Электротехника и электроника Переходные процессы Ферромагнитные материалы Пуск и регулирование скорости асинхронного двигателя Транзисторные усилители Однофазные выпрямители Рассчитать питание электродвигателя

Расчет электротехнических цепей Лабораторная работа

В приемниках электрической энергии происходит обратное преобразование - электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии, например, в хими-ческую, механическую, тепловую, световую. Электрические цепи классифицируются по нескольким признакам. По виду тока делят на цепи постоянного и переменного тока.

Схема замещения и упрощенная векторная диаграмма ЭДС и МДС синхронного генератора

 Схема замещения синхронного генератора с учетом принятых допущений представлена на рис. 11.22 в виде источника ЭДС с внутренним сопротивлением . Сопротивление нагрузки .

 Уравнение цепи по второму закону Кирхгофа

.

  Отсюда напряжение

 .  (11.52)

. (11.53)

Уравнениям (11.52) и (11.53) соответствует векторная 

 диаграмма ЭДС на рис. 11.23.

 

Рис. 11.23

Ток статора  отстает от ЭДС  на угол , определяемый соотношением индуктивных и активных сопротивлений

.

 Сдвиг вектора тока  по отношению к вектору напряжения определяется параметрами нагрузки

 .

 Взаимосвязь векторов  и  осуществляется через вектор падения напряжения , который строится под углом 90° к вектору . На этом же рисунке построена векторная диаграмма МДС. Вектор МДС ротора  опережает вектор  на 90°, вектор МДС якоря , приведенный к ротору, совпадает по фазе с током , а результирующая МДС   опережает вектор напряжения  на 90°.

 Из диаграмм МДС и ЭДС следует, что режим работы синхронного генератора характеризуется углом между вектором напряжения  и ЭДС  и равным ему углом между результирующим магнитным потоком  и потоком ротора . Это означает, что у генератора полюсы ротора вращаются впереди полюсов поля статора с опережением на угол .

 11.21. Характеристики синхронного генератора при автономной
работе

 Характеристика холостого хода была рассмотрена в параграфе 11.17.

 Характеристика короткого замыкания представляет собой зависимость  при U = 0 и . При допущении R = 0 из (11.52) следует, что ток короткого замыкания является чисто индуктивным и по модулю равен

. (11.54)

 При коротком замыкании реакция якоря является размагничивающий, результирующий магнитный поток мал, магнитная цепь ненасыщена и характеристика короткого замыкания прямолинейна (рис. 11.24).

 Следует отметить, что в (11.54) и числитель и знаменатель пропорциональны частоте вращения и поэтому характеристики короткого замыкания не зависят от частоты вращения, за исключением малых скоростей, когда оказывает влияние активное сопротивление обмотки статора.

 Внешняя характеристика. Это зависимость напряжения генератора от тока нагрузки  при , . Если принять начальное напряжение , то вид внешних характеристик будет соответствовать рис. 11.25. При активно-индуктивной нагрузке (< 1) поток реакции якоря размагничивает машину и напряжение уменьшается с увеличением тока нагрузки по кривой 1. При активной нагрузке (= 1,0) поперечная реакция якоря также вызывает уменьшение напряжения (кривая 2). При активно-емкостной нагрузке продольная намагничивающая реакция увеличивает ЭДС , следовательно, и напряжение (кривая 3).

Рис. 11.24

Рис. 11.25

 Регулировочная характеристика представляет собой зависимость   при ,, . Вид семейства регулировочных характеристик показан на рис. 11.26, а их физический смысл объясняется действием реакции якоря при различном характере нагрузки. Обычно номинальным режимом работы генератора является   = 0,8 (при индуктивной нагрузке). В этом случае для поддержания  при переходе от холостого хода () к номинальной нагрузке () необходимо увеличить ток возбуждения в 1,7...2,2 раза.

 11.22. Параллельная работа синхронного генератора с сетью 

Рис. 11.26

 Электрическая система большой мощности по отношению к генератору может быть представлена источником с неизменным напряжением. Режим работы генератора можно проанализировать с помощью векторной диаграммы (рис. 11.23).

  Мощность генератора

 .

  Путем преобразований можно доказать, что мощность синхронного генератора

  .

 Электромагнитный момент

  ,

где  или . (11.55)

Так как ,  то мощность и электромагнитный момент генератора при постоянном токе возбуждения зависят только от угла . Эта зависимость синусоидальна и называется угловой характеристикой синхронного генератора (рис. 11.27). При увеличении момента на валу первичного двигателя генератор отдает в сеть большую мощность. Предельным значением является момент и мощность при = 90°, после чего генератор выпадает из синхронизма.

 

Рис. 11.27

 

Максимальные мощность и момент .

Рис. 11.28

 Следовательно, регулировать активную мощность генератора можно за счет первичного двигателя. Регулирование реактивной мощности генератора осуществляется изменением тока возбуждения.

На рис. 11.28 показаны зависимости тока статора от тока возбуждения, называемые U-образными характеристиками. Минимум тока статора соответствует активной нагрузке (= 1,0). Перевозбуждение генератора означает генерирование реактивной мощности, невозбуждение – емкостный режим нагрузки.

 Включение синхронного генератора на параллельную работу является ответственной операций и требует соблюдения следующих условий:

 – напряжение включаемого генератора должно быть равно напряжению сети;

 – частота генератора должна быть равной частоте сети;

Рис. 11.28

– чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково;

 – напряжения генератора и сети должны быть в фазе.

  Для соблюдения этих условий применяют различные схемы синхронизации.

Классификация цепей по сложности. Цепи бывают простые и сложные. К простым относят те цепи, все элементы которых соединены последовательно. Во всех элементах протекает один и тот же ток. К сложным цепям относят цепи с разветвлениями. Различают разветвленные цепи с одним источником энергии и с несколькими источниками.
Работа синхронной машины в режиме синхронного двигателя