Sinchroninio generatoriaus darbo ypatumai

Home / Elektromechanika / Sinchroninio generatoriaus darbo ypatumai

Turinys

Tikslas…………………………2

Veikimo principas ir sandara………………………2

Sinchroninio generatoriaus darbo ypatumai………………7

Išvada…………………………9

Literatūra…………………………10Veikimo principas ir sandara

Sinchroninės mašinos induktorius paprastai yra nuolati¬nis elektromagnetas. Dažniausiai induktorius yra rotoriuje, o statoriuje yra trifazė inkaro apvija, kurios ritės išdėstomos kaip ir asinchroninėje mašinoje.

1. Generatoriaus režimas. Sukam sinchroninės ma¬šinos (1 pav.) induktoriii pastoviu kampiniu greičiu ω=2πn, kiekvienoje inkaro apvijos ritėje indukuojama kinta¬moji EVJ. Ji yra sinusinė, nes induktoriaus magnetinis lau¬kas sudaromas toks, kad magnetinė indukcija oro tarpe pa¬siskirstytų sinuso dėsniu. Kadangi visos ritės yra vienodos ir išdėstytos 120° kampais, inkaro apvijoje ggaunama simetrinė trifazė EVJ sistema: visos trys EVJ yra vienodų amplitudžiu, bet skiriasi 120° faze. EVJ kryptys laidininkuose pažymė¬tos, taikant dešiniosios rankos taisyklę.

Vienoje inkaro apvijos fazėje indukuotos EVJ efektinė vertė E=CE n Ф; čia CE — tai pačiai mašinai pastovus koe¬ficientas, n — induktoriaus sūkių dažnis, Ф — magneti¬nis srautas, kertantis apvijos laidininkus. EVJ dažnį galime apskaičiuoti iš lygties:

f=pn (1)

čia p — induktoriaus polių porų skaičius.

Jei generatoriaus induktorius turi vieną polių porą (p = 1), tai pramoniniam 50 Hz EVJ dažniui ggauti indukto¬riaus sūkių dažnis turi būti H = 50 r/s, t. y. 3000 r/min.

Generatoriaus inkaro apvija sujungiama Y arba Δ ir prie jos prijungiami trifaziai imtuvai. Apkrauto generato¬riaus inkaro apvija teka srovės, kurios sudaro sukamąjį mag¬netinį lauką (žr, 11.1.1). Šio llauko sūkių dažnis n0=f / p. Įrašę apvija tekančios srovės dažnį f iš (1) lygybės, tu¬rime:

n = f / p = n (2)

Induktoriaus ir inkaro magnetiniai laukai sukasi tuo pa¬čiu greičiu – sinchroniškai — ir sudaro bendrą generatoriaus sukamąjį magnetinį lauką.

1 pav. Sinchroninės mašinos, dirbančios generatoriaus režimu, sandara (a) ir trifazio

imtuvo jun¬gimo prie Y sujungtos inkaro ap¬vijos schema (b)

2 pav. Sinchroninės mašinos, dirbančios variklio režimu, sanda¬ra (a) ir y sujungtos inkaro

apvijos prijungimo prie trifazio tinklo sche¬ma (b)

2. Variklio režimas. Šiuo atveju sinchroninės mašinos (2 pav.) inkaras yra Y ar Δ prijungiamas prie tri¬fazio tinklo. Kaip ir asinchroninio variklio

statoriuje sudaromas sukamasis magnetinis laukas, kuris sukasi kampiniu greičiu ω0 = 2πn0; čia n0 — lauko sūkių dažnis. Tokį inkaro mmagnetinį lauką galime įsivaizduoti kaip besisukančius polius. Tarp inkaro ir induktoriaus prie¬šingųjų magnetinių polių susidaro elektromagnetinės traukos jėgos. Kai jos yra pakankamos, induktorius sukasi kartu su inkaro magnetiniu lauku. Bendrą variklio magnetinį lauką su¬daro inkaro ir induktoriaus laukai.

Variklio rotoriaus (induktoriaus) sūkių dažnis yra lygus magnetinio lauko (sinchroniniam) sūkių dažniui:

n = n0=f / p. (2)

Esant pramoniniam tinklo įtampos dažniui (H=50 Hz), didžiausiu greičiu suksis variklis, kurio inkaro apviją suda¬ro trys ritės. Tokio variklio magnetinis laukas turi vieną po¬lių porą (p = 1) iir jo sūkių dažnis n0 = 50r/s, t. y. 3000 r /min.

3. Sinchroninės mašinos sandara. Dažniausiai naudojamos trifazės sinchroninės mašinos, kurių inkaro apvija yra statoriuje, o rotoriuje yra induktorius. Tai elektromag¬netas, kurio žadinimo apvija per žiedus ir šepečius prijungia¬ma prie nuolatinės įtampos šaltinio (3 pav.). Sinchroninės

mašinos, kurių induktorius yra statoriuje, o inkaro apvija — rotoriuje, sutinkamos daug rečiau.

Statoriaus magnetolaidis surenkamas iš izoliuotų feromagnetinės medžiagos lakštų, o jo išilginiuose grioveliuose sude¬dama trifazė inkaro apvija. Toks statorius savo sandara iš principo niekuo nesiskiria nuo asinchroninės mašinos statoriaus. Galingų aukštos įtampos sinchroninių mašinų statorius turi tam tikrų konstrukcinių ypatumų, nes reikia sudaryti geresnes sąlygas inkaio apvijai aušinti ir pagerinti laidų izoliaciją. Inkaro apvijos ričių skaičius renkamas ir jos

3 pav. Sinchroninės mašinos inkaras — statorius (be apvijos) (a), ryškiapolis (b) ir neryškiapolis (c) induktorius — rotorius

.

išdėstomos statoriuje taip, kad inkaro magne¬tinio lauko polių porų skaičius būtų toks pat kaip ir induktoriaus.

Induktorius gali būti ryškiapolis arba neryškiapolis. Ryškiapolio induktoriaus-rotoriaus poliai yra pritvirti¬nami prie veleno taip, kad susidarytų feromagnetinės medžia¬gos magnetinė grandinė. Jo žadinimo apvija yra sujungia¬ma tokių būdu, kad induktoriaus N ir S poliai išsidėstytų pakaitomis.

Neryškiapolis induktorius-rotorius yra masyvus plieno cilindras, kurio išilginiuose grioveliuose yra žadinimo ap¬vija. Jos laidininkai sudedami į griovelius taip, kad, tekant aapvija žadinimo srovei, susidaro magnetinių linijų sutankėjimai. Taip sudaromi magnetiniai poliai N ir S, kurie iš¬sidėsto pakaitomis.

Sinchroninės mašinos gali būti vadinamos ryškiapolėmis arba neryškiapolėmis pagal rotoriaus tipą. Plačiau¬siai naudojamos ryškiapolės mašinos yra hidrogeneratoriai. Vandens turbinos juos suka palyginti nedideliu greičiu (n0 = 60 —500 r/min). Kad indukuotos EVJ dažnis būtų lygus 50 Hz, hidrogeneratorių magnetinių polių porų skaičius turi būti gana didelis: p = 50 — 6. Galingų (apie 600 MVA) generatorių masė esti artima 1700 t. Jų velenas paprastai tiesiogiai sujungiamas su vandens turbina.

Turbogeneratoriai yra neryškiapolės sinchroninės mašinos. Juos garo turbinos suka dideliu greičiu: n0=1500 —3000 r/min, todėl turbogeneratorių magnetinis laukas turi dvi arba vieną polių porą. Galingų (1500 MVA) turboge¬neratorių rotorius esti 1,3 m skersmens ir 8 m ilgio. Pažy¬mėtina, kad greitaeigių turbogeneratorių santykinė masė yra mažesnė negu lėtaeigių hidrogeneratorių. Pavyzdžiui, šiuolaikinių vidutinės galios (100 — 300 MVA) turboge¬neratorių santykinė masė yra 1,1 — 1,8 kg/kVA, o panašios galios hidrogeneratorių – 4-10 kg/k V A.

Prie sinchroninės mašinos rotoriaus veleno pritvirti¬nami du izoliuoti nuo jo bronziniai kontaktiniai žiedai, sujungti su rotoriaus apvija. Prie jų prispaudžiami ang¬liniai—grafitiniai šepečiai, kurių išvadai yra mašinos gnyb¬tų skydelyje.

Sinchroninių mašinų apvijų išvadai žymimi lotyniškomis raidėmis ir skaitmenimis šitaip. Inkaro (statoriaus) apvija žymima kaip iir asin¬chroninių mašinų: ričių pradžios – U1, Vl, W1; ričių pabaigos — U2, V2, W2. Žadinimo apvija žymima F1-F2. (Senesnių mašinų, pagamintų Tarybų Sąjungoje, apvijos žymimos rusiškomis raidėmis ir skaitmenimis atitinkamai: statoriaus apvija — Cl, C2, C3 ir C4, C5, C6; žadinimo apvija – И l – И 2.)

Galingoms sinchroninėms mašinoms sužadinti yra naudojami nuo¬latinės srovės generatoriai, vadinami žadintuvais. Jų velenas sujungia¬mas su sinchroninės mašinos velenu, ir abi mašinos sukasi kartu. Su¬žadinimui reikalinga galia sudaro 2—3% sinchroninės mašinos galios, todėl galingų sinchroninių mašinų žadintuvai esti taip pat nemažos galios. Vidutinės ir mažos galios sinchroninėms mašinoms sužadinti naudojami trifaziai lygintuvai. Pastaruoju metu taikomos žadinimo sistemos be slankaus kontakto. Jose naudojami du specialūs nedidelės galios sinchroniniai generatoriai ir du trifaziai lygintuvai.

4 pav. Ryškiapolės (a) bei ne¬ryškiapolės (b) mašinos magnetinė grandinė ir sinusinės magnetinės indukcijos pasiskirstymas oro tar¬pe (c)

4. Inkaro reakcija. Kai sinchroninė mašina dirba apkrauta, jos inkaro apvija teka srovė, kuri sukuria inkaro magnetinį lauką. Šis laukas vadinamas inkaro reakcijos magnetiniu lauku, o reiškiniai, vykstantys mašinoje jo įtakoje – inkaro reakcija. Inkaro reakcija daro didelę įta¬ką sinchroninių mašinų savybėmis ir charakteristikoms.

Suminį apkrautos sinchroninės mašinos magnetinį lau¬ką sudaro induktoriaus ir inkaro reakcijos magnetiniai lau¬kai. Induktoriaus magnetinis laukas

sudaromas toks, kad jo magnetinė indukcija oro tarpe pasiskirstytų sinuso dės¬niu. Sujunkime diametraliai priešingus induktoriaus pa¬viršiaus taškus, ties kuriais oro tarpo magnetinė indukci¬ja yra ekstremali (4 pav.). Ašys, jungiančios taškus, ku¬riuose magnetinė indukcija yra didžiausia ( + Bm; —Bm), vadinamos išilginėmis ašimis .ir žymimos d—d. Ašys, jun¬giančios taškus, kuriuose indukcija yra mažiausia (5 = 0), vadinamos skersinėmis ir žymimos q — q.

Matome, kad ryškiapolės mašinos oro tarpas išilginės ašies kryptimi yra mažesnis nei skersinės, todėl ir magneti¬nė varža išilginės ašies kkryptimi yra mažesnė. Neryškia-polės mašinos oro tarpas abiejų ašių kryptimi yra vienodas, todėl galime laikyti, kad ir magnetinė varža abiejų ašių kryptimi yra tokia pat.

I

Inkaro reakcijai paaiškinti pasirinksime vienos polių poros neryškiapolę sinchroninę, mašiną (5 pav.), dirbančią generatoriaus režimu. Paprastumo dėlei lai¬kysime, kad jos magnetolaidis neįsotintas.

Induktorius sukamas pastoviu greičiu, ir inkaro apvi¬jos ritėse A — X, B—Y, C—Z yra indukuojamos EVJ. Kai prie generatoriaus prijungtas simetiinis imtuvas, in¬karo apvija teka vienodų amplitudžių, bet besiskiriančios 120° faze srovės iA, iB iir zc.

Pavaizduosime mašinos induktoriaus padėtį ir inkaro reakcijos magnetinio lauko linijas laiko momentu tt, t.y. kai srovė iA=Im (žr. 5 pav., a). Gali būti trys būdingi inkaro reakcijos atvejai.

1. Inkaro apvijos srovė ir EVJ fazė Jei taip, tai laiko momentu tt± (kai ritėje A — X iA=Im) EVJ yra taip pat didžiausia: eA = Em. Tai reiškia, kad tuo momentu ritės A — X laidininkai yra didžiausios magnetinės indukcijos srityje. Taip esti, kai. magnetiniai poliai yra ties jais (žr. 12.5 pav., b). Inkaro EVJ (ir srovių) kryptys nusta¬tytos pagal dešiniosios rankos taisyklę. Nubraižę inkaro apvijos laidininkus gaubiančias magnetinio lauko linijas, matome, kad inkaro reakcijos srautas yra skersinėje maši¬nos ašyje q — q.

5 pav. Inkaro apvijos fazių sro¬vės (a), skersinė (b), išilginė išmag-netinanti (c) ir išilginė įmagneti¬nanti (d) inkaro reakcija

Tokia inkaro reakcija yra vadinama skersine. Sukant induktorių, inkaro reakcijos laukas sukasi sinchroniškai, todėl inkaro reakcijos srauto padėtis induktoriaus atžvilgiu išlieka tokia pat. Jos magnetinis laukas indukuoja nemažas papildomas EVJ inkaro apvijoje.

2. Inkaro aapvijos srovė atsilieka nuo EVJ faze: ψ = 90°.

Šiuo atveju srovė iA pasiekia amplitudinę vertę ketvirtadaliu periodo vėliau nei eA. Per tą laiką induktorius pasisuka 90° kampu jo sukimo kryptimi (žr. 5 pav., c). Matome, kad inkaro reakcijos magnetinis srautas yra išilginėje mašinos ašyje d-d a priešingas induktoriaus srautui.

Tai išilginė išmagnetinanti inkaro reakcija. Ji silpnina žadinimo magnetinį lauką.

3. Inkaro apvijos srovė pralenkia EVJ faze: ψ = – 90°

Srovė iA pasiekia amplitudinę vertę ketvirtadaliu periodo anksčiau nei eA, todėl laiko momentu t1 iinduktoriaus pa¬dėtis yra tokia, kaip parodyta 5 pav., d. Šiuo atveju inkaro reakcijos ir mašinos žadinimo srautai yra tos pačios krypties.

Tai išilginė įmagnetinanti inkaro reakcija. Ji stiprina ža¬dinimo magnetinį lauką.

Matome, kad inkaro apvijos srovė, kurios fazė yra tokia pat kaip EVJ, sudaro skersinę inkaro reakciją. Srovė, kuri skiriasi 90° faze nuo EVJ, sudaro išilginę inkaro reakciją. Bendruoju atveju, kai srovės ir EVJ fazių skirtumas yra nelygus nuliui ar 90°, srovę galima išskaidyti į dvi dedamąsias Iaq ir Iad sudarančias skersinės ir išilginės inkaro reak¬cijos magnetinius’srautus Фaq, ir Фad (6 pav.). Kai mašinos magnetolaidis yra neįsotintas ir magnetinės grandinės varža išilginės ir skersi¬nės ašies kryptimi yra tokia pat, mašinos inkaro reakcijos srautas Фa sutampa faze su inkaro apvijos srove Ф.

Prisiminę MVJ pusiausvyros sąlygą neįsotin¬tos sinchroninės mašinos (jos MVJ galime laikyti proporcinga magne¬tiniam srautui) magnetinio srauto vektorių galėsime sudaryti šitaip: Ф = Фf/Фa Iš vektorinės diagramos taip pat galime įvertinti skersinės ir išilginės inkaro reakcijos srauto įtaką visos mašinos magnetiniam srautui Ф.

5. Magnetinių laukų sąveika. Kaip žinome, sinchro¬ninės mašinos magnetinį lauką sudaro du sukamieji magne¬tiniai laukai — induktoriaus ir inkaro. Tarkime, kad in¬duktorius yra rotoriuje, o inkaras — statoriuje. Jų priešin¬guosius magnetin.ius polius veikia traukos jėgos, todėl jie gali „sukibti“ ir suktis kkartu sinchroniškai, t.y. tuo pačiu greičiu. Magnetinių laukų sąveiką galime įsivaizduoti M. Faradėjaus pasiūlymu pakeitę magnetines linijas oro tar¬pe tampriais siūlais — raiščiais (7 pav.).

6 pav. Inkaro apvijos srovės, EVJ ir inkaro reakcijos magneti¬nių srautų vektorinė diagrama

7 pav. Magnetinių laukų padėtis ir elektromagnetinės jėgos, kai ma¬šina dirba neapkrauta (a), apkrauto generatoriaus (b, c, d) ir apkrauto variklio (e) režimu

Kai mašina neapkrauta, priešingieji abiejų magnetinių laukų poliai yra mažiausiai nutolę. Statoriaus ir rotoriaus magnetinių laukų išilginės ašys sutampa ir kampas tarp jų Θ=0. Tamprūs siūlai laiko magnetinius laukus taip, kad elektromagnetinės traukos jėgos yra nukreiptos išilginės magnetinių laukų ašies kryptimi. Jos nesudaro jokio elek¬tromagnetinio momento, veikiančio rotorių : Mem = 0.

