Senkron jeneratörlerin çalışma modları, jeneratörlerin çalışma özellikleri

Senkron jeneratörü karakterize eden ana nicelikler şunlardır: terminal voltajı U, şarj I, görünür güç P (kVa), dakikadaki rotor devir sayısı n, güç faktörü cos φ.

Senkron jeneratörün en önemli özellikleri şunlardır:

• boşta karakteristik,

• dış karakteristik,

• düzenleyici özellik.

Senkron bir jeneratörün yüksüz karakteristiği

Jeneratörün elektromotor kuvveti, uyarma akımı iv tarafından oluşturulan manyetik akının Ф büyüklüğü ve jeneratörün n rotorunun dakikadaki devir sayısı ile orantılıdır:

E = cnF,

nerede s — orantılılık faktörü.

Bir senkron jeneratörün elektromotor kuvvetinin büyüklüğü rotorun devir sayısına bağlı olsa da, rotorun dönüş hızını değiştirerek bunu ayarlamak mümkün değildir çünkü elektromotor kuvvetinin frekansı devir sayısına bağlıdır. sabit tutulması gereken jeneratör rotorunun devir sayısı.

Bu nedenle, senkron bir jeneratörün elektromotor kuvvetinin büyüklüğünü ayarlamanın tek yolu kalır - bu, ana manyetik akı F'deki bir değişikliktir. İkincisi, genellikle uyarma devresine sokulan bir reosta kullanılarak uyarma akımını iw ayarlayarak elde edilir. jeneratörün. Uyarma bobinine bu senkron jeneratör ile aynı şaft üzerinde bulunan bir doğru akım üretecinden akım verilmesi durumunda, senkron jeneratörün uyarma akımı, doğru akım üretecinin uçlarındaki gerilim değiştirilerek ayarlanır.

Senkron jeneratörün elektromotor kuvveti E'nin, sabit bir nominal rotor hızında (n = sabit) ve sıfıra eşit bir yükte (1 = 0) uyarma akımı iw'ye bağımlılığı, jeneratörün rölanti karakteristiği olarak adlandırılır.

Şekil 1, jeneratörün yüksüz karakteristiğini göstermektedir. Burada, akım iv sıfırdan ivm'ye yükselirken eğrinin artan 1. dalı ve iv ivm'den iv = 0'a değiştiğinde eğrinin 2. inen dalı kaldırılır.

Pirinç. 1. Bir senkron jeneratörün rölanti karakteristiği

Yükselen 1 ve alçalan 2 kol arasındaki sapma artık manyetizma ile açıklanır. Bu kollar tarafından sınırlanan alan ne kadar büyük olursa, mıknatıslanma ters senkron jeneratörünün çeliğindeki enerji kayıpları da o kadar büyük olur.

Boşta kalma eğrisinin başlangıçtaki düz bölümündeki yükselişinin dikliği, senkron jeneratörün manyetik devresini karakterize eder. Jeneratör hava boşluklarındaki amper-dönüş akış hızı ne kadar düşükse, diğer koşullar altında jeneratör rölanti karakteristiği o kadar dik olacaktır.

Jeneratörün dış özellikleri

Yüklü bir senkron jeneratörün terminal voltajı, jeneratörün elektromotor kuvvetine E, stator sargısının aktif direncindeki voltaj düşüşüne, kendiliğinden endüksiyon elektromotor kuvvetinin dağılmasından kaynaklanan voltaj düşüşüne Es ve neden olduğu voltaj düşüşüne bağlıdır. armatür reaksiyonu.

Enerji tüketen elektromotor kuvvetinin (Es), jeneratör rotorunun manyetik kutuplarına nüfuz etmeyen ve dolayısıyla jeneratörün mıknatıslanma derecesini değiştirmeyen enerji tüketen manyetik akıya (Fc) bağlı olduğu bilinmektedir. Jeneratörün enerji tüketen kendi kendine indüksiyon elektromotor kuvveti Es nispeten küçüktür ve bu nedenle pratik olarak ihmal edilebilir Buna göre, jeneratörün elektromotor kuvvetinin enerji tüketen kendi kendine indüksiyon elektromotor kuvvetini Es telafi eden kısmı pratikte sıfıra eşit kabul edilebilir .

Armatür yanıtı, senkron jeneratörün çalışma modu ve özellikle terminallerindeki voltaj üzerinde daha belirgin bir etkiye sahiptir. Bu etkinin derecesi sadece jeneratör yükünün boyutuna değil, aynı zamanda yükün yapısına da bağlıdır.

Jeneratör yükünün tamamen aktif olduğu durum için önce senkron jeneratörün armatür reaksiyonunun etkisini ele alalım. Bu amaçla, Şekil l'de gösterilen çalışan bir senkron jeneratör devresinin bir parçasını alıyoruz. 2, bir. Burada, armatür sargısında bir aktif telle statorun bir kısmı ve birkaç manyetik kutbuyla birlikte rotorun bir kısmı gösterilmektedir.

Pirinç. 2. Armatür reaksiyonunun yükler altında etkisi: a - aktif, b - endüktif, c - kapasitif yapı

Söz konusu anda, rotorla birlikte saat yönünün tersine dönen elektromıknatıslardan birinin kuzey kutbu, stator sargısının aktif telinin hemen altından geçer.

Bu telde indüklenen elektromotor kuvvet, çizim düzleminin arkasında bize doğru yönlendirilir. Jeneratör yükü tamamen aktif olduğundan, armatür sargı akımı Iz, elektromotor kuvveti ile aynı fazdadır. Bu nedenle stator sargısının aktif iletkeninde akım, çizim düzleminden dolayı bize doğru akar.

Burada elektromıknatısların oluşturduğu manyetik alan çizgileri düz çizgilerle, burada ise armatür sargı teli akımının oluşturduğu manyetik alan çizgileri gösterilmektedir. - noktalı bir çizgi.

Şek. Şekil 2, a, elektromıknatısın kuzey kutbunun üzerinde bulunan sonuçtaki manyetik alanın manyetik indüksiyonunun bir vektör diyagramını gösterir. Burada manyetik indüksiyon V elektromıknatıs tarafından oluşturulan ana manyetik alanın radyal bir yönü olduğunu ve armatür sargı akımının manyetik alanının manyetik indüksiyonunun VI sağa ve V vektörüne dik olduğunu görüyoruz.

Ortaya çıkan manyetik indüksiyon Kesim yukarı ve sağa doğru yönlendirilir. Bu, manyetik alanların eklenmesinin bir sonucu olarak, temeldeki manyetik alanın bir miktar bozulmasının meydana geldiği anlamına gelir. Kuzey Kutbu'nun solunda biraz zayıfladı ve sağında biraz arttı.

Jeneratörün indüklenen elektromotor kuvvetinin büyüklüğünün esasen bağlı olduğu, ortaya çıkan manyetik indüksiyon vektörünün radyal bileşeninin değişmediğini görmek kolaydır. Bu nedenle, jeneratörün tamamen aktif yükü altındaki armatür reaksiyonu, jeneratörün elektromotor kuvvetinin büyüklüğünü etkilemez.Bu, tamamen aktif bir yükle jeneratördeki voltaj düşüşünün, kaçak kendinden indüksiyon elektromotor kuvvetini ihmal edersek, yalnızca jeneratörün aktif direncindeki voltaj düşüşünden kaynaklandığı anlamına gelir.

Şimdi senkron bir jeneratör üzerindeki yükün tamamen endüktif olduğunu varsayalım. Bu durumda Az akımı, elektromotor kuvveti E'nin π / 2 açısı kadar gerisinde kalır... Bu, iletkende maksimum akımın maksimum elektromotor kuvvetinden biraz sonra göründüğü anlamına gelir. Bu nedenle, armatür sargı telindeki akım maksimum değerine ulaştığında, kuzey kutbu N artık bu telin altında olmayacak, Şekil 1'de gösterildiği gibi rotorun dönüş yönünde biraz daha hareket edecektir. 2, b.

Bu durumda, armatür sargısının manyetik akısının manyetik çizgileri (noktalı çizgiler) iki bitişik zıt kutup N ve S üzerinden kapatılır ve manyetik kutuplar tarafından oluşturulan jeneratörün ana manyetik alanının manyetik hatlarına yönlendirilir. Bu, ana manyetik yolun sadece bozulmamasına, aynı zamanda biraz zayıflamasına da yol açar.

İncirde. Şekil 2.6, manyetik indüksiyonların bir vektör diyagramını gösterir: ana manyetik alan B, armatür reaksiyonuna bağlı manyetik alan Vi ve ortaya çıkan manyetik alan Vres.

Burada, ortaya çıkan manyetik alanın manyetik indüksiyonunun radyal bileşeninin, ana manyetik alanın B manyetik indüksiyonundan ΔV değeri kadar küçük hale geldiğini görüyoruz. Bu nedenle, manyetik indüksiyonun radyal bileşeni nedeniyle indüklenen elektromotor kuvveti de azalır.Bu, jeneratör terminallerindeki voltajın, diğer şeyler eşit olduğunda, tamamen aktif bir jeneratör yükündeki voltajdan daha düşük olacağı anlamına gelir.

Jeneratörün tamamen kapasitif bir yükü varsa, içindeki akım elektromotor kuvvetinin fazını π / 2 açısı kadar yönlendirir... Jeneratörün armatür sargısının tellerindeki akım artık elektromotordan daha erken bir maksimuma ulaşıyor kuvvet E. Bu nedenle, ankraj sargısının telindeki akım (Şekil 2, c) maksimum değerine ulaştığında, N'nin kuzey kutbu yine de bu teli barındırmayacaktır.

Bu durumda, armatür sargısının manyetik akısının manyetik çizgileri (noktalı çizgiler) iki bitişik zıt kutup N ve S üzerinden kapatılır ve yol boyunca jeneratörün ana manyetik alanının manyetik çizgileri ile yönlendirilir. Bu, jeneratörün ana manyetik alanının sadece bozulmakla kalmayıp, aynı zamanda bir şekilde güçlendirilmesine de yol açar.

İncirde. Şekil 2, c, manyetik indüksiyonun vektör diyagramını gösterir: ana manyetik alan V, armatür reaksiyonu Vya nedeniyle manyetik alan ve ortaya çıkan manyetik alan Bres. Ortaya çıkan manyetik alanın manyetik indüksiyonunun radyal bileşeninin, ana manyetik alanın manyetik indüksiyonu B'den ΔB miktarı kadar büyük hale geldiğini görüyoruz. Bu nedenle, jeneratörün endüktif elektromotor kuvveti de artmıştır, bu da, diğer tüm koşullar aynı olduğunda, jeneratör terminallerindeki voltajın, tamamen endüktif bir jeneratör yükündeki voltajdan daha yüksek olacağı anlamına gelir.

Armatür reaksiyonunun, farklı nitelikteki yükler için senkron bir jeneratörün elektromotor kuvveti üzerindeki etkisini belirledikten sonra, jeneratörün dış özelliklerini açıklığa kavuşturmaya devam ediyoruz.Bir senkron jeneratörün harici karakteristiği, sabit rotor hızında (n = sabit), sabit uyarma akımında (iv = sabit) ve güç faktörünün sabitliğinde (cos φ =) terminallerindeki gerilim U'nun yüke I bağımlılığıdır. sabit).

İncirde. Şekil 3'te, farklı nitelikteki yükler için bir senkron jeneratörün dış özellikleri verilmiştir. Eğri 1, aktif yük altındaki harici karakteristiği ifade eder (cos φ = 1,0). Bu durumda, yük, yüksüz jeneratör voltajının %10 - 20'si dahilinde rölantiden anma değerine değiştiğinde jeneratör terminal voltajı düşer.

Eğri 2, dirençli-endüktif bir yükle harici karakteristiği ifade eder (cos φ = 0, sekiz). Bu durumda, armatür reaksiyonunun manyetikliği giderme etkisi nedeniyle jeneratör terminallerindeki voltaj daha hızlı düşer. Jeneratör yükü yüksüzden anma değerine değiştiğinde, voltaj yüksüz voltajın %20 - 30'u arasına düşer.

Eğri 3, aktif kapasitif bir yükte (cos φ = 0,8) senkron jeneratörün harici karakteristiğini ifade eder. Bu durumda, jeneratör terminal gerilimi, armatür reaksiyonunun mıknatıslama etkisinden dolayı bir miktar artar.

Pirinç. 3. Farklı yükler için alternatörün dış özellikleri: 1 — aktif, 2 — endüktif, 3 kapasitif

Senkron jeneratörün kontrol karakteristiği

Bir senkron jeneratörün kontrol karakteristiği, jeneratördeki alan akımının i'nin, jeneratör terminallerindeki voltajın sabit bir etkin değeri (U = sabit), rotorun sabit bir devir sayısı ile yük I üzerindeki bağımlılığını ifade eder. Jeneratör/dakika (n = sabit) ve güç faktörünün sabitliği (cos φ = sabit).

İncirde.4 Senkron jeneratörün üç kontrol karakteristiği verilmiştir. Eğri 1, aktif yük durumunu ifade eder (çünkü φ = 1).

Pirinç. 4. Farklı yükler için alternatör kontrol özellikleri: 1 — aktif, 2 — endüktif, 3 — kapasitif

Burada jeneratör üzerindeki yük I arttıkça uyarma akımının arttığını görüyoruz. Bu anlaşılabilir bir durumdur, çünkü I yükündeki bir artışla, jeneratörün armatür sargısının aktif direncindeki voltaj düşüşü artar ve uyarma akımını artırarak jeneratörün elektromotor kuvvetini E arttırmak gerekir iv. voltajı sabit tut U .

Eğri 2, cos φ = 0,8'de aktif-endüktif yük durumunu ifade eder... Bu eğri, E elektromotor kuvvetinin büyüklüğünü ve dolayısıyla jeneratörün terminallerindeki voltaj U.

Eğri 3, cos φ = 0,8'de aktif-kapasitif yük durumunu ifade eder. Bu eğri, jeneratör üzerindeki yük arttıkça, terminallerinde sabit bir voltajı korumak için jeneratörde daha az uyarma akımı i gerektiğini gösterir. Bu anlaşılabilir bir durumdur, çünkü bu durumda armatür reaksiyonu ana manyetik akıyı arttırır ve bu nedenle jeneratörün elektromotor kuvvetinin ve terminallerindeki voltajın artmasına katkıda bulunur.