Схема замещения и векторная диаграмма фазы синхронного генератора



Уравнению электрического состояния фазы статора синхронно­го генератора (15.3) соответствует схема замещения на рис. 15.4, а.

Построим векторную диаграмму фазы синхронного генератора. В качестве исходного выберем вектор магнитного потокосцепления


Rs

и

Ф0 (направлен влево по оси абсцисс на рис. 15.4, б). Вектор ЭДС Ё(), индукти­руемой пртокосцеплением Ф0, отстает от вектора Ф0на 90°. Вектор тока статора (якоря)iотстает от Ё{) на угол ф0, опре­деляемый соотношением реактивных и активных сопротивлений:


 



Х + Х^

RB+ Ru

гдеXuиRu— индуктивное и активное сопротивления цепи нагрузки генерато­ра.

Вектор напряженияRBIсовпадает по фазе с вектором тока а вектор напря­женияjXiопережает этот вектор на 90°. Чтобы определить положение вектора напряженияUмежду выводами фазной обмотки генератора, вычтем из вектора Ё0 сумму векторов напряжений на ак­тивном и реактивном сопротивлениях фазной обмотки:U = Ё0 - jXi - Rj. Соединив концы векторов Ё0 иU, полу­чим треугольник напряжений на актив­ном и индуктивном сопротивлениях

фазы генератора с гипотенузойZQб/. Отметим, что для наглядности диаграммы преувеличена длина вектора напряженияRBi.

Энергетический баланс и КПД синхронного генератора

Энергетический баланс синхронного генератора можно пояснить с помощью его векторной диаграммы (рис. 15.4, б). Спроецировав вектор Ё0 и его составляющие на направление вектора тока /, запи­шем активную составляющую ЭДС:

Е()собц)0 = RBI +U cos ф.                    (15.5)

Умножив все члены уравнения (15.5) на действующее значение тока /, получим уравнение активных электрических мощностей од­ной фазы генератора:

^о/совфо = RBI2+ UI cos ф,                  (15.6а)

и для генератора

(15.4)

Фо = arctg

3 E()I cosy = 3RBI2+ ЗКГсовф.                (15.66)

Уравнение (15.66) показывает, что электрическая мощность статора Рэс складывается из мощности потерь в проводах Рпр и электрической мощно­сти Р, с которой генератор отдает энер­гию в сеть, т. е. Р, с = Рпр + Р. Но кроме мощности потерь в проводах в генера­торе имеют место еще мощность меха­нических потерь Рм„ и мощность по­терь из-за гистерезиса и вихревых то­ков в электротехнической стали Рс ста­тора и полюсных башмаков. Из урав­нения (15.65) видно, что мощность этих потерь покрывается не за счет электрической мощности, а непосредственно за счет механи­ческой мощности первичного двигателя. Соответствующая энерге­тическая диаграмма синхронного генератора показана на рис. 15.5. Кроме того, в синхронном генераторе имеют место потери энергии на возбуждение. Мощность потерь на возбуждение генератора рав­на мощности источника постоянного тока возбудителя Рвш и состав­ляет примерно 0,3 — 1 % номинальной мощности генераторов. Мощ­ность всех потерь энергии в генераторе делится на мощность посто­янных потерь, почти не зависящую от нагрузки, и мощность пере­менных потерь, изменяющуюся в зависимости от нагрузки. Мощ­ность постоянных потерь Рпос равна сумме мощностей потерь меха­нических Рм п, возбуждения Рвоз и в электротехнической стали Рс, мощность переменных потерь Риер равна мощности потерь в прово­дах.

Электрическая мощность генератора, выраженная через фазные напряжения и ток, Р = 3UIcos ср при одном и том же токе зависит от coscp нагрузки. Но сечения проводов обмоток генератора рассчиты­ваются на определенное значение тока, а его изоляция и сечение магнитной цепи — на определенное напряжениеU,следовательно, эти величины выбираются независимо от cos ср нагрузки. По этой при­чине подобно трансформаторам номинальной мощностью генерато­ра считается его полная мощностьS=3UI>измеряемая в киловольт- амперах. Было бы нецелесообразно соединять генератор с турбиной, рассчитанной на его полную мощностьS(деленную на его КПД), так как почти всегда costp < 1. Поэтому турбина к генератору обыч­но имеет несколько меньшую мощность, чем полная мощность ге­нератора (например, из расчета coscp = 0,8).

-Л-

I

Ь-

Ml

3 UI cosy Рис. 15.5

Мощность генератора пропорциональна его линейным размерам в четвертой степени, так что с увеличением номинальной мощности генератора уменьшается поверхность охлаждения, приходящаяся на единицу мощности, поэтому необходимо создавать усиленное охлаж­дение искусственным путем посредством вентиляции машины. В крупных турбогенераторах количество воздуха, необходимое для
вентиляции, весьма велико. Так, часо­вой расход воздуха на охлаждение ма­шины равен массе машины.

Для генераторов мощностью более 25 ООО кВ • А обычно применяется во­дородное охлаждение. Преимущества такого охлаждения определяются тем, что водород легче воздуха в 14 раз, его теплоемкость больше в 14 раз, тепло­проводность — в 7 раз, а коэффициент теплоотдачи с охлаждаемой поверхно­сти — в 1,35 раза.

Коэффициент полезного действия генератора, включенного в сеть, равен отношению его активной мощности к мощности первичного дви­гателя; последнюю убыль удобно представить как сумму мощности генератора и мощности всех видов потерь в машине, следовательно,

Т1 = Зг//С08ф/(ЗС//С08ф + Рпост + Рпер).              (15.7)

Уравнение КПД показывает, что с уменьшением нагрузки КПД также уменьшается. На рис. 15.6 приведены зависимости КПД гене­ратора от нагрузки при различных значениях совф. С увеличением номинальной мощности генераторов возрастают КПД как самого генератора, так и его первичного двигателя.


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 416;