Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
напряжений сети uс и генератора и:
.(1.29)
На практике осуществление (1.29) сводится к выполнению трех равенств:
величин напряжений сети и генератора Ucm = Um или Uс = U;
частот ?с = ?г или fс = fг;
их начальных фаз ?с = ?г (совпадение по фазе векторов c и ).
Кроме того, для трехфазных генераторов нужно согласовать порядок чередования фаз.
Совокупность операций, требуемых для подключения генератора к сети, называют синхронизацией. Практически при синхронизации генератора сначала устанавливают номинальную частоту вращения ротора, что обеспечивает приближенное равенство частот fс ? fг, а затем, регулируя ток возбуждения, добиваются равенства напряжений Uс = U. Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора (?с = ?г) контролируется специальными приборами ламповыми и стрелочными синхроноскопами.
Ламповые синхроноскопы применяют для синхронизации генераторов малой мощности и обычно используют в лабораторной практике. Этот прибор представляет собой три лампочки, включенные между фазами генератора и сети (рис.1.31, а). На каждую лампу действует напряжение ?u = uси, которое при fc ? fг изменяется с частотой ?f = fсfг, называемой частотой биений (рис.1.31, б). В этом случае лампы будут мигать. При fс ? fг разность ?и будет изменяться медленно, вследствие чего лампы будут постепенно загораться и погасать. Обычно генератор подключают к сети в момент, когда разность напряжений ?и на короткое время становится близкой нулю, т.е. в середине периода погасания ламп; в этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов с и . Для более точного определения этого момента часто применяют нулевой вольтметр, имеющий растянутую шкалу в области нуля. После включения генератора в сеть дальнейшая синхронизация частоты вращения ротора, т.е. поддержание условия n2 = n1, происходит автоматически.
Генераторы большой мощности синхронизируют с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих по принципу вращающегося магнитного поля. В этом приборе при fc ? fг стрелка вращается с частотой, пропорциональной разности частот fc fг в одну или другую сторону в зависимости от того, какая из этих частот больше. При fc = fг она устанавливается на нуль; в этот момент и следует подключать генератор к сети. На электрических станциях обычно используют автоматические приборы для синхронизации генераторов без участия обслуживающего персонала.
Часто также применяют метод самосинхронизации, при котором генератор подключается к сети при отсутствии возбуждения (обмотка возбуждения замыкается на активное сопротивление). При самосинхронизации ротор разгоняется до частоты вращения, близкой к синхронной (допускается скольжение s до 2%), за счет вращающего момента первичного двигателя и асинхронного момента, обусловленного индуктированием тока в успокоительной обмотке и замкнутой обмотке возбуждения. После этого в обмотку возбуждения подается постоянный ток, что приводит к втягиванию ротора в синхронизм. При методе самосинхронизации в момент включения генератора возникает сравнительно большой толчок тока, который не должен превышать 3,5Iа ном.
Рис.1.31 Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа (а) и кривые изменения напряжений ис и и перед включением (б) генератора
Регулирование активной мощности. После включения генератора в сеть его напряжение U становится равным напряжению сети Uc. По отношению к внешней нагрузке напряжения U и Uс совпадают по фазе, а по контуру генератор сеть находятся в противо-фазе, т.е. = c (рис.1.32, а). Так как перед включением в сеть генератор работал вхолостую, то при выполнении указанных ранее трех условий, необходимых для синхронизации генератора, его ток Iа после подключения к сети также будет равен нулю. Рассмотрим, какими способами можно регулировать ток Iа при работе генератора параллельно с сетью на примере неявно-полюсной машины.
Ток, проходящий по обмотке якоря неявнополюсного генератора, можно определить из уравнения (1.19в):
.(1.30)
Так как = c = const, то величину тока Iа можно изменять только двумя способами: изменяя э.д. с. E0 по величине или по фазе.
Если к валу генератора приложить внешний момент, больший момента, необходимого для компенсации потерь мощности в стали и механических потерь, то ротор приобретает ускорение, вследствие чего вектор E0 смещается относительно вектора на некоторый угол ? в сторону вращения векторов (рис.1.32, б). При этом возникает разность векторов E0 , приводящая согласно (1.30) к появлению тока Iа. Вектор этого тока опережает на 90 вектор jIаxсн и сдвинут относительно вектора на некоторый угол ?, меньший 90. При работе в рассматриваемом режиме генератор отдает в сеть активную мощность P = mUIa cos? и на вал его действует электромагнитный тормозной момент, который уравновешивает вращающий момент первичного двигателя, вследствие чего частота вращения ротора остается неизменной. Чем больший внешний момент приложен к валу генератора, тем больше будет угол ?, а следовательно, ток и мощность, отдаваемые генерат