Tarkime, kad mašina dirba aktyviąja arba mišriąja ap¬krova apkrau generatoriaus režimu. Šiuo atveju stato-riaus magnetinio lauko ašis pasisuka prieš rotoriaus sukimo kryptį. Tarp vienodu greičiu besisukančių magnetinių laukų atsiranda kampas Θ (generatoriui jj laikysime neigiamu). Tamprūs siūlai „įsitempia“, bet elektromagnetinės trau¬kos jėgos ir toliau laiko priešinguosius Statoriaus ir rotoriaus lauko polius. Jėgą galime išskaidyti į dvi dedamąsias : ra¬dialinę Fr ir tangentinę Fτ. Tangentinė dedamoji Fτ stabdo rotorių. Ji sudaro elektromagnetinį pasipriešinimo mo¬mentą Mem generatoriaus rotorių sukančiam varikliui. Kuo didesnė generatoriaus apkrovos aktyvioji galia P, tuo didesnis kampas Θ ir tuo ddidesnį pasipriešinimo momentą Mem turi įveikti generatoriaus rotorių sukantis variklis, todėl jo galia (P=ωM) turi būti taip pat didesnė.

Kai sinchroninė mašina dirba apkrauto variklio režimu, taip pat gaunamas kampas Θ (varikliui jį laikysime teigia¬mu) tarp magnetinių laukų išilginių ašių. Šiuo atveju roto¬riaus magnetinio lauko ašis pasisuka prieš variklio sukimosi kryptį. Tangentinės elektromagnetinių jėgų dedamosios Fτ sudaro elektromagnetinį sukimo momentą Mem. Kuo didesnis yra darbo mašinos, kurią varo variklis, pasiprieši¬nimo momentas, tuo didesnis kampas Θ. Variklio sukimo momentas yra didesnis ir aktyvioji galia, kurią jis gauna iš tinklo, taip pat turi būti didesnė (P=ωM).

Kai mašina turi daugiau nei vieną polių porą (p>1), geometrinis kampas tarp magnetinių laukų išilginių ašių yra lygus Θ/p.

Pažymėtina, kad didinant generatoriaus aktyviąją ar variklio mechaninę apkrovą, didėja nuotolis tarp magneti¬nių laukų priešingųjų polių. Dėl to mažėja juos veikiančių elektromagnetinių jėgų radialinės dedamosios Fr, kurios laiko laukus „sukibusius“. Sinchroninę mašiną neleisti¬nai perkrovus, kampas Θ tampa didesnis už krizinę vertę. Tuomet jėgų radialinės dedamosios Fr esti nepakankamos, kad išlaikytų polius sukibusius. Magnetiniai laukai pradeda suktis asinchroniškai, mašina desinchronizuojasi, ir ją sku¬biai reikia atjungti nuo tinklo.Sinchroninio generatoriaus darbo ypatumai

1. Svarbiausios charakteristikos. Kaip ir kitų ge¬neratorių, sinchroninio generatoriaus svarbiausios charak¬teristikos yra trys 1) tušciosios eigos —

EVJ priklauso¬mybė nuo žadinimo srovės, kai mašina neapkrauta: Ef=f1(If) 2) išorinė – įtampos priklausomybė nuo apkrovos srovės, kai žadinimo srovė yra pastovi ir apkrovos galios koeficientas nekinta: U =f2(I), kai If=const ir apkrovos cos φ =const; 3) reguliavimo — žadini¬mo srovės priklausomybė nuo apkrovos srovės, kai įtampa palaikoma pastovi ir apkrovos galios koeficientas nekinta:

If = const ir apkrovos cos φ =const. Visos charakteristikos sudaromos laikant, kad generatoriaus rotorius yra sukamas greičiu ω = const.

Tušciosios eigos charakteristika yra panaši į ggenerato¬riaus magnelolaidžio įmagnetinimo charakteristiką Фf = f1(If), nes Ef ~ Фf(Ef=CE Фf n). Kaip ir daugumai kitų elektros mašinų, var¬dinė EfN parenkama tokia, kad jos vertė nelabai priklausytų nuo ža¬dinimo srovės atsitiktinių pokyčių, bet dar būtų galima ją reguliuoti, keičiant žadinimo srovę.

Išorinės charakteristikos pobūdis priklauso nuo apkrovos didumo ir pobūdžio. Nubraižysime tris vektorines diagramas (8 pav.). Pasirinksime, kad įtampos U_ vektoriaus pradinė fazė yra lygi nuliui, ir sudarysime jos vektorių iš (10) lygties: U = Ef – jXI_. Žinome, kad EEf pralenkia kampu Θ įtampą ir turi būti pastovaus didumo, nes If = const ir n = const. Įtampos kritimas inkaro apvijoje dėl sinchroni¬nės induktyviosios varžos pralenkia faze π/2 srovę.

8 pav. Generatoriaus inkaro apvijos vektorinės diagramos, kai apkrovos pobūdis yra aaktyvus-induktyvus (φ>0) (a), aktyvus (φ=0) (b) ir aktyvus-talpinis (φ<0) (c)

Matome, kad U0, bet gali būti U>Ef, kai φ<0. Di¬dėjant apkrovai, didėja inkaro apvijos srovė ir įtampos kritimas inkaro apvijoje dėl jos sinchroninės induktyviosios varžos. Dėl to, esant ak¬tyvaus ar aktyvaus-induktyvaus pobūdžio apkrovai (φ>0) genera¬toriaus įtampa mažėja. Esant aktyvaus-talpinio pobūdžio apkrovai (φ<0), generatoriaus įtampa didėja (9pav.). Paprastai sinchroni¬niai generatoriai apskaičiuojami apkrovai, kurios cos φ = 0,8 ir φ>0. Tuomet santykinis vardinis įtampos pokytis ΔUN = (ΔUN / UN) • 100 sudaro 25-35%.

Kai įtampa mažėja, reikia žadinimo srovę didinti, t. y. didinti Ef = CEnФf ir atvirkščiai.

2. Atskiro generatoriaus darbas. Pavieniai sinchro¬niniai generatoriai paprastai naudojami dviem atvejais:1) kai imtuvai yra toli nuo energetinės sistemos, pavyzdžiui, tolimose ar laikinose gyvenvietėse, statybų ar miško pra¬monės aaikštelėse ir pan.; 2) įvairiose transporto priemonėse.

Kai generatorių suka specialiai jam skirtas variklis, sūkių dažnis paprastai palaikomas 3 — 5 % tikslumu, todėl imtuvai gauna praktiškai pastovaus dažnio įtampą. Pažy¬mėtina, kad šis dažnis gali būti ne pramoninis ir dažniau¬siai esti didesnis. Pavyzdžiui, elektriniai miško pramonės įrankiai yra 200 Hz, lėktuvų įtaisai – 400 Hz, laivų -427 Hz dažnio.

Kai generatorių suka variklis, kurio sūkių dažnis kinta plačiame diapazone (pavyzdžiui, automobilio), generato¬riaus įtampa ir jos dažnis taip pat labai kinta. Paprastai prie ttokio sinchroninio generatoriaus yra prijungiamas trifazis lygintuvas ir iš jo maitinami nuolatinės srovės im¬tuvai bei įkraunami akumuliatoriai.

Kadangi generatorių inkaro apvijos sinchroninė induktyvioji varža yra nemaža, jų įtampa gerokai priklauso nuo apkrovos. Kai reikia, kad imtuvai gautų pastovią įtampą, naudojami įtampos reguliatoriai. Jie keičia generatoriaus žadinimo srovę, nuo kurios didumo priklauso generato¬riaus EVJ (Ef=CEnФf).

3. Lygiagretus darbas; sinchronizavimas. Dažniau¬siai sinchroniniai generatoriai yra naudojami elektrinėse ir dirba prijungti prie energetinės sistemos. Jos tinklo įtampa

ir dažnis f – 50 Hz palaikomi pastovūs.

Energetinę sistemą, kurioje sujungta daug elektros stočių, galime pakeisti atstojamuoju galingu sinchroniniu generatoriumi kurio vidinė varža palyginti su kiekvieno atsk.iro generatoriaus sinchronine induktyviąja varža yra tokia maža, kad jos galime nepaisyti.

9 pav. Generatoriaus išorinės (a) ir reguliavimo (b) charakteris¬tikos, kai apkrovos pobūdis akty-vus-induktyvus (9 > 0), aktyvus (9=0) ir aktyvus-talpinis (9<0)

Jungiant sinchroninį generatorių prie energetinės sis¬temos, reikia sudaryti tokias sąlygas, kad nebūtų net ir trumpai trunkančių elektromagnetinio momento ar srovės smūgių. Pastarieji gali būti pavojingi ir pačiam generatoriui, ir kitiems energetinės sistemos generatoriams ar tink¬lams.

Dėl to pradžioje sureguliuojamas neapkrauto genera¬toriaus darbo režimas, ir tik po to tinkamu laiko momentu generatorius yra prijungiamas prie energetinės sistemos. Visos šios operacijos yra vadinamos generatoriaus sinchro¬nizavimu.

Generatoriaus tinkamumo sinchronizavimo sąlygos yra tokios:

1) generatoriaus įtampa U turi būti lygi sistemos ttinklo įtampai Us; 2) generatoriaus ir tinklo įtampų fazių seka turi būti tokia pat; 3) generatoriaus ir tinklo įtam¬pų dažnis turi būti toks pat; 4) laiko momentu, kai ge¬neratorius prijungiamas prie sistemos, jo ir sistemos tinklo įtampos turi būti tos pačios fazės.

Kadangi generatorius sinchronizuojamas neapkrautas, tai jo U=Ef=CEnФf. Pirmoji sąlyga įvykdoma reguliuojant generatoriaus žadinimo srovę ir voltmetru kontroliuojant įtampą. EVJ fazių seka priklauso nuo generatoriaus sukimo krypties, kuri paprastai esti nu¬rodyta kiekvienam generatoriui. Kai jis sukamas reikiama kryptimi, EVJ fazių seka

A→B→C sutampa su jo inkaro apvijos ričių seka U→V→W. Generatoriaus įtampos dažnis f=pn reguliuojamas keičiant rotoriaus sūkių dažnį ir kontroliuojamas dažniamačiu.

Patenkinus tris pirmąsias sąlygas, sinchroninio generatoriaus įtam¬pa dar gali nesutapti faze su sistemos įtampa. Fazių suta¬pimas kontroliuojamas sinchronoskopu. Paprasčiausias sinchronoskopas yra trys kaitinamosios lempos, prijungiamos tarp generatoriaus inkaro apvijos fazių pradžių ir tinklo. Kai generatoriaus ir sistemos įtampos nesutampa faze, lempoms tenka įtampos U1; U2 ir U3, todėl jos šviečia. Kai generatoriaus ir sistemos kiekvienos fazės įtampos vi¬sai vienodos, lempos užgęsta.

Elektrinėse naudojami sudėtingi automatiniai sinchro¬nizatoriai, kurie visas galingų generatorių sinchronizavimo operacijas atlieka automatiškai.

Po sinchronizavimo prijungtas prie sistemos generato¬rius ir toliau dirba tuščiąją eiga: Θ=0 ir jo aktyvioji galia P = 0. Norint generatorių apkrauti, reikia suteikti jo roto¬riui didesnį ssukimo momentą, tiekiant daugiau vandens ar garo. Generatoriaus rotorius, įgavęs papildomą momen¬tą, pastūmėjamas jo sukimo kryptimi, tarp inkaro bei induktoriaus magnetinių laukų atsiranda kampas Θ. Ge¬neratorius atiduoda tinklui galią P=PmaxsinΘ, kiekvie¬na jo inkaro apvijos faze teka srovė I=P/(3Ucosφ); čia φ — fazių skirtumas tarp apkrovos įtampos ir srovės.

Tuo būdu generatoriaus aktyvioji galia yra reguliuoja¬ma didinant ar mažinant jį sukančios turbinos galią.

4. Reaktyviosios galios reguliavimas. Generatoriaus reaktyvioji galia yra reguliuojama keičiant jo žadinimo srovę.

Tarkime, kad sinchroninis generatorius dirba prijungtas prie energetinės sistemos. Kai jį sukančios turbinos galia yra pastovi, generatoriaus aktyvioji galia P = 3UIcosφ = const. Keičiant generatoriaus žadinimo srovę If , kinta jo EVJ Ef=CEnФf, todėl kinta didžiausia generatoriaus akty¬vioji galia Pmax = 3UEf/X.

