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: 798; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!