2. Потери и кпд синхронного генератора.

В процессе работы С.Г. как в режиме холостого хода, так и при нагрузке в нём выделяются потери энергии. Их можно разделить на две группы. Основные – обусловлены основными электро-магнитными и электро-механическими процессами.

Добавочные – обусловлены побочными, второстепенными процессами.

К основным потерям относятся:

– потери в меди обмотки ротора - Р_в;

– потери в меди обмотки статора - Р_м1;

– потери в стали статора - Р_мех ( на преодоление сил трения в подшипниках, о воздух, на вентиляцию и охлаждение).

К добавочным потерям относятся:

– потери в меди обмотки статора - за счет потоков рассеяния, которые обуславливают вытеснение тока из глубины паза;

– потери в стали от высших гармонических магнитного потока в роторе и статоре;

– потери в стали корпуса, подшипниковых узлов и других

конструктивных элементах, от потоков рассеяния;

– потери от зубцовых гармоник в стали статора и ротора.

Коэффициент полезного действия С.Г. определяется выражением:

.

Р_{1 –} подведённая к С.Г. мощность.

Р₂ = mU₁I₁cos – полезная мощность С.Г.

Р_I – сумма всех потерь.

Обычно = 0,8-0,9 –для С.Г. средней мощности, = 0,92-0,99 для самых крупных машин.

3.Нагрузочная характеристика с.Г.

Это зависимость U₁= f (I_В) при I₁= const;

Cos  = const; f = const;  = const.

Она показывает, как изменяется напряжение С.Г. U₁ при изменении тока возбуждения при условии, что I₁ и cos постоянны. Нагрузочная характеристика строится в тех же осях, что и характеристика холостого хода. Более того, Х.Х.Х. можно рассматривать как частный случай нагрузочной характеристики при I₁ = 0, когда cos не имеет смысла. Существует целое многочисленное семейство нагрузочных характеристик, но практическое значение имеет лишь одна из них – это индукционная нагрузочная характеристика, соответстующая чисто индуктивной нагрузке при cos =0, когда  = 90⁰, при токе статора I₁ = I_1н.

Естественно, что за счет сильного размагничивающего действия реакции при снятии этой характеристики она проходит ниже Х.Х.Х., а её начало соответствует режиму установившегося короткого замыкания при каком-то значении тока возбуждения I_вкн и номинальном токе обмотки статора. Если учесть, что эта точка совпадает с точкой “С ” реактивного треугольника, рассмотренного при анализе характеристики короткого замыкания, то не сложно доказать, что нагрузочную характеристику можно построить, перемещая реактивный треугольник параллельно самому себе так, чтобы вершина «А» скользила по Х.Х.Х. Тогда вершина «С» опишет индуктивную нагрузочную характеристику.

Эта характеристика может быть полезна при определении параметров синхронного генератора.

4. Параметры с.Г. И их опытное определение.

В предыдущих лекциях было показано, что основными параметрами С.Г. в установившихся нормальных режимах (при симметричной нагрузке) являются индуктивные сопротивления реакции якоря Х_аd ; Х_аq Х_а, индуктивное сопротивление рассеяния Х_s и активное сопротивление обмотки статора, а также омическое сопротивление обмотки ротора. Естественно, что все эти параметры можно определить расчетным путём в процессе проектирования С.Г., однако, для инженеров – электриков-эксплуатационников наибольший интерес представляют экспериментальные методы определения параметров С.Г.

Рисунок 2. Нагрузочная индукционная характеристика при I₁ = I_1н; Cosφ = 0.

Отметим при этом, что активное сопротивление обмотки статора R₁ очень мало по сравнению с величинами Х_аd; Х_аq; Х_а, поэтому величиной R₁ можно зачастую пренебречь.

Кроме того, еще раз отметим, что полному магнитному потоку статора отвечают индуктивные (синхронные) сопротивления.

Х_d = Х_аd + Х_s; Х_q = Х_аq + Х_s; Х_с= Х_а+ Х_s.

а) Определение сопротивления Х_d.

Д ля определения ненасыщенного значения Х_d используются Х.Х.Х. и Х.К.З.

Если провести касательную к Х.Х.Х. из точки О (пунктирная линия на рисунке 3) и выбрать произвольно любое значение тока I_к, то с помощью Х.К.З. нетрудно определить какое-то значение фазного напряжение U₁ на спрямленной Х.Х.Х., которое соответствует току трехфазного К.З. I_к. Для этого надо провести перпендикуляр к оси абсцисс через точку В до точки А. При установившемся К.З. полное сопротивление фазы статора равно

.

Если пренебречь значением R₁, то легко найти, что .

Для большей точности Х.Х.Х. и Х.К.З. следует снимать, изменяя ток возбуждения лишь в одном направлении, избегая гистерезиса.

Для определения Х_d можно использовать Х.Х.Х. и нагрузочную индуктивную характеристику при токе в обмотке статора, равном его номинальному значению.

В этом случае, пренебрегая активным сопротивлением, можно

.

.

.

X.X.X.

.

.

.

U

a

X.X.X.

A

U₁

B

в

E₁₀

E^/₁₀

U₁

U^/₁

I_B

С

Iвкн

Рисунок 4. Нагрузочная характеристика при I₁ = I_1Н; Cos  = 0

определить как насыщенное, так и ненасыщенное значение индуктивного сопротивления Х_d по формулам, приведенным ниже.

Для насыщенного значения Х_d проводят перпендикуляр к оси абсцисс в насыщенной области Х.Х.Х. Тогда:

.

Это метод «падения» напряжения в фазе обмотки статора. Естественно, что значения Е₁₀; U₁; I_1Н – фазные.

Для определения ненасыщенного значения Х_d перпендикуляр «ас» проводят в области ненасыщенной части Х.Х.Х., но не левее точки I_ВКН, и используют спрямленную Х.Х.Х. Формула аналогична.

.

Величину индуктивного сопротивления Х_d в относительных единицах легко определить через ОКЗ по формуле , а затем перейти к физическим единицам: .

Значение ОКЗ определяют с помощью Х.Х.Х. и Х.К.З., как показано на предыдущей лекции.

в) Определение индуктивного сопротивления рассеяния Х_s.

Для этого необходимо экспериментально снять три характеристики: Х.Х.Х.; Х.К.З. и индуктивную нагрузочную.

Рисунок 5

Построение

нагрузочной

характеристики.

Задавшись значением тока статора I_1Н по Х.К.З. определяем точку «С» реактивного треугольника, соответствующую току

возбуждения I_ВКН.

Отложим на оси ординат значение напряжения U_1Н и проведем горизонталь до пересечения с нагрузочной индуктивной характеристикой в точке С’. От нее влево отложим отрезок С^/О^/ = СО равный отрезку СО, пропорциональному току I_ВКН. Через полученную точку О^/ проведем прямую, параллельную начальной прямолинейной части характеристики холостого хода до пересечения с ней же в точке А^/. Из точки А^/ опустим перпендикуляр А^/В^/ до пересечения с отрезком С^/О^/ в точке В^/. В результате получим реактивный треугольник А^/В^/С^/, равновеликий треугольнику АВС, полученному ранее. Отрезок А^/В^/ в масштабе напряжения определяет величину ЭДС рассеяния Е_S, следовательно, индуктивное сопротивление рассеяния Х_S определяется формулой: .

г) Определение активного сопротивления R₁.

Активное сопротивление R₁ можно определить по данным опыта короткого замыкания, если при этом определить путем измерений мощность Р_К всех трех фаз обмотки статора. Тогда

.

Или воспользоваться методами измерения омического сопротивления и учесть коэффициент К_f, который определяет увеличение сопротивления за счет вихревых токов. Он равен обычно:

К_f = 1,04  1,1 f₁ = 50 Гц.