50 Гц необходимо вращать ротор генератора с частотой

об/мин.

Рисунок 2.5 — Разрез статора с ротором синхронного генератора

ОС — обмотка статора; ОР — обмотка ротора.

Обычно у статоров генераторов концы обмоток А_К, В_К, С_К соединяются вместе и образуют звезду, а к началам обмоток через провода , обозначенные на рисунке А, В, С, подключается нагрузка. Когда к статору подключена активная нагрузка, то ток практически совпадет с по направлению с ЭДС.

Тогда три тока в витках В_К, А_Н, С_К будут протекать «от нас», а в витках С_Н, А_К, В_Н — «к нам». Эти токи по правилу правоходового винта создают магнитный суммарный поток Ф_А— поток реакции якоря. По правилу левой руки силовые линии потока реакции якоря заходят в ладонь, четыре пальца показывают направление тока в проводнике, а большой палец указывает направление силы. Сила направлена против вращения ротора. Значит, активная нагрузка тормозит ротор синхронного генератора.

Величина этого тока обмотки статора зависит от того, какая нагрузка включена. С увеличением нагрузки ( тока статора) через частоту вращения ротора сигналы передаются на увеличение подачи топлива, воды и воздуха в котел. Мы, как потребители электроэнергии, определяем загрузку генераторов электростанций. Все генераторы электростанций работают синхронно, другими словами их роторы одновременно поворачиваются на один и тот же угол. Частота вращения 50 Гц, что соответствует 50 об/мин. роторов генераторов поддерживается автоматически количеством энергоносителей, поступающих в турбину. Отклонение частоты допускается ± 0,2 Гц.

2. Фазные и линейные напряжения

Обмотки фаз статора синхронного генератора сдвинуты в пространстве на 120⁰, тогда максимумы ЭДС в каждой фазе сдвинуты по углу также на 120⁰, что соответствует 2π/3 радиан (360⁰ = 2π). Мгновенные значения ЭДС в каждой фазе будут иметь значения

; ;

Фазные ЭДС— это напряжения на холостом ходу генератора между началом и концом обмоток U_Ан-Ак ; U_Вн-Вк ; U_Сн-Ск . Концы обмоток соединены в общую точку (в звезду), которая называется нулевой N. Тогда фазные напряжения можем записать, подразумевая под А,В,С начала обмоток U_А-N ; U_В-N ; U_С-N. В дальнейшем индекс N в фазных напряжениях опускают и получаем U_А; U_В; U_С. Представим фазные напряжения в виде векторов, сдвинутых друг относительно друга на 120⁰ или 2π/3 радиан (рис. 4.6 )

Если измерить напряжения между началами обмоток, то получим междуфазные напряжения, которые чаще называют линейными. По величине линейные напряжения в раз больше фазных. Зная направление и величину векторов фазных напряжений нетрудно вычислить векторы междуфазных напряжений

U_AB = U_A – U_B; U_BC = U_B – U_C; U_CA = U_C – U_A.

Не следует забывать, что векторы вращаются против часовой стрелки, а на векторной диаграмме мы их останавливаем в определенный момент времени. Мгновенные значения напряжений в этот момент времени определяются проекцией векторов на вертикальную ось.

Рисунок 4.6 — Фазные и линейные напряжения

Между нулевым проводом и фазными проводами получим фазные напряжения, мгновенные значения которых вычисляются по тем же формулам, что и ЭДС

; ;

Если представить в виде векторов, то они сдвинуты друг относительно друга на 120⁰. На рис.4.6. изображены векторы, когда ωt = π/2. При подключении нагрузки (сопротивлений) под действием этих напряжений будет протекать токи. Если подключим активно-индуктивную нагрузку, например, три одинаковые стиральные машины с асинхронными двигателями, то ток в каждой фазе будет отставать от соответствующего напряжения на угол φ (рис. 3.7). Часть напряжения каждой фазы будет теряться в питающих проводах, поэтому, если на выводах трансформатора напряжение составляло 230 В, то на вводах двигателе напряжение будет, например, 220 В. Но углы между векторами напряжений останутся прежние.

При несимметричной нагрузке углы между векторами фазных напряжений могут отличаться от значения 2π/3. Соответственно и линейные напряжения будут несимметричными.

. При повороте ротора на 120⁰ в расточке статора максимальная ЭДС будет в витках обмотки фазы В, а еще через 120⁰ — в витках обмотки фазы С. Один поворот ротора на 360⁰ = 2π радиан осуществляется за 0,02 с. Другими словами период равен Т = 0,02 с, а частота — величина обратная периоду f =1/T. Конструкция ротора и обмоток статора выполнены так, что наводимая в витках обмотки статора ЭДС изменяется по синусоидальному закону. Мгновенные значения ЭДС изменяются в зависимости от угла поворота ротора α = ω t. Угол поворота ротора — это путь, равный произведению угловой скорости на время. Угловую скорость ω удобно выражать в радианах. Поворот ротора на 360⁰ происходит со скоростью ω = 2π/Т = 2πf . Поворот ротора на произвольный угол α происходит за время t α = ωt, тогда значение ЭДС в произвольный момент времени

.

e = B L V; e_МАКС = B_МАКС L V,

где V — скорость движения проводника в магнитном поле, она постоянная и определяется частотой вращения ротора и диаметром ротора.

В любой момент времени

е_МГНОВ = е_МАКС sin α = e_МАКС sin ωt. Записывают е_МГНОВ = Е_МАКС sin ωt.

Для получения частоты 50 Гц ротор необходимо вращать с частотой 3000 об/мин., тогда

; Гц,

где р — число пар полюсов.

У гидрогенераторов, например, р = 10, тогда для получения частоты