Система за възбуждане на вертикален синхронен двигател. Системи за възбуждане на синхронни двигатели Система за възбуждане на синхронни двигатели

21.08.2020

Прочетете също

SD Formatter - програма за форматиране на sd карти памет

Стъпка по стъпка алгоритъм за калибриране

H Превръщане на GIMP в удобен редактор на чернови от урока Sandbox Контрол на колелото на мишката

Как да премахнете воден знак от видео Премахнете воден знак от изображение онлайн

Система за възбуждане синхронна машинасе състои от възбудител и система за регулиране на възбудителния ток, която е затворена във възбудителната намотка на синхронната машина и в намотките на възбудителя. Системата за възбуждане трябва да осигурява надеждна работа на синхронната машина чрез регулиране на възбудителния ток, форсиране на възбуждането и затихване на възбудителното поле. Тези процеси в големите машини се извършват автоматично. Системите за възбуждане са разделени на два вида - правИ непряк.

При системите с директно възбуждане арматурата на възбудителя е твърдо свързана с вала на синхронната машина. При индиректните системи за възбуждане възбудителят се задвижва от двигател, който се захранва от спомагателните шини на електроцентралата или спомагателен генератор. Последният може да бъде свързан към вала на синхронна машина или да работи автономно. Директните системи са по-надеждни, тъй като в случай на аварийни ситуации в електроенергийната система роторът на възбудителя продължава да се върти заедно с ротора на синхронната машина и намотката на възбуждането не се изключва.

На фиг. 4.79 а - вдадени са най-разпространените схеми на възбуждане на синхронни машини.

На фиг. 4.79 Ае представена най-разпространената директна верига с електрически машинни възбудители. Към възбуждащата намотка на OVG на синхронния генератор SG постоянен ток се подава през контактни пръстени от арматурата на възбудителя B. Възбуждащата намотка на възбудителя на HVV се захранва от котвата на подвъзбудителя MPE. Токът във възбудителната намотка на синхронния генератор се управлява от резистор R p ,включени във веригата на възбудителната намотка на подвъзбудителя OVPDV.

Подвъзбудител и възбудител - генератори постоянен ток. Техните котви са свързани чрез съединители към ротора на синхронен генератор. Мощност на намотката на възбуждане

Ориз. 4.79.

DC генераторите са 0,2-5% от мощността на генератора. Следователно контролната мощност в каскадна веригаот два DC генератора (виж фиг. 4.79, а)е няколко процента от мощността на възбуждане на синхронен генератор. Усилването на веригата е равно на произведението от усилването на мощността на два генератора за постоянен ток (I) 2 -10 3).

Максималната мощност на DC генератор със скорост 3000 rpm е приблизително 600 kW. Следователно генераторите за постоянен ток като възбудители могат да се използват в турбогенератори с мощност 100-150 MW. DC генератори като възбудители са широко приложениев синхронни двигатели и синхронни генератори на автономни енергийни системи.

На фиг. 4.79 bе дадена схемата на непряко възбуждане с възбудителя - генератор за постоянен ток с независимо възбуждане. Котвата на DC генератора се завърта от асинхронен AD или синхронен двигател, които са свързани към AC мрежа, която не зависи от напрежението на синхронния генератор.

Най-разпространени са възбудителните вериги със статични AC-to-DC преобразуватели. През 50-те години на миналия век за възбуждане на хидрогенератори беше използвана възбудителна верига с живачни токоизправители, а наскоро

тиристорни възбудителни вериги, които могат да бъдат контактни и безконтактни. В контактните вериги възбуждащият ток от тиристорния преобразувател се подава през пръстените към намотката на възбуждане. В този случай променливият ток се подава към тиристорния преобразувател или от възбудителя на електрическата машина, или от мрежата.

В големите турбогенератори индукторен високочестотен генератор се използва като електрическа машина източник на електрическа енергия (фиг. 4.80). Роторът на индукторния генератор е твърдо свързан с ротора на турбогенератора. На ротора на индукторния генератор няма намотки, а намотките на котвата са разположени на статора. Принципът на работа на индукторния генератор е разгледан в параграф 4.23.

При безчеткови системи за възбуждане намотката на котвата и токоизправителите са разположени върху ротора. Възбудителят е многофазен за турбогенератор с мощност 1000 MW, 1500 об./мин. Възбудителят е с дължина 3 м. Мощността на възбудителя в кратковременен режим е 7,2 MW, а в продължителен режим на работа 2,8 MW. Максимален ток 9,6 kA при 0,75 kV. В турбинен генератор с мощност 500 MW мощността на възбудителя е 2,4 MW.

Всички системи за възбуждане са обект на строги изисквания, регулирани от GOST 21558-2000. Система-

Ориз. 4.80.Индукторният възбудител на турбогенераторите трябва да осигурява форсиране на възбуждането при падане на мрежовото напрежение и в аварийни условия. Съгласно посочения GOST, кратността на ограничаващото стационарно напрежение на възбудителя (съотношение максимално напрежениевъзбудител към номиналното напрежение на възбудителя) за големи генератори и синхронни компенсатори е 1,8-2, за други синхронни машини - 1,4-1,6.

Системите за възбуждане трябва да са бързи. Номинална скорост на нарастване на напрежението на възбудителя, т.е. промяната на напрежението от номинално до максимално трябва да бъде 1 - 1,5 s за големи машини, а за останалите 0,8-1 s.

Регулирането на тока на възбуждане, като правило, се извършва чрез промяна на напрежението на възбудителя. Тъй като възбудителят не е наситен, токът на възбуждане варира пропорционално на напрежението. Само в синхронни машини с малка мощност възбуждащият ток се регулира от реостати.

Гасенето на място при аварийни условия се осигурява от LGP за 0,8-1,5 s. Обикновено съпротивлението, при което се потушава полето, е 5 пъти по-голямо от съпротивлението на веригата на възбуждане, а напрежението в нея в преходния процес не надвишава повече от 5 пъти напрежението на възбуждане.

Наред с разгледаните по-горе системи за възбуждане се използват системи за възбуждане от висши хармоници и отрицателна последователност.

Във въздушната междина на електрическа машина има безкраен спектър от хармоници на полето, които се въртят с различна скорост от основната или се въртят в посока, обратна на основната. По-високите хармоници на полето индуцират напрежения в намотките на ротора, които зависят от приплъзването и амплитудата на хармоника. Ако късо свържете намотките на ротора с токоизправители, в тях ще тече пулсиращ ток с по-високи хармоници, което ще създаде постоянен възбуждащ поток (фиг. 4.81).

Обикновено за възбуждане се използва 3-та хармоника на полето и се извършва специална намотка на ротора с 3 пъти по-голям брой полюси спрямо основния хармоник. С възбуждане от 3-ти хармоник се произвежда серия EC синхронни генератори с мощност до 100 kW.

Интересно е да се използва обратно поле за възбуждане. При еднофазни двигатели, когато се възбуждат от обратната последователност (виж фиг. 4.81), могат да се получат тегло, размери и енергийни характеристики, които са близки до характеристиките на трифазните асинхронни двигатели.

Ориз. 4.81.

Системите за възбуждане на синхронните машини са много разнообразни и до голяма степен определят конструкцията на една синхронна машина. Някои модификации на системите за възбуждане ще бъдат разгледани при изучаване на специални синхронни машини.

Дмитрий Левкин

Конструкция на синхронен електродвигател с възбудителна намотка

Синхронен електродвигател с възбуждаща намотка, както всеки въртящ се, се състои от ротор и статор. Статорът е неподвижната част, роторът е въртящата се част. Статорът обикновено има стандартна трифазна намотка, докато роторът е направен с възбуждаща намотка. Възбуждащата намотка е свързана с контактни пръстени, към които се подава захранване през четките.

Синхронен двигател с възбудителна намотка (четките не са показани)

Принцип на действие

Постоянната скорост на въртене на синхронния двигател се постига благодарение на взаимодействието между постоянното и въртящото се магнитно поле. Роторът на синхронния двигател създава постоянно магнитно поле, а статорът създава въртящо се магнитно поле.

Работата на синхронен електродвигател се основава на взаимодействието на въртящото се магнитно поле на статора и постоянното магнитно поле на ротора

Статор: въртящо се магнитно поле

Намотките на статорната бобина се доставят с трифазно захранване AC напрежение. В резултат на това се създава въртящо се магнитно поле, което се върти със скорост, пропорционална на честотата на захранващото напрежение. Научете повече за това как да трифазно напрежениехранене се формира може да се намери в статията "".

Взаимодействие между въртящи се (при статора) и постоянни (при ротора) магнитни полета

Ротор: постоянно магнитно поле

Намотката на ротора се възбужда от източник на постоянен ток чрез контактни пръстени. Магнитното поле, създадено около ротора, възбудено от постоянен ток, е показано по-долу. Очевидно е, че роторът се държи като постоянен магнит, тъй като има същото магнитно поле (алтернативно, човек може да си представи, че роторът е направен от постоянни магнити). Разгледайте взаимодействието на ротор и въртящо се магнитно поле. Да предположим, че давате на ротора първоначално въртене в същата посока като въртящото се магнитно поле. Противоположните полюси на въртящото се магнитно поле и роторът ще бъдат привлечени един към друг и ще се блокират с помощта на магнитни сили. Това означава, че роторът ще се върти със същата скорост като въртящото се магнитно поле, т.е. роторът ще се върти със синхронна скорост.

Магнитните полета на ротора и статора са свързани едно с друго

Синхронна скорост

Скоростта, с която се върти магнитното поле, може да се изчисли от следното уравнение:

където N s е честотата на въртене на магнитното поле, rpm,
f е честотата на тока на статора, Hz,
p е броят на двойките полюси.

Това означава, че скоростта на синхронен двигател може да се контролира много точно чрез промяна на честотата на захранващия ток. Следователно тези двигатели са подходящи за приложения с висока точност.

Директен старт на синхронен двигател от мрежата

Защо синхронните двигатели не се стартират от мрежата?

Ако роторът няма първоначално въртене, ситуацията е различна от описаната по-горе. Северният полюс на магнитното поле на ротора ще бъде привлечен от южния полюс на въртящото се магнитно поле и ще започне да се движи в същата посока. Но тъй като роторът има определен моментинерция, стартовата му скорост ще бъде много ниска. През това време южният полюс на въртящото се магнитно поле ще бъде заменен от северния полюс. Така ще се появят отблъскващи сили. В резултат на това роторът ще започне да се върти в обратна посока. Така роторът няма да може да стартира.

Демпферна намотка - директно стартиране на синхронен двигател от мрежата

За да се осъществи самозапуск на синхронен електродвигател без система за управление, между върховете на ротора се поставя "катерица", която се нарича още демпферна намотка. При стартиране на електродвигателя намотките на ротора не се възбуждат. Под действието на въртящо се магнитно поле в завоите на "катерица" се индуцира ток и роторът започва да се върти по същия начин, както те започват.

Когато роторът достигне своето максимална скорост, захранването се подава към възбуждащата намотка на ротора. В резултат на това, както беше споменато по-рано, полюсите на ротора се блокират с полюсите на въртящото се магнитно поле и роторът започва да се върти със синхронна скорост. Когато роторът се върти със синхронна скорост, относителното движение между клетката на катерица и въртящото се магнитно поле е нула. Това означава, че няма ток в късо съединение и следователно "катерица" не влияе на синхронната работа на електродвигателя.

Излизане от синхрон

Синхронните двигатели имат постоянна честота на въртене, независимо от натоварването (при условие, че натоварването не надвишава максимално допустимото). Ако моментът на натоварване е по-голям от момента, създаден от самия електродвигател, тогава той ще излезе от синхрон и ще спре. Ниско захранващо напрежение и ниско напрежениеВъзбуждането също може да доведе до разсинхронизиране на двигателя.

Синхронен компенсатор

Синхронните двигатели също могат да се използват за подобряване на фактора на мощността на системата. Когато единствената цел на използването на синхронни двигатели е да се подобри факторът на мощността, те се наричат синхронни компенсатори. В този случай валът на двигателя не е свързан с механичен товар и се върти свободно.

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://www.allbest.ru/

СИНХРОННИ МАШИНИ

Въведение

Синхронните машини са безчеткови AC машини. По своята конструкция те се различават от асинхронните машини само по конструкцията на ротора, който може да бъде изпъкнал или неизпъкнал полюс. Що се отнася до свойствата, синхронните машини се различават по скоростта на синхронния ротор (n 2 \u003d n 1 \u003d const) при всяко натоварване, както и способността да се контролира факторът на мощността, като се задава на стойност, при която работата на синхронната машина става най-икономична. Синхронните машини са обратими и могат да работят както в генераторен, така и в двигателен режим. Синхронните генератори са в основата на електрическото оборудване на електроцентралите, т.е. почти цялата електроенергия се генерира от синхронни генератори. Единичната мощност на съвременните синхронни генератори достига един милион киловата или повече. Синхронните двигатели се използват главно за задвижване на устройства с висока мощност. Такива двигатели превъзхождат другите видове двигатели по отношение на техните технически и икономически показатели. В големи електрически инсталации понякога се използват синхронни машини като компенсатори - генератори на реактивна мощност, които позволяват да се увеличи коефициентът на мощност на цялата инсталация. Този раздел се занимава главно с трифазни синхронни машини. Дадена е и информация за някои видове синхронни двигатели с много ниска мощност, използвани в устройствата за автоматизация и измервателната апаратура.

1. Начини възбуждане и устройство на синхронни машини

1. 1 Възбуждане на синхронни машини

При разглеждане на принципа на работа на синхронен генератор беше установено, че на ротора на синхронен генератор е разположен източник на MMF (индуктор), който създава магнитно поле в генератора. С помощта на задвижващ двигател (PD) роторът на генератора се върти със синхронна честота n 1 . В този случай магнитното поле на ротора също се върти и, свързвайки се с намотката на статора, индуцира ЕМП в него.

Синхронните двигатели са структурно почти същите като синхронните генератори. Те също се състоят от статор с намотка и ротор. Следователно, независимо от режима на работа, всяка синхронна машина се нуждае от процеса на възбуждане - индукция на магнитно поле в нея.

Основният метод за възбуждане на синхронните машини е електромагнитният възбуждане, чиято същност е, че намотката на възбуждане е разположена на полюсите на ротора. Когато постоянен ток преминава през тази намотка, възниква MMF на възбуждане, което индуцира магнитно поле в магнитната система на машината.

Доскоро за захранване на намотката на възбуждане се използваха специални генератори за постоянен ток с независимо възбуждане, наречени възбудители B (фиг. 1.1, а) , чиято възбудителна намотка (OV) получава постоянен ток от друг генератор (паралелно възбуждане), наречен подвъзбудител (PV). Роторът на синхронната машина и котвите на възбудителя и подвъзбудителя са разположени на общ вал и се въртят едновременно. В този случай токът навлиза в намотката на възбуждане на синхронната машина през контактни пръстени и четки. За управление на тока на възбуждане се използват регулиращи реостати, които са включени във веригата на възбуждане на възбудителя (r 1) и подвъзбудител (r 2).

В синхронните генератори със средна и висока мощност процесът на регулиране на тока на възбуждане е автоматизиран.

В синхронни генератори с висока мощност - турбогенератори - понякога като възбудител се използват алтернатори от индукторен тип (виж § 23.6). На изхода на такъв генератор се включва полупроводников токоизправител.

Ориз. 1.1. Контактни (а) и безконтактни (б) системи за електромагнитно възбуждане на синхронни генератори

Регулирането на тока на възбуждане на синхронния генератор в този случай се извършва чрез промяна на възбуждането на индукторния генератор.

В синхронните генератори е използвана система за безконтактно електромагнитно възбуждане, при която синхронният генератор няма контактни пръстени на ротора.

В този случай като възбудител се използва и алтернатор (фиг. 1.1, 5), в който намотката 2, в която се индуцира ЕМП (намотка на котвата), е разположена на ротора, а намотката на възбуждане 1 е разположена на статора. В резултат на това намотката на котвата на възбудителя и намотката на възбуждане на синхронната машина се оказват въртящи се и техните електрическа връзкаизвършва се директно, без контактни пръстени и четки. Но тъй като възбудителят е генератор на променлив ток и възбудителната намотка трябва да се захранва с постоянен ток, тогава на изхода на намотката на котвата на възбудителя, полупроводников преобразувател 3, фиксиран на вала на синхронната машина и въртящ се заедно с възбудителната намотка на синхронната машина и арматурната намотка на възбудителя. Захранването с постоянен ток на възбудителната намотка 1 на възбудителя се осъществява от подвъзбудителя (PV) - DC генератор.

Липсата на плъзгащи се контакти във възбудителната верига на синхронна машина позволява да се повиши нейната надеждност на работа и да се повиши ефективността.

В синхронните генератори, включително хидрогенераторите (виж § 1.2), принципът на самовъзбуждане е широко разпространен (фиг. 1.2, а), когато необходимата за възбуждане променлива енергия се взема от намотката на статора на синхронния генератор и се преобразува в постоянен ток чрез понижаващ трансформатор и токоизправителен полупроводников преобразувател (PP). Принципът на самовъзбуждане се основава на факта, че първоначалното възбуждане на генератора възниква поради остатъчния магнетизъм на магнитната верига на машината.

Ориз. 1.2. Принципът на самовъзбуждане на синхронните генератори

На фиг. 1.2, б структурна схема автоматична системасамовъзбуждане на синхронен генератор (SG) с токоизправителен трансформатор (VT) и тиристорен преобразувател (TC), чрез който променливотоковото захранване от веригата на статора на SG, след като се преобразува в постоянен ток, се подава в намотката на възбуждане. Тиристорният преобразувател се управлява с помощта на автоматичен регулатор на възбуждане ARV, към входа на който се получават сигнали за напрежение на изхода на SG (през трансформатора на напрежение VT) и тока на натоварване на SG (от токовия трансформатор TT). Веригата съдържа защитен блок BZ, който осигурява защита на възбуждащата намотка и тиристорния преобразувател на ТР от пренапрежение и претоварване по ток.

В съвременните синхронни двигатели за възбуждане се използват тиристорни възбудители, които са свързани към мрежа с променлив ток и осъществяват автоматично управлениеток на възбуждане в различни режими на работа на двигателя, включително преходни. Този метод на възбуждане е най-надеждният и икономичен, тъй като ефективността на тиристорните възбудители е по-висока от тази на DC генераторите. Промишлеността произвежда тиристорни възбудители за различни напрежения на възбуждане с допустима стойност на постоянен ток 320 A.

В съвременните серии синхронни двигатели най-широко се използват възбудителни тиристорни устройства от типове TE8-320/48 (напрежение на възбуждане 48 V) и TE8-320/75 (напрежение на възбуждане 75 V). Мощността на възбуждане обикновено е между 0,2% и 5% от полезната мощност на машината (по-ниската стойност се отнася за големи машини).

В синхронните машини с ниска мощност се използва принципът на възбуждане от постоянни магнити, когато постоянните магнити са разположени на ротора на машината. Този метод на възбуждане позволява да се спаси машината от намотката на възбуждане. В резултат на това конструкцията на машината става по-проста, по-икономична и по-надеждна. Въпреки това, поради недостига на материали за производството на постоянни магнити с голям запас от магнитна енергия и сложността на тяхната обработка, използването на възбуждане от постоянни магнити е ограничено само до машини с мощност не повече от няколко киловата.

1.2 Видове синхронни машини и тяхното устройство

Синхронната машина се състои от неподвижна част - статор - и въртяща се част - ротор. Статорите на синхронните машини по принцип не се различават от статорите на асинхронните двигатели, т.е. те се състоят от корпус, сърцевина и намотка.

Конструкцията на статора на синхронна машина може да бъде различна в зависимост от предназначението и размерите на машината. И така, при многополюсни машини с висока мощност с външен диаметър на сърцевината на статора над 900 mm, плочите на сърцевината са направени от отделни сегменти, които, когато са сглобени, образуват цилиндър на сърцевината на статора. Корпусите на статора на големите машини са направени разглобяеми, което е необходимо за удобството при транспортиране и монтаж на тези машини.

Роторите на синхронните машини могат да имат две фундаментално различни конструкции: изпъкнал полюс и неизпъкнал полюс.

В електроцентралите за производство на променливотоково електричество се използват главно три вида двигатели като първични (задвижващи) двигатели на синхронни генератори: парни турбини, хидравлични турбини или двигатели с вътрешно горене (дизели). Използването на някой от изброените двигатели фундаментално влияе върху дизайна на синхронен генератор.

Ако задвижващият двигател е хидравлична турбина, тогава синхронният генератор се нарича хидрогенератор.Хидравличната турбина обикновено развива ниска скорост (60--500 об / мин), следователно, за да получи променлив ток индустриална честота(50 Hz) в хидрогенератора се използва ротор с голям брой полюси. Роторите на хидрогенераторите имат изпъкнал полюс, т.е. с ясно изразени полюси, при които всеки полюс е направен под формата на отделен възел, състоящ се от сърцевина 1, полюсна част 2 и полюсна намотка 3 (фиг. 1.3, а). Всички полюси на ротора са фиксирани върху ръба 4, който също е ярема на магнитната система на машината, в която полюсните потоци са затворени. Хидрогенераторите обикновено се произвеждат с вертикално разположение на вала (фиг. 1.4).

Парната турбина работи с висока скорост, така че задвижваният от нея генератор, наречен турбогенератор, е високоскоростна синхронна машина. Роторите на тези генератори са двуполюсни (n 1 = 3000 rpm) или четириполюсни (n 1 = 1500 rpm).

Ориз. 1.3. Дизайнът на роторите на синхронните машини: а - ротор с ясно изразени полюси; b - ротор с неявно изразени полюси

Ориз. 1.4. Хидрогенератор на Братската ВЕЦ (225 MW, 15,8 kV, 125 об / мин): 1 - корпус на статора; 2 -- ядро на статора; 3 -- полюс на ротора; 4 -- ръб на ротора; 5 -- носещ кръст

По време на работа на турбогенератора върху неговия ротор действат значителни центробежни сили. Следователно, според условията на механична якост, в турбогенераторите се използва имплицитно-полюсен ротор, който има формата на удължен стоманен цилиндър с надлъжни канали, фрезовани на повърхността за намотката на възбуждане (виж фиг. 1.3, б). Сърцевината на ротор с имплицитни полюси е направена под формата на солидна стоманена изковка заедно със стебла (краища на вал) или е направена предварително. Възбуждащата намотка на ротор с неявни полюси заема само 2/3 от повърхността му (по периметъра). Останалата 1/3 от повърхността образува полюсите. За да се предпазят предните части на намотката на ротора от разрушаване под действието на центробежни сили, роторът е покрит от двете страни със стоманени задържащи пръстени (капачки), обикновено изработени от немагнитна стомана.

Фиг. 1.5. Турбинен генератор: 1 - възбудител, 2 - корпус, 3 - сърцевина на статора, 4 - секции за охлаждане на водород, 5 - ротор

Турбогенераторите (фиг. 1.5) и дизеловите генератори се произвеждат с хоризонтален вал. Дизеловите генератори са проектирани за скорост от 600-1500 об / мин и се изпълняват с ротор с изпъкнал полюс (фиг. 1.6). електромагнитен ток на ротора

Голяма група от синхронни машини са синхронните двигатели, които обикновено се произвеждат с мощност до няколко хиляди киловата и са предназначени да задвижват мощни вентилатори, мелници, помпи и други устройства, които не изискват регулиране на скоростта. Помислете за устройството на синхронен двигател от серията SDN2 (фиг. 1.7). Двигателите от тази серия се произвеждат с мощност от 315 до 4000 kW при скорости на въртене от 300 до 1000 rpm и са предназначени за свързване към мрежа с честота 50 Hz при напрежение 6 kV.

Ядрото на статора 4, пресовано в стоманена кутия, се състои от сегментни пакети, сглобени от щамповани листове от електрическа стомана с дебелина 0,5 mm . За по-добро охлаждане на двигателя пакетите са разделени с радиални вентилационни канали с ширина 10 мм. Статорната намотка 12 е двуслойна със скъсена стъпка (виж гл. 7). Сърцевините на полюсите 11 на ротора са прикрепени към рамката 3 с шпилки 5. Намотката на ротора се състои от полюсни намотки. Плъзгащите пръстени 8 са прикрепени към края на вала. Роторът е с 6 лопатки на центробежен вентилатор. Стоящи плъзгащи лагери 2 и 7 са монтирани върху лагерни полуплочи 1 и 9. Моторът е покрит със стоманени щитове 13 от крайните страни.

Фиг. 1.6. Синхронен генератор (дизелов генератор): 1 - контактни пръстени, 2 - държачи на четки, 3 - полюсна намотка на ротора, 4 - полюсна част, 5 - ядро на статора, 6 - вентилатор, 7 - вал

В корпуса на 10-ти корпус има вентилационни прозорци, покрити с щори. На страничната повърхност на корпуса има клемна кутия 14. Двигателите се възбуждат от тиристорни преобразуватели с автоматично управление на тока на възбуждане при стартиране и спиране на двигателите.

