Условия самовозбуждения генератора

1. Наличие остаточной намагниченности;

2. Совпадение по направлению остаточного магнитного потока и поля, создаваемого обмоткой возбуждения;

3. Сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического.

ЭДС обмотки якоря прямопропорциональна частоте вращения якоря (n) и магнитному потоку Ф главных полюсов

а) характеристика холостого хода – зависимость напряжения холостого хода U₀ от тока возбуждения

Реакция якоря

Под реакцией якоря понимают явление воздействия магнитного поля, создаваемого током якоря, на магнитное поле главных полюсов. Картина магнитного поля при холостом ходе изображена на рис. 10.6 а. Оно симметрично относительно оси полюсов.При нагрузке машины обмотка якоря

создает собственное магнитное поле, при отсутствии тока возбуждения. Ось поля якоря направлена по оси щеток 1–1. в режиме генератора полярность якоря предшествует по ходу вращения полярности главных полюсов , а в режиме двигателя – наоборот.

Взаимодействие полей якоря и индуктора образует результирующее поле, характер которого

При установке щеток на геометрической нейтрали 1–1 поле якоря направлено поперек оси полюсов и реакция якоря называется поперечной. Как видно из рис. 10.7 а, поперечная реакция якоря ослабляет поле под одним краем полюса и усиливает его под другим, вследствие чего ось 2–2 результирующего поля поворачивается в генераторе на некоторый угол в направлении вращения якоря, а в двигателе – в обратную сторону. Новое положение линии 2–2, соответствующее переходу магнитной индукции на поверхности якоря через нулевое значение, называется линией физической нейтрали. При сдвиге щеток с геометрической нейтрали на некоторый угол ось поля якоря также смещается на этот угол, и по отношению к главным полюсам реакцию якоря можно представить двумя составляющими: поперечной и продольной. Токи в проводниках якоря в секторах а–б и г–в (создают поле поперечной реакции якоря, а токи в секторах а–г и б–в (рис.– поле продольной реакции якоря.

полярности полюсов и направления токов якоря соответствуют вращению якоря по часовой стрелке в режиме генератора, а против часовой стрелки – в режиме двигателя.

Таким образом, при смещении щеток генератора с геометрической нейтрали в направлении вращения и щеток двигателя против направления вращения возникает размагничивающая продольная реакция якоря. Результирующий магнитный поток уменьшается. При смещении щеток в обратном направлении возникает намагничивающая продольная реакция якоря, вызывающая увеличение результирующего потока.

Влияние поперечной реакции якоря на результирующий магнитный поток можно было бы считать нейтральным, так как ослабление поля под одним краем полюса и усиление под другим краем компенсируются. Однако это справедливо лишь для ненасыщенного состояния магнитопровода полюсов. С учетом насыщения поперечная реакция якоря всегда вызывает некоторое уменьшение магнитного потока полюсов, т.е. действует размагничивающим образом.

Для уменьшения влияния реакции якоря на работу машины применяют дополнительные полюсы. Ее размещают по геометрической нейтрали между главными полюсами. Их обмотка включается последовательно в цепь якоря и создает встречную МДС по отношению к обмотке якоря.

Эффективным средством борьбы с искажением поля является применение компенсационной обмотки. Ее размещают в пазах полюсных наконечников и включают последовательно с обмоткой якоря. Магнитное поле компенсационной обмотки направлено навстречу магнитному полю якоря. Влияние поперечной реакции якоря в пределах полюсного наконечника устраняется. Компенсационная обмотка применяется в машинах средней и большой мощности.

41СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Устройство синхронной машины отличается от устройства асинхронной машины конструкцией ротора и тем, что частоты вращения магнитного поля статора n₀и ротора n₂ у синхронной машины одинаковы, то есть n₀=n₂. Из-за равенства частот вращения n₀и n₂машина называется синхронной. Синхронные машины обладают свойством обратимости, то есть могут работать как генератором, так и двигателем.

В настоящее время большинство электрических станций оснащено трехфазными синхронными генераторами, которые приводятся во вращение паровыми или гидравлическими турбинами, а также двигателями внутреннего сгорания. Синхронные двигатели применяются там, где требуется обеспечение постоянства частоты вращения, например, на компрессорных и нефтеперекачивающих станциях.

Синхронная машина состоит из неподвижного статора, аналогичного статору асинхронного двигателя и ротора, вращающегося внутри статора. Ротор представляет собой электромагнит постоянного тока, он имеет обмотку возбуждения, запитанную постоянным током от выпрямителя или от генератора постоянного тока, называемого возбудителем.

Одним из способов передачи энергии на обмотку возбуждения является использование контактных колец укрепленных на роторе и щеток, а также установка на роторе генератора постоянного тока (возбудителя). Роторы синхронных машин бывают с явно выраженными и неявно выраженными полюсами. Роторы с явно выраженными полюсами применяют в гидрогенераторах (тихоходных машинах). Для быстроходных машин (турбогенераторов) используют ротор с неявно выраженными полюсами. В данном случае явнополюсная конструкция ротора неприменима из-за возможного разрушения в связи с большими центробежными силами.

На рисунке 22, а изображена схема синхронной машины с явно выраженными полюсами. На статоре расположена трехфазная обмотка, к которой в режиме двигателя подводится трехфазное напряжение, а в режиме генератора подключается трехфазный приемник.

42. Реакция якоря синхронной машины В машине, работающей под нагрузкой, магнитное поле создается в отличие от холостого хода не только в роторе, но и МДС токов статора. Эти МДС, вращаясь с одной и той же синхронной частотой, взаимодействуют между собой и образуют результирующее вращающееся магнитное поле машины. Воздействие МДС статора на магнитное поле машины называется реакцией якоря. Рассмотрим реакцию якоря на примере двухполюсного синхронного генератора с явновыраженными полюсами. На рис. 11.21 каждая фаза обмотки изображена в виде одного витка (А – Х, В – Y, С – Z), северный полюс ротора обозначен буквой N, южный – буквой S, магнитные линии этого поля не показаны.

а поясняет реакцию якоря при активной нагрузке, когда угол сдвига по фазе между ЭДС и током равен нулю. В этом положении ЭДС и ток фазы А максимальны, а в фазах В и С равны половине от максимальных значений и противоположны по знаку (направление токов в верхней половине обмотки статора показано крестиками, в нижней – точками). Этим направлениям токов соответствует магнитное поле реакции якоря, основные линии которого направлены поперек оси полюсов ротора. Они размагничивают набегающий край полюса и намагничивают сбегающий. При этом результирующий магнитный поток генератора поворачивается относительно потока ротора на некоторый угол в направлении, противоположном направлению вращения ротора. Следовательно, при активной нагрузке ( = 0) реакция якоря синхронной машины является чисто поперечной.

В общем случае, когда 0 и 90°, ток можно разложить на составляющие:

по продольной оси ;

по поперечной оси .

Продольная составляющая тока якоря создает продольную реакцию якоря, а поперечная – поперечную реакцию якоря. Угол считается положительным, когда ток отстает от ЭДС

При работе синхронной машины в режиме двигателя ток в статоре имеет противоположное направление по сравнению с режимом генератора. Поэтому при = 0 ось результирующего потока оказывается повернутой относительно потока ротора на угол по направлению вращения ротора. При реакция якоря является продольной и намагничивающей, а при – продольной и размагничивающей.

Сравнение реакции якоря явнополюсных и неявнополюсных машин показывает, что принципиально они отличаются тем, что у неявнополюсных машин воздушный зазор почти одинаковый вдоль продольной и поперечной осей ротора. Поэтому и потоки реакции якоря по осям при одинаковых токах статора практически равны. У явнополюсных машин воздушный зазор вдоль поперечной оси во много раз больше, чем вдоль продольной оси. Поэтому при равных составляющих МДС якоря вдоль продольной и поперечной осей магнитный поток реакции якоря вдоль поперечной оси значительно меньше и составляет, примерно, 60 % от потока вдоль продольной оси.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56