10 pav. Generatoriaus kampinės charakteristikos (a), srovės ir EVJ vektorių hodografai (b) ir inkaro apvijos vektorinės diagramos (c, d, e), esant įvairioms žadinimo sro¬vės vertėms

Sudarysime generatoriaus inkaro apvijos vektorines diagramas šie¬ms trims atvejams. Jas sudarant reikia atkreipti dėmesį į tai, kad gene¬ratorius yra prijungtas prie energetinės sistemos ir jo įtampa, keičiant žadinimo srovę, išlieka pastovi.

Kadangi P = PmaxsinΘ = 3(EfU / X) sinΘ = const. tai gali būti U=const tik tuo atveju, jei Ef sinΘ = const. Tai reiškia, kad visose vektorinės.e diagramose

EVJ vektoriaus hodografas -yra tiesė, lygiagreti įtampos vektoriui. Antra vertus P = 3Ul cosφ = const, todėl gali būti U=const tik tuo atveju, kai Icosφ = const. Tai reiškia, kad srovės vektoriaus I hodografas yra tiesė, statmena įtampos vektoriui.

Visais atvejais generatoriaus inkaro apvijos kiekvienai fazei galime pritaikyti II Kirchhofo dėsnį: Ef=U_+jXI_. Tarkime, kad žadinimo srovė If1 yra tokia, kad Ef1>U (10 pav., c). Nubraižę Ef1 vekto¬rių ir sujungę jo bei įtampos U_ vektoriaus viršūnes, galime pažymėti įtampos kritimo inkaro apvijoje ddėl generatoriaus sinchroninės induk-tyviosios varžos vektorių jXĮ1. Žinome, kad šis įtampos kritimas pra¬lenkia faze π/2 srovę, todėl galime nubraižyti generatoriaus inkaro srovės vektorių I1. Matome, kad srovė atsilieka faze φ1 nuo įtampos U: φ1>0.

Galime sureguliuoti tokią žadinimo srovę If2, kad Ef2 būtų stataus įtampų trikampio įžambinė (10 pav., d). Tuomet srovė ir įtampa yra tos pačios fazės: φ2 = 0. Kai E3f< U, nubraižę vektorių jXI3 ir nuo jo faze π/2 atsiliekančią srovę φ3, matome, kad ji pralenkia φ 3 ffaze įtam¬pą: φ 3 <0.

Iš vektorinių diagramų matome, kad labai sužadinto sinchroninio generatoriaus reaktyvioji galia yra induktyviojo pobūdžio (φ>0), o ma¬žai sužadinto — talpinio pobūdžio (φ<0). Tuo būdu, keičiant žadinimo srovę, galima keisti generatoriaus reaktyviosios galios Q = 3UIsin φ ddidumą ir pobūdį. Galima pasiekti, kad jo reaktyvioji galia būtų lygi nuliui.

Paprastai generatoriams yra sudaromos srovės priklausomybės nuo žadinimo srovės kreivės: I = f(If). Iš vektorinių diagramų mato¬me, kad, didinant žadinimo srovę, generatoriaus inkaro apvijos srovė mažėja, pasiekia mažiausią vertę (aktyviąją) Ia = Icos φ ir po to vėl didėja. Priklausomai nuo aktyviosios galios gaunama šeima kreivių, kurios pagal formą yra vadinamos „U“ charakteristikomis. Per šių kreiviu mažiausių ordinačių taškus išvesta brūkšninė kreivė yra I=f(If), kai φ = 0 ir Q = 0. Ji dalija visas kreives į mažų ir didelių žadinimo srovių sritis.

Išvada: Sinchro¬niniai generatoriai paprastai naudojami dviem atvejais:1) kai imtuvai yra toli nuo energetinės sistemos, pavyzdžiui, tolimose ar laikinose gyvenvietėse, statybų ar miško pra¬monės aikštelėse ir pan.; 2) įįvairiose transporto priemonėse.

Induktoriaus ir inkaro magnetiniai laukai sukasi tuo pa¬čiu greičiu – sinchroniškai — ir sudaro bendrą generatoriaus sukamąjį magnetinį lauką. Dėl to jie ir vadinami sinchroniniais. Literatūra

S.Masiokas, Elektrotechnika, Vilnius, Mokslas 1989, 348 – 359 psl.

www.google.lt

Related Posts