поле в машине создается током возбуждения и реактивными токами, протекающими в якоре. При небольших зазорах в синхронной машине, работающей на емкостную нафузку, может наступить самовозбуждение, когда при отключенной обмотке возбуждения = 0) на выводах генератора появится напряжение. Это явление называется самовозбуждением синхронной машины. Более подробно явление самовозбуждения рассмотрено в параграфе 4.13.

Рис. 4.29. Характеристика короткого замыкания

Одной из важных характеристик синхронной машины является характеристика короткого замыкания — зависимость тока якоря от тока возбуждения /к = f при симметричном коротком замыкании на выводах якоря при номинальной частоте вращения (рис. 4.29).

Зависимость тока короткого замыкания от тока возбуждения снимается при закороченной амперметрами обмотке якоря при постепенном повышении тока возбуждения от нуля до

значения /к, примерно равного номинальному значению. Эта зависимость линейная, так как генератор не насыщен (работает при размагничивающей реакции якоря). Индуктивный характер тока при коротком замыкании определяется индуктивным сопротивлением обмотки якоря, которое значительно больше активного сопротивления обмотки (в относительных единицах R = 0,01-^0,001, ах^ = 1,0-5-2,5).

Ток короткого замыкания может быть определен как

где Е ЭДС, соответствующая току возбуждения /у, которая определяется по спрямленной характеристике холостого хода.

Пренебрегая активным сопротивлением, ток короткого замыкания можно определить как

В относительных единицах ток короткого замыкания обратно пропорционален х(. Таким образом, можно по характеристике холостого хода и характеристике короткого замыкания определить опытным путем Хд.

Важное значение имеет кратность тока короткого замыкания при напряжении холостого хода, равном номинальному (рис. 4.30),

и при номинальном токе возбуждения, при котором ток короткого замыкания равен 1К ном,

Рис. 430. К определению кратности тока короткого замыкания

Отношение тока короткого замыкания к номинальному току в относительных единицах при токе возбуждения 7/-, при котором Eq = UHом, называется отношением короткого замыкания (ОКЗ) и для ненасыщенной явнополюсной машины

Если ОКЗ определяют по насыщенной характеристике холостого хода, то

Отношение короткого замыкания, так же как и х(/, определяет перегрузочную способность синхронной машины. Чем больше ОКЗ, тем больше предельная нагрузка; ОКЗ тем больше, чем больше воздушных зазор, т.е. при той же мощности меньше концентрация энергии магнитного поля. Такие машины требуют больших вложений материалов, что увеличивает их стоимость. У турбогенераторов ОКЗ = = 0,44-1,0, а гидрогенераторов 0,84-1,8.

Нагрузочная характеристика — это зависимость напряжения на генераторе от тока возбуждения U = /(//) при постоянных токе якоря, cos

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector