Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Синхронний генератор
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Контрольна робота
Предмет:
Інші
Група:
КС - 43
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
НУ’’ЛП’’
Домашня контрольна робота
на тему:
«Синхронний генератор»
1. Синхронні генератори і їх характеристики
На мал. 1 показані зовнішні природні характеристики трифазного синхронного генератора, що ілюструють залежність напруги U г на його затисках від струму обмотки статора Ir при заданому коефіцієнті потужності приймачів соs ц = const, незмінному струмі збудження в обмотці ротора IB = const і постійній частоті обертання ротора, чому відповідає незмінна частота змінного струму f=const. Ці характеристики можуть виходити як із загальної крапки (0, Егx), що відповідає режиму холостого ходу, так і перетинатися в крапці (Iг ном, U г ном), відповідному номінальному навантаженні. Перші характеристики
/
Мал. 1.1. Зовнішні характеристики трифазного синхронного генератора при зміні навантаження із заданим коефіцієнтом потужності навантаження: а - від режиму холостого ходу до номінальної; б - від номінальної до режиму холостого ходу
дозволяють визначити зміну напруги генератора при збільшенні навантаження від режиму холостого ходу до номінального струму, а другі - при зниженні навантаження від номінальної до режиму холостого ходу.
Основною природною зовнішньою характеристикою синхронного генератора вважають криву Uг (Iг), отриману при симетричному режимі, коефіцієнті потужності приймачів cos ц = 0,8 і ц > 0.
Для підтримки напруги синхронного генератора незмінним при змінному навантаженні доводиться регулювати струм збудження IB в обмотці ротора згідно із законом, визначуваному регулювальними характеристиками, крутизна яких залежить від характеру навантаження і її коефіцієнта потужності (мал. 6.6). Так, при струмі навантаження, що збільшується, відстає по фазі від напруги на кут ц > 0, виникає розмагнічуюча дія реакції якоря і відповідна регулювальна характеристика піднімається, а при зростаючому струмі навантаження, що випереджає по фазі напругу на кут ц < 0, вона знижується унаслідок подмагничивающего дії реакції якоря.
Регулювальні характеристики дають можливість встановити межі зміни синхронного генератора і вибрати апарати для регулювання напруги. Регулювати струм збудження при зміні навантаження генератора можна, змінюючи опір обмотки збудження.
Регулювати струм збудження при зміні навантаження генератора, який на тепловозі працює як збудник основного тягового генератора, можна не тільки впливаючи на регулюючий реостат Rp, але і автоматично, що особливо зручно при синхронних генераторах з самозбудженням (мал. 1.3). Тут при холостому ході генератора вторинні обмотки вольтодобавочного трансформатора Трв грають роль дроселів, що знижують напругу на затисках трансформатора Трс, що погоджує, через який харчуються напівпровідникові діоди В. Прі збільшенні навантаження генератора в цих обмотках наводиться ЕДС, внаслідок чого напруга на діодах зростає і збільшується струм збудження генератора, що приводить до відносної стабілізації напруги на його затисках.
Електромагнітна потужність трифазного синхронного генератора Pэм - потужність, передавана електромагнітним шляхом обмотці статора ротором, що обертається, і що відрізняється від потужності P2внешней ланцюга тільки на потужність 3R2I 2 що відповідає втратам електричної енергії в обмотці статора, визначається виразом
/
Де R2 - активний опір фази обмотки статора.
/
Мал. 1.2. Регулювальні характеристики трифазного синхронного генератора при різному коефіцієнті потужності приймачів
Оскільки втрати електричної енергії в обмотці статора незначні, можна вважати, що потужності Pэм і P2 практично однакові. Тому електромагнітну потужність знаходять:
Оскільки електромагнітна потужність Pэм залежить від ЕДС холостого ходу Ех, визначуваною струмом збудження Iв, то деяким перезбудженням машини можна збільшити максимальну електромагнітну потужність, при цьому підвищується статична стійкість роботи машини, але також посилюється нагрів обмотки ротора.
/
Мал. 1.3. Схема трифазного синхронного генератора з самозбудженням
Робота трифазних синхронних машин в генераторному режимі супроводжується втратами енергії, які аналогічні втратам в асинхронних машинах. Ефективність роботи трифазного синхронного генератора характеризує ККД, який при симетричному навантаженні знаходять по формулі
/
де Uл і Iл - лінійна напруга, що діють, і струм;
Др - сумарні втрати, що відповідають даному навантаженню машини.
Максимальне значення ККД синхронного генератора відповідає навантаженню, близькому до номінальної, і складає для машин середньої потужності 0,88-0,92, а для генераторів великої потужності доходить до 0,96-0,99 (мал. 1.4).
Електромагнітний момент синхронного генератора визначається виразом
/
Особливості застосування синхронних генераторів в передачах змінного струму тепловозів. У локомотивних передачах змінного струму використовуються синхронні генератори, які працюють спільно з випрямною установкою. Для зменшення пульсації вихідної напруги в статорі тягового синхронного генератора (ГС 501, ГС 504)
/
Мал. 1.3. Графіки залежності ККД трифазного синхронного генератора від навантаження і коефіцієнта потужності приймачів
укладають дві трифазні обмотки, зрушені щодо один одного на 30 эл. градусів. Синхронні генератори тепловозів є явнополюсную синхронну електричну машину. Розміри дизельного приміщення локомотива дозволяють спроектувати синхронний генератор потужністю до 7500 кВт.
Синхронні генератори в порівнянні з генераторами постійного струму (1111) мають меншу масу. Так, синхронний генератор ГС 504 потужністю 2750 кВт має масу 6500 кг, а генератор постійного струму ГП 31ЗБ потужністю 2700 кВт - 9000 кг Звідси витікає, що маса синхронного генератора менше маси генератора постійного струму на 28-30 %. Випрямна установка має масу, рівну ~10 % маси синхронного генератора. Тому загальне зниження маси при переході на синхронний генератор (СГ) і випрямну установку (ВУ) складає 18-20 %.
При газотурбінному двигуні СГ є єдино доцільним, оскільки між ними наявність механічного редуктора необов'язкова, оскільки синхронний генератор виконується на частоту обертання ротора газотурбінного двигуна. Спільна робота ГТП з газотурбінним двигуном без механічного редуктора неможлива з причини малої механічної міцності його якоря. На тепловозах і газотурбовозах з передачею змінного струму між тяговим синхронним генератором і асинхронними тяговими двигунами можлива наявність некерованої випрямної установки (ВУ). При визначенні зовнішніх характеристик силової установки тепловоза (СГ з урахуванням ВУ) враховують розмагнічуючу дію подовжньої реакції якоря синхронного генератора. Унаслідок розмагнічуючого впливу подовжньої реакції і індуктивного опору обмоток напруга СГ при незалежному збудженні різко падає при постійному струмі незалежної обмотки збудження і із збільшенням струму навантаження. Якщо номінальний струм збудження вибрати по Uг max, як в генераторах постійного струму, то максимальний струм короткого замикання (к.з.) виявляється набагато менше Iг max потрібного за умовами використання зчеплення коліс з рейкою. Для збільшення струму к.з. генератора можна підвищувати значення о.к.з. (відношення короткого замикання). Синхронний генератор, виконаний з підвищеним о.к.з., має збільшені габарити і масу. У режимі к.з. по обмотці статора протікає чисто реактивний струм, який практично не залежить від частоти обертання ротора СГ. Тільки при дуже малій частоті обертання ротора СГ починає виявлятися значення активного опору статора і струм к.з. інтенсивно зменшується. Генератори тепловозів виконуються із значенням о.к.з. = 2 і, крім того, в режимах пуску повинні допускати форсировку збудження. Це не приводить до збільшення перетинів ділянок магнітного ланцюга генератора, оскільки потік в пускових режимах малий. Струм збудження росте при пуску для компенсації реакції якоря і падіння напруги (мал. 1.4).