Ориз. 1.7 Устройството на синхронния двигател от серията SDN2

На фиг. 1.8 показва по-подробно елемента на устройството на синхронен двигател, характерен за повечето конструкции. Върху вала 1 е монтиран ламиниран венец 2, върху който с помощта на Т-образна опашка е закрепена сърцевината на полюса 3, направена едно цяло с върха на полюса. Стълбните сърцевини са изработени от щампована ламарина от конструкционна стомана с дебелина 1,0 или 1,5 mm. Стъблото на пръта е заключено в надлъжния жлеб на джантата с помощта на клинове 9. Също така е възможно стълбовете да се закрепят към джантата с помощта на лястовича опашка (виж Фиг. 1.3) или шпилки. Стоманени бузи 4, издърпани заедно с шпилки, предотвратяват раздуването на пакета на полюсите на ротора. Бузите имат рамена, държащи полюсната намотка на ротора 5.

Фиг. 1.8. Полюс на синхронен двигател

В жлебовете на полюсните накрайници има месингови или медни пръти 6 на стартовата (успокояваща) намотка, затворени от двете страни със сегменти 7.

Между външната повърхност на полюсната част и вътрешната повърхност на сърцевината на статора 8 има въздушна междина. По оста на полюса тази междина d е минимална, а по ръбовете е максимална S max. Тази конфигурация на полюсния накрайник е необходима за синусоидално разпределение на магнитната индукция във въздушната междина. Това се постига чрез факта, че повърхността на полюсния накрайник има радиус R<(D l - 2д)/ 2, где D 1 - диаметр расточки сердечника статора.

1. 3 Охлаждане на големи синхронни машини

Големите електрически машини използват затворена система за охлаждане (вижте §18.2), използваща водород като охлаждащ газ. Специалните свойства на водорода осигуряват водородно охлаждане с редица предимства:

1. Техническият водород е повече от десет пъти по-лек от въздуха, което спомага за намаляване на вентилационните загуби и следователно повишава ефективността на машината. Например, в турбогенератор с мощност 150 000 kW загубите на вентилация при въздушно охлаждане са 1000 kW, а при водородно охлаждане на турбогенератор със същата мощност тези загуби са само 140 kW, т.е. повече от седем пъти по-малко.

2. Поради повишената топлопроводимост на водорода, която е 6-7 пъти по-голяма от тази на въздуха, охлажда по-интензивно автомобила. Това дава възможност при дадени размери да се произведе машина с водородно охлаждане с 20-25% по-голяма мощност, отколкото с въздушно охлаждане.

3. Водородното охлаждане намалява риска от пожар в колата, тъй като водородът не поддържа горенето.

4. Водородното охлаждане увеличава живота на изолацията на намотката, тъй като по време на явлението корона, поради липсата на азот, в машината не се образуват нитрати - съединения, които разяждат органичните компоненти на изолационните материали.

Ефективността на водородното охлаждане се увеличава с увеличаване на налягането на водорода в машината. Но наред с изброените предимства, водородното охлаждане има и недостатъци, същността на които е, че водородното охлаждане води до усложняване и оскъпяване както на самата машина, така и на нейната експлоатация. Това се обяснява на първо място с необходимостта да се поддържа цял комплекс от устройства за икономия на водород, които осигуряват попълване, пречистване и поддържане на необходимото налягане на водорода в охладителната система на машината. Но при машини с голяма единична мощност (турбогенератори, хидрогенератори, синхронни компенсатори) водородното охлаждане е оправдано и дава голям икономически ефект.

Разгледаните методи за охлаждане на машини са косвени, тъй като се случват без пряк контакт на охлаждащата течност с най-нагретите елементи на машината - намотките. Изборът на топлина от намотките с тези методи на охлаждане става чрез електрическа изолация (в предните части) и стомана на магнитната верига, което намалява ефективността на процеса на охлаждане. Следователно директното охлаждане на намотките и другите нагрети елементи на машината е по-ефективно. За да се реализира този метод на охлаждане, в проводниците и сърцевините на намотките се правят вътрешни канали, през които циркулира охлаждащата течност - водород, вода, масло. Директният контакт на охлаждащата течност с проводниците на намотките и вътрешните слоеве на магнитните вериги увеличава интензивността на отделяне на топлина и ви позволява значително да увеличите специфичните електромагнитни натоварвания на машината (плътност на тока и максимална стойност на магнитната индукция). Обикновено директното охлаждане се използва в електрически машини с много голяма мощност - турбо и хидрогенератори, което позволява значително увеличаване на единичната мощност на тези машини.

2. Магнитниполе и характеристики на синхронните генератори

2. 1 Магнитна верига на синхронна машина

В x.x. синхронна машина, т.е. при липса на ток I 1 в намотката на статора, магнитното поле се създава само от MMF на намотката на възбуждане F v0. Формата на графиката на разпределението на индукцията в междината на машина с изпъкнал полюс в този случай зависи от конфигурацията на полюсните части на полюсите на ротора. За да се придаде на тази крива форма, близка до синусоидалната, въздушната междина се прави неравномерна, увеличавайки я в краищата на полюсните накрайници.

Основният магнитен поток на синхронна машина с изпъкнали полюси, затваряйки се в магнитната система на машината, е свързан към намотката на статора. Както при асинхронните машини с невидими полюси (виж § 11.1), магнитната система на синхронна машина с изпъкнали полюси е разклонена симетрична магнитна система (фиг. 2.1, а), състояща се от 2p успоредни клона. Всеки от тези клонове е неразклонена магнитна верига, съдържаща една двойка полюси (фиг. 2.1, b). Основният магнитен поток Ф, затварящ се в магнитна верига, преминава през редица секции (фиг. 2.2): въздушна междина d, зъбен слой на статора h z 1, зъбен слой на ротора h z 2, полюс на ротора h m, задна част на статора L 1 и задна част на ротора (ръб) L rev.

Сумата от магнитните напрежения във всички изброени секции на магнитната верига определя MMF на възбуждащата намотка на двойка полюси в студен режим. (А):

Е в = ? Е = 2 Е д + 2 Е z 1 +2 Е z 2 + 2 Е м + Е ° С 1 + Е относно, (2.1)

където F d, F z 1, F z 2, F m, F c1 и F o 6 са съответно магнитните напрежения на междината, зъбните слоеве на статора и ротора, полюсите, гърба на статора и ръба, A.

Процедурата за изчисляване на магнитните напрежения в секциите на магнитната верига е по принцип същата като при изчисляването на магнитната верига на асинхронна машина (виж глава 11). При изчисляване на магнитното напрежение на полюсите и задната част на ротора трябва да се има предвид, че магнитният поток в тези области е малко по-голям от основния магнитен поток Ф със стойността на потока на изтичане на ротора Ф у, който е малка част от общия поток на полюсите Ф m, който не преминава през междината d, затваряйки се в междуполярното пространство:

Е м = F + F при= F(1 + F/ F при) = Fпри м , (2.2)

където m е коефициентът на магнитно разсейване на полюсите на ротора.

Ориз. 2.1. Магнитна система на синхронна машина с изпъкнал полюс

Ориз. 2.2. Секции от магнитната верига на синхронна машина с изпъкнал полюс

За синхронни машини с изпъкнал полюс коефициентът

при м = 1 + 0, 2 к м 1 (2.3)

к м 1 = Е 10 / (2 Е д) (2.4)

Коефициент на магнитно насищане на ядрото на статора на синхронна машина;

Е 10 = 2 Е д + 2 Е z 1 + Е ° С 1

Сумата от магнитните напрежения в сърцевината на статора и въздушната междина, A.

За синхронни машини с изпъкнал полюс, коефициентът на магнитно разсейване на полюсите на ротора y m \u003d 1,1 h 1,4, в зависимост от степента на магнитно насищане на магнитната верига на машината и броя на полюсите (с увеличаване на броя на полюсите 2p, междуполюсното пространство на ротора на машината намалява и магнитното разсейване се увеличава). След изчисляване на магнитопровода на синхронна машина се изгражда магнитна характеристика на машината, подобна на показаната на фиг. 1.3. Използвайки MDS на възбудителната намотка в x.x. ? F , чрез допълнителни изчисления, определете MMF на намотката на възбуждане при товар F v.n. Обикновено F v.n \u003d (2.0 h 2.2)? F.

Получената стойност на MMF F v.n ви позволява да изчислите броя на завъртанията в полюсната намотка на ротора:

У к.в = Е в.н / (2 аз V) , (2.5)

където I in е токът във възбудителната намотка на синхронна машина, A.

2. 2 Магнитно поле на синхронна машина

Тази глава разглежда трифазен синхронен генератор, работещ на симетрично натоварване, така че всички фази на намотката да се натоварват равномерно, т.е. в тях се индуцира същата ЕМП и токове, които са еднакви по стойност и се изместват във фаза един спрямо друг под ъгъл от 120 ° преминават. От гл. 9 е известно, че при тези условия трифазната намотка на статора създава въртящ се MMF синхронно с ротора, чиято максимална стойност се определя от израза (9.16):

Е 1 = 0,45 м 1 аз 1 w 1 к rev1/ стр.

Както ще бъде показано в § 2.3, векторът на MMF на статора може да заема различни пространствени позиции спрямо оста на полюсите на ротора.

В синхронна машина с неявни полюси въздушната междина е равномерна и следователно пространственото положение на вектора на MMF на статора спрямо оста на полюсите на ротора не влияе върху големината и разпределението на магнитното поле на статора.

В синхронна машина с изпъкнал полюс въздушната междина е неравномерна поради наличието на значително междуполюсно пространство, което не е запълнено със стомана (фиг. 2.3), а магнитното съпротивление на потока на статора Ф d по надлъжната ос dd е много по-малко от магнитното съпротивление на потока на статора Ф q по напречната ос qq. Следователно величината на индукцията на магнитното поле на статора и графиката на неговото разпределение във въздушната междина в машините с изпъкнали полюси зависят от пространственото положение на вектора MMF на намотката на статора F 1 или неговите компоненти.

И така, амплитудата на основния хармоник на индукцията на магнитното поле на статора по надлъжната ос B 1 d 1 е по-голяма от амплитудата на основния хармоник на индукцията на полето по напречната ос B 1 q 1:

б 1 д 1 = б 1 к д; б 1 р 1 = б 1 к р (2.6)

където B 1 - амплитудната стойност на магнитната индукция на полето на статора с равномерна междина; k d и k q -- коефициенти на формата на полето на статора (котвата) по надлъжната и напречната ос.

Коефициентите k d и k q определят степента на намаляване на амплитудата на основния хармоник на полето на статора (котвата) по надлъжната и напречната ос, поради неравномерността на въздушната междина в машини с изпъкнал полюсен ротор.

Ориз. 2.3. Магнитни полета на статора на синхронна машина с изпъкнал полюс по надлъжната (а) и напречната (b) ос

Стойностите k d и k q зависят от съотношението на максималните и минималните въздушни междини d m ax / d, от относителната междина d / f, а също и от коефициента на припокриване на полюсите b i , С равномерна междина (d = const), съотношението d m ax / d = 1. Полюсното разделение f се определя от (7.1). Коефициентът на припокриване на полюса b i \u003d b p / f, където b p е ширината на полюсния елемент (виж фиг. 1.8).

При еднаква въздушна междина (d m ax / d \u003d 1) и неговата много малка относителна стойност (d / f? 0), коефициентите на формата на полето се определят от изразите

к д = [ rb аз + грях (б аз180°)] /Р; (2.7)

к р = [ rb аз - грях (б аз180°)] /стр . (2.8)

От (2.7) и (2.8) виждаме, че за b i = 1, т.е. с ротор с невидими полюси, k d = k q = 1.

Възбуждащата намотка на синхронна машина, когато през нея преминава ток I v, създава MMF на двойка полюси (A):

Е в.н = аз V 2 w к.в (2.9)

Ориз. 2.4. Магнитни полета на възбуждане на имплицитни полюси (а) и изпъкнали полюси (б) синхронни машини

В този случай формата на възбуждащото магнитно поле в пролуката на машината зависи от конструкцията на ротора. Амплитудата на основния хармоник на това поле B in1 се определя от фактора на формата на възбуждащото поле

к f = б в 1/ IN V, (2.10)

където B in е максималната стойност на магнитната индукция на възбуждащото поле (фиг. 2.4).

За ротор с имплицитни полюси коефициентът на форма на полето на възбуждане (фиг. 2.4, а)

к f = 8 грях Ж90°/ (Р 2 Ж) (2.11)

където r \u003d 2b / f е съотношението на навитата част на полюса на ротора към цялото полюсно деление. Обикновено r = 0,67 h 0,80. Най-ниското съдържание на по-високи хармоници на полето съответства на r = 0,75.

За ротор с изпъкнал полюс с еднаква междина и d / f? 0 коефициент на формата на полето на възбуждане (фиг. 2.4, b)

к f = 4 грях b аз90°/Р . (2.12)

Увеличаването на празнината в краищата на полюсите допринася за сближаването на коефициента k f до единица, т.е. доближава формата на кривата на индукция на полето до синусоида.

При неравномерна въздушна междина стойностите на коефициентите на формата на полето се определят от графиките, дадени в ръководствата за изчисляване на синхронни машини.

2. 3 Реакция на котвата на синхронна машина

По време на работа на натоварен синхронен генератор, възбуждането MMF F B0 едновременно действа в него [виж. (2.1)] и статор (котва) F 1 [вж. (9.15)], докато MMF на статора (котвата) влияе върху MMF на възбуждане, засилвайки или отслабвайки полето на възбуждане или изкривявайки формата му. Ефектът на MMF на намотката на статора (котвата) върху MMF на намотката на възбуждането се нарича реакция на котвата. Реакцията на котвата влияе върху работните свойства на синхронна машина, тъй като промяната в магнитното поле в машината е придружена от промяна в ЕМП, индуцирана в намотката на статора, и следователно промяна в редица други количества, свързани с тази ЕМП. Влиянието на реакцията на котвата върху работата на синхронна машина зависи от стойността и характера на натоварването.

Синхронните генератори, като правило, работят със смесен товар (активно-индуктивен или активно-капацитивен). Но за да се изясни въпросът за влиянието на реакцията на котвата върху работата на синхронна машина, препоръчително е да се разгледат случаите на работа на генератора при екстремни натоварвания, а именно: активни, индуктивни и капацитивни. Нека използваме за това векторни диаграми на MDS. При конструирането на тези диаграми трябва да се има предвид, че векторът на EMF, индуциран от потока на магнитно възбуждане в намотката на статора, е 90 ° зад фазата на този вектор на потока (и следователно вектора на MMF). Що се отнася до вектора на тока в намотката на статора I 1, той може да заема различни позиции спрямо вектора, определени от ъгъла, в зависимост от вида на натоварването.

(= 0). На фиг. 2.5, и са представени статорът и роторът на двуполюсен генератор. Статорът показва част от фазовата намотка. Роторът е с изпъкнал полюс, върти се обратно на часовниковата стрелка. В разглеждания момент от време роторът заема вертикално положение, което съответства на максималната ЕМП във фазовата намотка. Тъй като токът при активно натоварване е във фаза с ЕМП, посоченото положение на ротора също съответства на максималния ток. След като изобразихме линиите на магнитната индукция на полето на възбуждане (ротора) и линиите на магнитната индукция на полето на намотката на статора, виждаме, че MMF на статора е насочен перпендикулярно на MMF на възбуждане. Това заключение се потвърждава и от векторна диаграма, построена за същия случай. Процедурата за конструиране на тази диаграма е следната: в съответствие с пространственото положение на ротора на генератора, изчертаваме вектора на MMF на възбуждане; под ъгъл от 90 ° към този вектор в посока на изоставане, ние изчертаваме вектора на ЕМП, индуциран от магнитното поле на възбуждане в намотката на статора; когато е свързан чисто резистивен товар, токът в намотката на статора,

Ориз. 2.5. Реакцията на арматурата на синхронен генератор с активен (a), индуктивен (b) и капацитивен (c) товар е във фаза с ЕМП и следователно векторът на MMF, създаден от този ток, се измества в пространството спрямо вектора с 90 °.

Такъв ефект на MMF на статора (котвата) върху MMF на възбуждане ще предизвика изкривявания в резултантното поле на машината: магнитното поле на машината се отслабва под входящия ръб на полюса и се засилва под входящия ръб на полюса (фиг. 2.6). Поради насищането на магнитната верига, полученото магнитно поле на машината е донякъде отслабено. Това се обяснява с факта, че размагнитването на ходовите ръбове на полюсните накрайници и участъците от зъбния слой на статора над тях се извършва безпрепятствено, а намагнитването на ходовите ръбове на полюсните накрайници и участъците на зъбния слой на статора, разположен над тях, е ограничено от магнитното насищане на тези елементи на магнитната верига. В резултат на това полученият магнитен поток на машината е отслабен, т.е. магнитната система е до известна степен демагнетизирана. Това води до намаляване на ЕМП на машината E 1 .

(= 90°). При чисто индуктивен генераторен товар токът на статора изостава от ЕМП с 90 ° във фаза. Следователно тя достига максималната си стойност само след като роторът се завърти напред с 90 ° спрямо позицията му, съответстваща на максималната ЕМП (виж фиг. 2.5, 6). В този случай MMF действа по оста на полюсите на ротора в обратна посока на възбуждащия MMF. Ние също проверяваме това, като конструираме векторна диаграма.

Това действие на MMF на статора F 1 отслабва полето на машината. Следователно реакцията на котвата в синхронен генератор с чисто индуктивен товар има надлъжен демагнетизиращ ефект.

За разлика от реакцията на котвата с активен товар, в разглеждания случай магнитното поле не се изкривява.

(w = - 90° ). Тъй като токът с капацитивен товар е с 90 ° пред ЕМП във фаза, той достига по-голямата си стойност по-рано от ЕМП, т.е. когато роторът заеме позицията, показана на фиг. 2.5, c. Магнитомоторната сила на статора, както и в предишния случай, действа по оста на полюсите, но сега в съответствие с MMF на възбуждане.

В този случай възбуждащото магнитно поле се засилва. По този начин, при чисто капацитивен товар на синхронен генератор, реакцията на котвата има надлъжен магнетизиращ ефект. В този случай магнитното поле не се изкривява.

При смесено натоварване на синхронен генератор статорният ток се измества фазово спрямо ЕМП под ъгъл w 1, чиито стойности са в рамките на 0< ш 1 < ± 90° . Для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря при смешанной нагрузке воспользуемся диаграммами МДС, представленными на рис. 2.7.

Ориз. 2.6. Магнитно поле на синхронен генератор с активен товар

Ориз. 2.7. Отклик на котвата при смесено натоварване

При активно-индуктивен товар (фиг. 2.7, а) векторът изостава от вектора с ъгъл 0< ш 1 < 90° . Разложим вектор F 1 на оставляющие: продольную составляющую МДС статора, F 1 d = F 1 sin ш 1 и поперечную составляющую МДС статора F 1 q = F 1 cos ш 1 . Такое же разложение МДС якоря F 1 на составляющие можно сделать в случае активно-емкостной нагрузки (рис. 2.7, б). Поперечная составляющая МДС статора F 1 q , представляющая собой МДС реакции якоря по поперечной оси, пропорциональна активной составляющей тока нагрузки I q = I 1 cos ш, т. е.

Е 1 р = Е 1 cosw 1 , (2.13)

и надлъжният компонент на MMF на статора (котвата) F 1 d, който е MMF на реакцията на котвата по надлъжната ос, е пропорционален на реактивния компонент на тока на натоварване I d \u003d I 1 sin w 1, т.е.

Е 1 д = Е 1 гряхw 1

В този случай, ако реактивният компонент на тока на натоварване изостава от ЕМП във фаза (активно-индуктивен товар), тогава MMF F 1 d демагнетизира генератора, ако реактивният компонент на тока е пред фазата на ЕМП (активно-капацитивен товар), тогава MMF F 1 d магнетизира генератора.

Посоката на вектора F 1 d спрямо вектора се определя от естеството на реакцията на арматурата, която при ток на натоварване, изоставащ във фаза с ЕМП, е демагнетизираща, а с ток, водещ във фаза с ЕМП, тя е отклонена.

Определете надлъжните и напречните компоненти на MMF на статора (котвата) на трифазен синхронен генератор с номинална мощност 150 kVA при напрежение 6,3 kV, ако неговата четириполюсна статорна намотка с коефициент на намотка k ob1 = 0,92 съдържа във всяка фаза w 1 = 312 навивки, свързани последователно. Номинално натоварване на генератора при cos = sh 1 0,8.

Решение. Номинален ток на натоварване

I 1 \u003d S nom / (U 1 nom) \u003d 150 / (6.3) \u003d 13.76 A.

Максималната стойност на MMF на трифазната статорна намотка съгласно (9. IS)

F 1 \u003d 1,35 I 1 w 1 k o6l / p \u003d l.3513.763120.92 / 2 \u003d 2666 A.

Напречният компонент на MMF на статора съгласно (2.13)

F 1 q \u003d F 1 cos w 1 \u003d 2666 * 0,8 \u003d 2133 A.

Надлъжният компонент на MMF на статора съгласно (2.14)

F 1 d \u003d F 1 sin w 1 \u003d 2666 * 0,6 \u003d 1600 A.

Магнитомоторните сили на реакцията на котвата по надлъжната F 1 d и напречната ос F 1 q създават магнитни потоци на реакцията на котвата в магнитната верига на синхронната машина. Основните хармоници на тези потоци: по надлъжната ос

Е 1 д = Е 1 д / Р м д = Е 1 грях w 1 / Р м д ; (2.15)

по напречната ос

Е 1 р = Е 1 р / Р м р = Е 1 cosw 1 / Р м р ; (2.16)

където R m d и R m q са магнитните съпротивления на синхронната машина спрямо потоците на основния хармоник по надлъжната и напречната ос.

В машина с невидими полюси въздушната междина по периметъра на отвора на статора е еднаква и следователно магнитните съпротивления по надлъжната и напречната ос са равни (R m d = R m q = R m).

Магнитните потоци на реакцията на котвата, свързани с намотката на статора, индуцират ЕМП на реакцията на котвата в тази намотка:

по надлъжната ос

по напречната ос

Тук x a е индуктивното съпротивление на реакцията на котвата, което е основното индуктивно съпротивление на намотката на статора (Ohm):

х а = 2,5 10 -6 м 1 f 1 , (2.19)

където D 1 - вътрешен диаметър на ядрото на статора, m; l i -- прогнозна дължина на сърцевината на статора, m; d - въздушна междина, m.

В синхронните машини с изпъкнали полюси магнитните съпротивления на машината към потоците на основния хармоник по надлъжната и напречната ос не са еднакви (R m q > R m d):

Р м д = Р м/ к д (2.20)

Р м р = Р м/ к р (2.21)

където R m е магнитното съпротивление на машината с равномерна въздушна междина по целия периметър на отвора на статора.

Това обстоятелство влияе върху стойностите на магнитните потоци на реакцията на котвата и следователно върху ЕМП на реакцията на котвата. Количествено това влияние се отчита от коефициентите на формата

= - й х а к р = - й х реклама грях w 1 (2.22)

= - й х aq к р = - й х aq cos w 1 . (2.23)

Тук x ad и x aq са индуктивните реактивни съпротивления на реакцията на котвата на машина с изпъкнал полюс: по надлъжната ос

х реклама = х а к д ; (2.24)

по напречната ос

х aq = х а к р. (2.25)

2. 4 Уравнения на напрежението на синхронния генератор

Напрежението на клемите на генератора, работещ с натоварване, се различава от напрежението на този генератор в студен режим. Това се дължи на влиянието на редица причини: реакция на котвата, изтичане на магнитен поток, спад на напрежението в активното съпротивление на намотката на статора.

Както беше установено, по време на работа на натоварена синхронна машина в нея възникват няколко MMF, които, взаимодействайки, създават получения магнитен поток. Въпреки това, когато се вземат предвид факторите, влияещи върху напрежението на синхронния генератор, конвенционално се приема, че всички MMF на генератора действат независимо, т.е. предполага се, че всеки от MMF създава свой собствен магнитен поток.

Но трябва да се отбележи, че такова представяне не съответства на физическата същност на явленията, тъй като в една магнитна система възниква само един магнитен поток - резултантният. Но в този случай предположението за независимост на магнитните потоци дава възможност да се разбере по-добре влиянието на всички фактори върху работата на синхронна машина.

Така че нека разберем какво е влиянието на магнитодвижещите сили върху работата на синхронен генератор с изпъкнал полюс.

1. MMF на възбуждащата намотка F v0 създава магнитен възбуждащ поток F 0 , който, свързвайки се с намотката на статора, индуцира основния ЕМП на генератора E 0 в него.

2. MMF на реакцията на котвата по надлъжната ос F 1 d създава магнитен поток Ф 1 d, който индуцира ЕМП на реакцията на котвата E 1 d в намотката на статора [виж. (2.22)], чиято стойност е пропорционална на индуктивното съпротивление на реакцията на котвата по надлъжната ос x ad [виж. (2.24)]. Това съпротивление характеризира нивото на влияние на реакцията на котвата по надлъжната ос върху работата на синхронния генератор. Така че, при наситена магнитна система на машината, магнитният поток на реакцията на котвата F 1 d е по-малък, отколкото при ненаситена магнитна система. Това се обяснява с факта, че потокът Ф 1 d почти напълно преминава през стоманените секции на магнитната верига, преодолявайки малка въздушна междина (виж фиг. 2.3, а) и следователно с магнитно насищане съпротивлението на този поток се увеличава значително. В този случай индуктивното съпротивление x 1 d намалява.

3. Реакцията на котвата MMF по напречната ос F 1 q създава магнитен поток Ф 1 q, който индуцира EMF E 1 q в намотката на статора [виж. (2.23)], чиято стойност е пропорционална на индуктивното съпротивление на реакцията на котвата по напречната ос x aq [виж. (2.25)]. Съпротивлението x aq не зависи от магнитното насищане на машината, тъй като при ротор с изпъкнал полюс потокът Ф 1 q преминава главно през въздуха на междуполярното пространство (виж фиг. 2.3, b).

4. Разсеяният магнитен поток на намотката на статора Ф y 1 (виж фиг. 1.4) индуцира ЕМП на изтичане в намотката на статора E y 1, чиято стойност е пропорционална на индуктивното съпротивление на фазата на изтичане на намотката на статора x 1:

= - й х 1 . (2.26)

5. Токът в намотката на статора I 1 създава активен спад на напрежението в активното съпротивление на фазата на намотката на статора r 1:

= r 1 (2.27)

Геометричната сума на всички изброени ЕМП, индуцирани в намотката на статора, определя напрежението на изхода на синхронния генератор:

= . (2.28)

Тук е геометричната сума на всички ЕМП, индуцирани в намотката на статора от полученото магнитно поле на машината, образувано от съвместното действие на всички MMF (F v.0, F 1 d, F 1 q) и потока на изтичане на статора F y 1.

Активното съпротивление на фазата на намотката на статора r 1 за синхронни машини със средна и висока мощност е малко и следователно, дори при номинално натоварване, спадът на напрежението I 1 r 1 е толкова малък, че с известно предположение можем да вземем I 1 r 1 \u003d 0. Тогава уравнение (2.28) може да бъде записано като

Изрази (2.28) и (2.29) са уравненията на напрежението на синхронен генератор с изпъкнал полюс.

В синхронните генератори с неявни полюси реакцията на котвата се характеризира с пълния MMF на статора F 1, без да го разделя по осите, тъй като в тези машини магнитните съпротивления по надлъжната и напречната ос са еднакви. Следователно ЕМП на статора в машини с невидими полюси E 1, равен на индуктивния спад на напрежението в намотката на статора, е пропорционален на индуктивното съпротивление на реакцията на котвата x a [виж. (2.19)], т.е.

Реакционният поток на котвата Ф 1 и потокът на изтичане на статора Ф y1 се създават от един ток I 1 [сравнете (2.26) и (2.30)], следователно индуктивните реактивни съпротивления x a и x 1 могат да се считат за общо индуктивно съпротивление

х с = х А + х 1 ,

което е синхронното съпротивление на машина с невидими полюси. Като се има предвид това, EMF E 1 на реакцията на арматурата и EMF на разсейване E y1 също трябва да се разглеждат като сума, представляваща синхронната EMF на машина с невидими полюси. Като се вземе предвид горното, уравнението на напрежението на синхронен генератор с невидими полюси има формата

2. 5 Векторни диаграми на синхронен генератор

Използвайки уравнението на ЕМП (2.28), ние изграждаме векторна диаграма на синхронен генератор с изпъкнали полюси, работещ на активно-индуктивен товар (токът изостава от ЕМП във фаза). Построява се векторна диаграма въз основа на следните данни: ЕМП на генератора в х.х. ; ток на натоварване и неговия ъгъл на изместване w 1 спрямо ЕМП; надлъжно x ad и напречно x aq индуктивно съпротивление на реакцията на котвата; активно съпротивление на фазовата намотка на статора r 1 .

При симетрично натоварване на генератора диаграмата е изградена само за една фаза.

Ориз. 2.8. Векторни диаграми на явно полюсни (a и b) и неявно полюсни (c и d) синхронни генератори: a и c - с активно-индуктивен товар; b и d - с активно-капацитивен товар.

Помислете за процедурата за конструиране на векторна диаграма (Фигура 2.8, а). В произволна посока отлагаме вектора на ЕМП и под ъгъл w 1 към него - текущия вектор. Ние разлагаме последния на компоненти: реактивен \u003d sin w 1 и активен \u003d sin w 1. Освен това от края на вектора отлагаме векторите на ЕМП,

Свързвайки края на вектора с точка O, получаваме вектор на напрежението, чиято стойност е равна на геометричната сума на векторите на EMF [виж. (2.28)].

При конструиране на векторна диаграма на генератор, работещ на активно-капацитивен товар (токът е пред фазата на ЕМП), векторът на тока се изобразява отляво на вектора на ЕМП (фиг. 2.8, b), а посоката на вектора се задава в съответствие с посоката на вектора на ЕМП, тъй като с капацитивния характер на товара реакцията на котвата има отклоняващ характер. Останалата част от реда на графиките остава същата.

Векторната диаграма на синхронен генератор с невидими полюси е изградена въз основа на уравнение (2.32), докато векторът е начертан под ъгъл w 1 спрямо текущия вектор (фиг. 2.8, c)

Трябва да се отбележи, че изградените векторни диаграми не отчитат насищането на магнитната верига, следователно отразяват само качествената страна на явленията. Въпреки това тези диаграми позволяват да се направят следните изводи: основният фактор, влияещ върху промяната на напрежението на натоварения генератор, е надлъжният компонент на магнитния поток на арматурата, който създава ЕМП; когато генераторът работи на активно-индуктивен товар, т.е. с ток, изоставащ във фаза от ЕМП, напрежението на клемите на намотката на статора намалява с увеличаване на натоварването, което се обяснява с демагнетизиращия ефект на реакцията на котвата. Когато генераторът работи на активно-капацитивен товар (с ток, водещ във фаза към ЕМП), напрежението се увеличава с увеличаване на натоварването, което се обяснява с магнетизиращия ефект на реакцията на котвата (фиг. 2.8, d).

2. 6 Характеристики на синхронния генератор

Свойствата на синхронния генератор се определят от характеристиките на празен ход, късо съединение, външно и регулиране.

Характеристика синхронен генератор на празен ход.Представлява графика на напрежението на изхода на генератора в студен режим. U 1 \u003d E 0 от тока на възбуждане I c. 0 за n 1 = const. Схема на включване на синхронен генератор за снемане на характеристики x.x. показано на фиг. 2.9, а. Ако характеристиките x.x. различни синхронни генератори за представяне в относителни единици E * = f (I в *), тогава тези характеристики се различават малко една от друга и ще бъдат много подобни на нормалната характеристика x.x. (Фиг. 2.9, b), който се използва при изчисленията на синхронни машини:

Тук E * \u003d E 0 / U 1 nom - относителна ЕМП на фазата на намотката на статора;

I in * \u003d I in 0 / I in 0nom - относителен ток на възбуждане; I v0nom - ток на възбуждане в режим x.x, съответстващ на EMF x.x. E 0 \u003d U 1ном

Характеристика на късо съединение.Характеристики на трифазно късо съединение получени, както следва: клемите на намотката на статора са съединени накъсо (фиг. 2.10, а) и когато роторът се върти със скорост на въртене n 1, токът на възбуждане постепенно се увеличава до стойност, при която токът на късо съединение надвишава номиналния работен ток на намотката на статора с не повече от 25% (I 1k \u003d l.25 I 1nom). Тъй като в този случай ЕМП на намотката на статора има стойност, която е няколко пъти по-малка, отколкото в режим на работа на генератора, и следователно основният магнитен поток е много малък, магнитната верига на машината се оказва ненаситена. Поради тази причина характеристиката на късо съединение е права линия (фиг. 2.10, b). Активното съпротивление на намотката на статора е малко в сравнение с индуктивното му съпротивление, следователно, като r 1 ? 0, можем да приемем, че по време на опита на късо съединение. натоварването на синхронния генератор (собствените му намотки) е чисто индуктивно. От това следва, че по време на опита на късо съединение. реакцията на котвата на синхронен генератор има надлъжно размагнитващ характер (виж § 2.3).

...

Подобни документи

Принципът на действие и устройството на синхронните машини, основните елементи и тяхното взаимодействие, области и особености на приложение. Устройството и методът за използване на DC машини, техните разновидности, оценка на E.m.f., електромагнитен момент на този тип машини.

урок, добавен на 23.12.2009 г

Системи за възбуждане на синхронни генератори. Промяна в големината на изправеното напрежение. Системи за автоматично управление на възбуждането на синхронни генератори. Промяна на тока на възбуждане на синхронен генератор. активно съпротивление на намотката.

тест, добавен на 19.08.2014 г

Проектиране на синхронни генератори Marathon Electric, състоящи се от главен статор и ротор, възбудителен статор и ротор, въртящ се токоизправител и регулатор на напрежението. Характеристики и механични изчисления на синхронни двигатели от серията Magnaplus.

курсова работа, добавена на 19.09.2012 г

Устройство, принцип на действие на силови маслени трансформатори, синхронни турбогенератори, синхронни двигатели с изпъкнали полюси и асинхронни двигатели. Изчисляване на стационарна работа в товарния възел и при ниско напрежение, оценка на работата на оборудването.

курсова работа, добавена на 17.11.2009 г

Общи понятияи определение на електрически машини. Основните видове и класификация на електрическите машини. основни характеристикисинхронен електродвигател и неговото предназначение. Характеристики на изпитване на синхронни двигатели. Ремонт на синхронни двигатели.

дипломна работа, добавена на 03.12.2008 г

Електромагнитни и електрическа схемасинхронни машини. Дизайн на ротор с изявен полюс. Характеристика на синхронен генератор, синхронно индуктивно съпротивление. Ъглови характеристики и регулиране на реактивна мощност, реактивен момент.

презентация, добавена на 11/09/2013

Проучване на предназначението на променливотоковите машини, мястото им в електрозахранващата система. Анализ на принципа на действие на трансформатора. Характеристики на работата му в режим на празен ход и късо съединение. Оценка на качеството на магнитната система на трансформатора.

презентация, добавена на 21.10.2013 г

Ролята и значението на постояннотоковите машини. Принципът на работа на постояннотокови машини. Проектиране на постояннотокови машини. Характеристики на генератора със смесено възбуждане.

резюме, добавено 03.03.2002

Принципът на работа и устройството на генератора за постоянен ток. Видове намотки на котвата. Методи за възбуждане на постояннотокови генератори. Реверсивност на постояннотокови машини. Двигател с паралелно, независимо, последователно и смесено възбуждане.

резюме, добавено на 17.12.2009 г

Избор на синхронни генератори, техните технически параметри. Изборът на две блокови схеми на електроцентралата, трансформаторите и комуникационните автотрансформатори. Предпроектно проучване на всички варианти. Избор и обосновка на опростени схеми на всички напрежения.

Характеристиките на системата за възбуждане се определят от комбинацията от свойствата на захранването на възбудителната намотка и устройствата за автоматично управление. Системите за възбуждане трябва да осигуряват:

1) надеждно захранване на намотката на ротора на синхронна машина във всички режими, включително в случай на аварии;

2) стабилно регулиране на тока на възбуждане, когато товарът се променя в рамките на номинала;

3) достатъчна производителност;

4) принудително възбуждане.

Системите за възбуждане се класифицират в зависимост от източника на енергия - намотката за възбуждане на зависими (самовъзбуждащи се) и независими. З зависим - захранвани от основната или допълнителната намотка на котвата на възбудения генератор. Независим захранвани от други източници (от спомагателни автобуси на централата, от възбудител или спомагателен генератор).

Сред независимите системи за възбуждане има:

а) системи за директно възбуждане,при който роторът на възбудителя или спомагателния генератор е на същия вал като ротора
синхронна машина или свързана с нея чрез редуктор на скоростта;

б) индиректни системи за възбуждане,при които роторът на възбудителя или спомагателния генератор се задвижва от синхронен или асинхронен двигателспециално проектирани за тази цел.

До 1960 г. директен системи за електрическо възбуждане,в който възбуждащата намотка на синхронната машина се захранва от колекторен DC генератор - възбудителя (фиг. 24.26, а).

В съответствие с GOST 533-76, GOST 5616-81 и GOST 609-75 турбо и хидрогенераторите и синхронните компенсатори могат да имат само най-надеждната система за директно възбуждане или система за самовъзбуждане. Но системите за възбуждане на електрически машини, според условията на превключване, не могат да се използват в турбогенератори с мощност от 200 MW и по-висока, при които мощността на възбуждане надвишава 800-1000 kW.

В. сега става все по-често срещано вентилни системи за възбуждане. Използват се за синхронни двигатели и генератори с малка мощност, както и за големи турбогенератори, хидрогенератори и синхронни компенсатори, включително за инсталации за ограничаване на мощността.

Има три основни типа системи за възбуждане на клапани.

1. Независима система за възбуждане на клапана(Фиг. 24.26, б)при който възбудителната намотка се захранва от спомагателен синхронен генератор, чийто ротор е монтиран на вала на главния генератор. В токоизправителните вериги в този случай се използват полупроводникови вентили (силициеви диоди или тиристори), сглобени по трифазна мостова схема. При регулиране на възбуждането на генератора се използват както контролните възможности на токоизправителите, така и възможността за промяна на напрежението на спомагателния генератор.

2. Безчеткова система за възбуждане,която се различава от независима клапанна система (фиг. 24.26, b) поради факта, че има обърнат спомагателен синхронен генератор, в който намотката за променлив ток 3 поставен върху ротора. Токоизправител 5, захранван от тази намотка, е разположен на главния вал на генератора. Предимството на тази система е липсата на плъзгащи се контакти, които в мощните турбогенератори трябва да бъдат проектирани за хиляди ампера.

3 . Система за самовъзбуждане(Фиг. 24.26, V),при които възбуждащата намотка се захранва от основната или допълнителната намотка на котвата. Изправянето на променлив ток се извършва с помощта на тиристори. Извличането на енергия се извършва с помощта на трансформатори 9 И 7, свързани съответно паралелно и последователно с намотката на статора. Трансформатор 7 позволява принудително възбуждане при затваряне къси съединениякогато напрежението върху намотката на котвата е значително намалено. Системата за самовъзбуждане има по-висока надеждност и по-ниска цена в сравнение с други системи поради липсата на възбудител или спомагателен генератор в нея.

Важни параметри на системите за възбуждане са номиналната скорост на нарастване на възбуждащото напрежение, номиналното възбуждащо напрежение, коефициентът на възбуждане.

Номинално напрежение на възбуждане- напрежение на клемите на възбудителната намотка, когато тя се захранва номинален токсъпротивление на възбуждане и намотка, намалено до проектната работна температура.

Коефициент на принудително възбуждане- отношението на най-високата постоянна стойност на напрежението на възбуждане към номиналното напрежение на възбуждане.

Във веригата на възбуждане е предвидено специално устройство, с помощта на което е възможно бързо да се намали токът на възбуждане до нула при авария ( гасят магнитното поле). Например, в случай на вътрешно късо съединение в намотката на статора, полето се гаси с помощта на машина за гасене на полето, която затваря намотката на възбуждане към специален резистор за гасене.

За да поддържат синхронната машина в синхрон с намаляване на мрежовото напрежение по време на отдалечени къси съединения, те прибягват до принудително възбуждащ ток. Форсирането се извършва автоматично от релейната защита на машината. Ефективността на форсирането се характеризира с кратността на форсирането на възбуждането.

Ориз. 1.1.

В този случай като възбудител се използва и алтернатор (фиг. 1.1, 5), в който намотката 2, в която се индуцира ЕМП (намотка на котвата), е разположена на ротора, а намотката на възбуждане 1 е разположена на статора. В резултат на това намотката на котвата на възбудителя и намотката на възбуждане на синхронната машина се оказват въртящи се, а електрическото им свързване се осъществява директно, без контактни пръстени и четки. Но тъй като възбудителят е генератор на променлив ток и намотката на възбуждане трябва да се захранва с постоянен ток, тогава на изхода на намотката на котвата на възбудителя се включва полупроводников преобразувател 3, монтиран на вала на синхронната машина и въртящ се заедно с намотката на възбуждане на синхронната машина и намотката на котвата на възбудителя. Захранването с постоянен ток на възбудителната намотка 1 на възбудителя се осъществява от подвъзбудителя (PV) - DC генератор.

Ориз. 1.2.

На фиг. 1.2, b показва блокова схема на автоматична система за самовъзбуждане на синхронен генератор (SG) с токоизправителен трансформатор (VT) и тиристорен преобразувател (TC), през който променливотоковото захранване от веригата на статора на SG, след като се преобразува в постоянен ток, се подава в намотката на възбуждане. Тиристорният преобразувател се управлява с помощта на автоматичен регулатор на възбуждане ARV, към входа на който се получават сигнали за напрежение на изхода на SG (през трансформатора на напрежение VT) и тока на натоварване на SG (от токовия трансформатор TT). Веригата съдържа защитен блок BZ, който осигурява защита на възбуждащата намотка и тиристорния преобразувател на ТР от пренапрежение и претоварване по ток.

В съвременните синхронни двигатели за възбуждане се използват тиристорни възбудители, които са свързани към мрежа с променлив ток и автоматично управляват възбудителния ток в различни режими на работа на двигателя, включително преходни. Този метод на възбуждане е най-надеждният и икономичен, тъй като ефективността на тиристорните възбудители е по-висока от тази на DC генераторите. Промишлеността произвежда тиристорни възбудители за различни напрежения на възбуждане с допустима стойност на постоянен ток 320 A.