/
Рис 1.4 Регулювальна характеристика збудження тягового генератора тепловоза
Розрахункова потужність, що визначає активні розміри СГ
/
де кг = Uг max - Uг ном - коефіцієнт регулювання генератора.
Розрахункова потужність СГ більша, ніж генератора постійного струму, унаслідок зміни коефіцієнта потужності cosц.
Тяговий генератор змінного струму має незалежне збудження від спеціального збудника. Експлуатація тепловозів (2ТЭ116, Теп70, Тем7,2те121) показала надійність двох систем збудження тягових синхронних генераторів: збудника змінного струму з самозбудженням (2ТЭ121, Теп75, 2ТЭ116А, мал. 6.10 "); від синхронного збудника з регулюванням напруги за допомогою керованого випрямляча збудження (2ТЭ116, Теп70, Тем7, мал. 6.10, би).
/
Мал. 1.5. Принципові схеми незалежного збудження синхронного тягового генератора: а - від синхронного збудника з самозбудженням (тепловозы2ТЭ121, 2ТЭ116А, Теп75л' би - від синхронного збудника через УВВ (тепловози 2ТЭ116, Теп70, Тем7)
Вдосконалення систем регулювання напруги тягових генераторів стало можливим в результаті розвитку напівпровідникової техніки, впровадження транзисторних і тиристорів перетворювачів і підсилювачів. Підсилювачі тиристорів володіють такими якостями, як малі габаритні розміри при великій потужності, високий ККД і коефіцієнт посилення, велика швидкодія. Це дозволило на тепловозах з електричною передачею потужності змінно-постійного струму застосувати сучаснішу систему регулювання напруги тягового генератора, що містить замість магнітного підсилювача і генератора-збудника постійного струму генератор-збудник змінного струму і підсилювач тиристора, що живить обмотку збудження тягового генератора. Але оскільки необхідні характеристики Uг (Iг nдг) повинні бути тими ж самими і при новій системі регулювання напруги генератора, то природно, що вона теж є комбінованою і побудована на основі принципів регулювання по відхиленню і обуренням і містить чотири регулятори напруги тягового генератора: по відхиленню напруги від заданого значення, струму тягового генератора (або електродвигунів), частоті обертання валу дизель-генератора і положенню органу топливоподачи дизеля.
2. Ресурсні характеристики обмотки статора синхронного генератора
Представимо прийняті у вигляді нормативного документа ознаки граничного стану обмотки статора, представлені в табл. 2.1. Дані таблиці показують ступінь складності ресурсних оцінок в даному випадку: показники ресурсу різнорідні: і безперервні, і дискретні; вони істотно міняються залежно від настання аварійних ситуацій.
Дійсно, для таких показників як пробої ізоляції, міжфазні КЗ, теча порожнистих провідників, обгорання лобових частин (ці пошкодження виявляються в результаті аварійних відключень) можуть бути розглянуті тимчасові ряди із застосуванням методів прогнозу, оцінки довірчих інтервалів і тому подібне Їх реєстрація і обробка не вимагає особливих методичних розробок, але прогнозувати число міжфазних КЗ в лобових частинах або число пошкоджених термодатчиков на дні паза і тим більше оцінювати момент досягнення критичного значення (наприклад значення, рівного 3) досить проблематично перш за все через малий об'єм статистичних даних для кожного конкретного об'єкту. Важко чекати, що побудова тимчасового ряду (наприклад, по числу пошкоджених термодатчиков або числу міжфазних КЗ) дасть стійкі оцінки, оскільки представницькі вибірки тут отримати важко.
Таблиця 2.1.
Показники необхідності повної заміни обмотки статора турбогенератора (з термореактивною ізоляцією)
/
Тому тут в даний час рішення ухвалюються на основі експертних оцінок. Разом з тим для таких показників, як стирання ізоляції, вигини стрижнів, зростання тріщин і мікротріщин, застосування викладених вище за методи прогнозування перспективно.
3. U-образная характеристика синхронного генератора
Цінною особливістю синхронного генератора, підключеного до електричної системи великої потужності, є можливість регулювання його реактивного струму за допомогою зміни струму збудження.
/ (3.1)
Якщо потужність синхронного генератора Р = щрМэм і напруга на шинах електричної системи U постійні, то значення творів співмножників в (3.1) не залежать від струму збудження. Проте при зміні струму збудження змінюються значення створюваного їм потокосцепления з фазною обмоткою статора Ш?0 і індукована цим потокосцеплением у фазній обмотці ЕДС E?0.
З рівняння електричного стану фази статора (15.8) виходить, що це можливо тільки при відповідній зміні струму I? = I?а + I?р у фазній обмотці, а саме - реактивною складовою струму I?р.
При струмах збудження менше (більше) деякого граничного значення Iв < Iв.гр (Р) [Iв > Iв.гр(P)] струм синхронного генератора має ємкісну IрС (індуктивну IPL) реактивну складову ц < 0 (ц > 0) (див. мал. 3.2). Отже, при недозбудженні (перезбудженні) реактивна потужність генератора має ємкісний (Qc = - 3UIрL) [індуктивний (QL = 3UIpL)] характер.
Якщо синхронний генератор підключений до електричної системи великої потужності U = const, то його еквівалентну схему заміщення можна представити у вигляді паралельного з'єднання двох джерел струму: джерела активної складової струму генератора, залежної від моменту первинного двигуна, що обертає, Iа(Мвр), і джерела реактивної складової струму генератора, залежної від моменту обертання первинного двигуна і струму збудження, Ip(Iв, Mвр)
/
Мал. 3.1
/
Рис 3.2
Залежність струму статора від струму збудження I(Iв) при постійному моменті первинного двигуна Мвр, що обертає = const називається U-образной характеристикою синхронного генератора (мал. 3.2). При деякому малому значенні струму збудження кут |и| (мал. 3.1) може перевищити значення р/2 і стійкість роботи синхронного генератора порушиться. Чим більше значення активної потужності синхронного генератора, тим при великих значеннях струму збудження наступить втрата стійкості. На мал. 3.2 межа стійкості синхронного генератора показана штриховою лінією.
Якщо момент первинного двигуна, що обертає, рівний нулю (Мвр = 0), то, нехтуючи всіма видами втрат, можна вважати, що струм синхронного генератора реактивний (мал. 3.2, Р = 0):
/ (3.2)
Струм генератора в цьому випадку залежить лінійно від струму збудження. Лінійність залежності I(Iв) порушується лише при великих значеннях струму збудження унаслідок насичення магнітопровода машини.
Список літератури:
Електромагнітний момент і кутова характеристика синхронного двигуна (http://www.edulib.ru/results.aspx?CurrentTask=34ecc550-2007-4b71-8538-17c9e829048a&RKey=11e0f98b-702a-45d9-9b18-c9980d550ca0#)
Характеристики генераторів змінного струму // Основи електроустаткування летательных (http://www.edulib.ru/results.aspx?CurrentTask=34ecc550-2007-4b71-8538-17c9e829048a&RKey=11e0f98b-702a-45d9-9b18-c9980d550ca0#)
Характеристики і рівняння приводів синхронних генераторів (http://www.edulib.ru/results.aspx?CurrentTask=34ecc550-2007-4b71-8538-17c9e829048a&RKey=11e0f98b-702a-45d9-9b18-c9980d550ca0#)
Характеристики і рівняння приводів синхронних генераторів (http://www.edulib.ru/results.aspx?CurrentTask=34ecc550-2007-4b71-8538-17c9e829048a&RKey=11e0f98b-702a-45d9-9b18-c9980d550ca0#)
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора