Các phương thức hoạt động của máy phát điện đồng bộ, đặc điểm hoạt động của máy phát điện

Các đại lượng chính đặc trưng cho máy phát đồng bộ là: điện áp đầu cực U, nạp I, công suất biểu kiến ​​P (kVa), số vòng quay rôto trên phút n, hệ số công suất cos φ.

Các đặc điểm quan trọng nhất của máy phát điện đồng bộ như sau:

• đặc tính nhàn rỗi,

• đặc điểm bên ngoài,

• đặc tính điều tiết.

Đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ

Suất điện động của máy phát điện tỉ lệ với độ lớn từ thông Ф tạo bởi dòng điện kích từ iv và số vòng quay n rôto của máy phát trong một phút:

E = cnF,

trong đó s - hệ số tỷ lệ.

Mặc dù độ lớn của suất điện động của máy phát điện đồng bộ phụ thuộc vào số vòng quay của rôto, nhưng không thể điều chỉnh nó bằng cách thay đổi tốc độ quay của rôto, vì tần số của suất điện động có liên quan đến số vòng quay của rôto. số vòng quay của rôto máy phát điện phải được giữ không đổi.

Do đó, vẫn còn cách duy nhất để điều chỉnh độ lớn của suất điện động của máy phát đồng bộ — đây là sự thay đổi trong từ thông chính F. Cách thứ hai thường đạt được bằng cách điều chỉnh dòng kích thích iw bằng cách sử dụng biến trở được đưa vào mạch kích thích của máy phát điện. Trong trường hợp cuộn dây kích thích được cung cấp dòng điện từ máy phát điện một chiều đặt trên cùng trục với máy phát điện đồng bộ này, thì dòng điện kích thích của máy phát điện đồng bộ được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp ở các cực của máy phát điện một chiều.

Sự phụ thuộc của suất điện động E của máy phát đồng bộ vào dòng điện kích thích iw ở tốc độ rôto danh nghĩa không đổi (n = const) và tải bằng 0 (1 = 0) được gọi là đặc tính chạy không tải của máy phát.

Hình 1 cho thấy đặc tính không tải của máy phát điện. Ở đây, nhánh tăng dần 1 của đường cong bị loại bỏ khi iv hiện tại tăng từ 0 lên ivm và nhánh giảm dần 2 của đường cong — khi iv thay đổi từ ivm thành iv = 0.

Cơm. 1. Đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ

Sự phân kỳ giữa các nhánh tăng dần 1 và giảm dần 2 được giải thích bằng từ tính dư. Diện tích giới hạn bởi các nhánh này càng lớn thì tổn thất năng lượng trong thép của máy phát đồng bộ đảo chiều từ hóa càng lớn.

Độ dốc của đường cong không tải trong đoạn thẳng ban đầu của nó đặc trưng cho mạch từ của máy phát đồng bộ. Tốc độ dòng amp-vòng quay trong các khe hở không khí của máy phát càng thấp thì đặc tính không tải của máy phát sẽ càng dốc trong các điều kiện khác.

Đặc điểm bên ngoài của máy phát điện

Điện áp đầu cuối của máy phát đồng bộ có tải phụ thuộc vào suất điện động E của máy phát, điện áp rơi trong điện trở hoạt động của cuộn dây stato, điện áp rơi do suất điện động tự cảm Es tiêu tán và điện áp rơi do phản ứng phần ứng.

Được biết, sức điện động tiêu tán Es phụ thuộc vào từ thông tiêu tán Fc, từ thông này không xuyên qua các cực từ của rôto máy phát và do đó không làm thay đổi mức độ từ hóa của máy phát. Suất điện động tự cảm ứng tiêu tán Es của máy phát tương đối nhỏ và do đó trên thực tế có thể bỏ qua.Theo đó, phần sức điện động của máy phát bù cho suất điện động tự cảm ứng tiêu tán Es có thể được coi là thực tế bằng không .

Đáp ứng phần ứng có ảnh hưởng rõ rệt hơn đến phương thức hoạt động của máy phát đồng bộ và đặc biệt là điện áp ở các cực của nó. Mức độ ảnh hưởng này không chỉ phụ thuộc vào quy mô tải của máy phát mà còn phụ thuộc vào bản chất của tải.

Trước tiên chúng ta xét ảnh hưởng của phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ trong trường hợp phụ tải của máy phát điện chỉ hoạt động thuần túy. Với mục đích này, chúng tôi tham gia vào mạch của một máy phát đồng bộ đang hoạt động như trong hình. 2, một. Trên đây là một phần của stato với một dây hoạt động trên cuộn dây phần ứng và một phần của rôto với một số cực từ của nó.

Cơm. 2. Ảnh hưởng của phản ứng phần ứng dưới tải: a — hoạt động, b — điện cảm, c — điện dung

Tại thời điểm được đề cập, cực bắc của một trong các nam châm điện quay ngược chiều kim đồng hồ với rôto vừa đi qua dây hoạt động của cuộn dây stato.

Suất điện động cảm ứng trong dây này hướng về phía chúng ta phía sau mặt phẳng hình vẽ. Và do tải máy phát hoàn toàn hoạt động nên dòng điện trong dây quấn phần ứng Iz cùng pha với suất điện động. Do đó, trong dây dẫn hoạt động của cuộn dây stato, dòng điện chạy về phía chúng ta do mặt phẳng của hình vẽ.

Các đường sức từ tạo bởi nam châm điện được thể hiện ở đây bằng các đường liền nét và các đường sức từ tạo bởi dòng điện trong dây quấn phần ứng được thể hiện ở đây. - một đường chấm chấm.

Dưới đây trong hình. 2, a cho thấy sơ đồ véc tơ cảm ứng từ của từ trường tạo thành nằm phía trên cực bắc của nam châm điện. Ở đây ta thấy cảm ứng từ V của từ trường chính do nam châm điện tạo ra có hướng hướng tâm, còn cảm ứng từ VI của từ trường của dòng điện trong dây quấn phần ứng có hướng vuông góc với véc tơ V.

Cảm ứng từ thu được Vết cắt hướng lên trên và sang phải. Điều này có nghĩa là một số biến dạng của từ trường cơ bản đã xảy ra do có thêm từ trường. Ở bên trái của Bắc Cực, nó yếu đi một chút và ở bên phải, nó tăng lên một chút.

Dễ dàng nhận thấy rằng thành phần xuyên tâm của vectơ cảm ứng từ thu được, mà độ lớn của suất điện động cảm ứng của máy phát phụ thuộc vào cơ bản, không thay đổi. Do đó, phản ứng phần ứng dưới tải hoạt động hoàn toàn của máy phát không ảnh hưởng đến độ lớn của suất điện động của máy phát.Điều này có nghĩa là điện áp rơi trên máy phát có tải thuần hoạt động chỉ là do điện áp rơi trên điện trở hoạt động của máy phát nếu chúng ta bỏ qua suất điện động tự cảm ứng rò rỉ.

Bây giờ chúng ta hãy giả sử rằng tải trên máy phát đồng bộ là hoàn toàn cảm ứng. Trong trường hợp này, dòng điện Az trễ pha so với suất điện động E một góc π / 2... Điều này có nghĩa là dòng điện cực đại xuất hiện trong vật dẫn muộn hơn một chút so với suất điện động cực đại. Do đó, khi dòng điện trong dây quấn phần ứng đạt giá trị cực đại, cực bắc N sẽ không còn nằm dưới dây này nữa mà sẽ dịch chuyển ra xa hơn một chút theo chiều quay của rôto, như hình vẽ. 2, b.

Trong trường hợp này, các đường sức từ (đường chấm chấm) của từ thông của cuộn dây phần ứng được khép kín qua hai cực đối diện liền kề N và S và hướng vào các đường sức từ của từ trường chính của máy phát do các cực từ tạo ra. Điều này dẫn đến thực tế là đường dẫn từ tính chính không chỉ bị biến dạng mà còn trở nên yếu hơn một chút.

Trong bộ lễ phục. Hình 2.6 cho thấy giản đồ véc tơ của cảm ứng từ: từ trường chính B, từ trường do phản ứng phần ứng Vi và từ trường sinh ra Vres.

Ở đây chúng ta thấy rằng thành phần hướng tâm của cảm ứng từ của từ trường tạo thành đã trở nên nhỏ hơn cảm ứng từ B của từ trường chính một giá trị ΔV. Do đó, suất điện động cảm ứng cũng giảm vì có thành phần hướng tâm của cảm ứng từ.Điều này có nghĩa là điện áp ở các cực của máy phát điện, những thứ khác không đổi, sẽ nhỏ hơn điện áp ở tải máy phát điện hoạt động hoàn toàn.

Nếu máy phát điện có tải thuần điện dung thì dòng điện trong nó lệch pha suất điện động một góc π / 2... Dòng điện trong dây quấn phần ứng của máy phát lúc này đạt cực đại sớm hơn suất điện động lực E. Do đó, khi dòng điện trong dây của cuộn dây neo (Hình 2, c) đạt giá trị cực đại, cực bắc của N vẫn sẽ không chứa dây này.

Trong trường hợp này, các đường sức từ (đường chấm chấm) của từ thông của cuộn dây phần ứng được khép kín qua hai cực đối diện liền kề N và S và được hướng dọc theo đường sức từ của từ trường chính của máy phát điện. Điều này dẫn đến thực tế là từ trường chính của máy phát không chỉ bị biến dạng mà còn bị khuếch đại phần nào.

Trong bộ lễ phục. 2, c hiển thị sơ đồ vectơ của cảm ứng từ: từ trường chính V, từ trường do phản ứng phần ứng Vya và từ trường kết quả Bres. Ta thấy rằng thành phần xuyên tâm của cảm ứng từ của từ trường sinh ra lớn hơn cảm ứng từ B của từ trường chính một lượng ΔB. Do đó, suất điện động cảm ứng của máy phát cũng tăng lên, có nghĩa là điện áp ở các cực của máy phát, tất cả các điều kiện khác đều giống nhau, sẽ trở nên lớn hơn điện áp ở tải máy phát thuần cảm.

Đã xác định được ảnh hưởng của phản ứng phần ứng đến suất điện động của máy phát đồng bộ đối với các tải có tính chất khác nhau, chúng tôi tiến hành làm rõ các đặc điểm bên ngoài của máy phát.Đặc tính bên ngoài của máy phát đồng bộ là sự phụ thuộc của điện áp U ở các cực của nó vào tải I ở tốc độ rôto không đổi (n = const), dòng điện kích thích không đổi (iv = const) và hệ số công suất không đổi (cos φ = hằng số).

Trong bộ lễ phục. 3 đưa ra các đặc tính bên ngoài của máy phát đồng bộ cho các tải có tính chất khác nhau. Đường cong 1 thể hiện đặc tính ngoài dưới tác dụng của tải trọng (cos φ = 1,0). Trong trường hợp này, điện áp đầu cực máy phát giảm khi tải thay đổi từ không tải sang định mức trong khoảng 10 - 20% điện áp máy phát không tải.

Đường cong 2 biểu thị đặc tính bên ngoài với tải điện trở (cos φ = 0, 8). Trong trường hợp này, điện áp ở các cực của máy phát giảm nhanh hơn do hiệu ứng khử từ của phản ứng phần ứng. Khi tải của máy phát thay đổi từ không tải sang định mức, điện áp giảm xuống trong khoảng 20 - 30% điện áp không tải.

Đường cong 3 biểu thị đặc tính bên ngoài của máy phát đồng bộ ở tải điện dung hoạt động (cos φ = 0,8). Trong trường hợp này, điện áp đầu cực của máy phát tăng lên một chút do hoạt động từ hóa của phản ứng phần ứng.

Cơm. 3. Đặc điểm bên ngoài của máy phát điện xoay chiều cho các tải khác nhau: 1 — hoạt động, 2 — điện cảm, 3 điện dung

Đặc tính điều khiển của máy phát điện đồng bộ

Đặc tính điều khiển của máy phát đồng bộ thể hiện sự phụ thuộc của cường độ dòng điện i trong máy phát vào tải I với giá trị hiệu dụng không đổi của điện áp ở các cực của máy phát (U = const), số vòng quay của rôto không đổi của máy phát mỗi phút (n = const) và hằng số của hệ số công suất (cos φ = const).

Trong bộ lễ phục.4 đưa ra ba đặc tính điều khiển của máy phát đồng bộ. Đường cong 1 đề cập đến trường hợp hoạt tải (vì φ = 1).

Cơm. 4. Đặc điểm điều khiển máy phát điện xoay chiều cho các tải khác nhau: 1 — hoạt động, 2 — điện cảm, 3 — điện dung

Ở đây chúng ta thấy rằng khi tải I trên máy phát tăng lên, dòng điện kích thích tăng lên. Điều này có thể hiểu được, bởi vì khi tải I tăng, điện áp rơi trong điện trở hoạt động của cuộn dây phần ứng của máy phát tăng, và cần phải tăng sức điện động E của máy phát bằng cách tăng dòng điện kích thích iv. giữ cho hiệu điện thế U không đổi.

Đường cong 2 đề cập đến trường hợp tải cảm ứng ở cos φ = 0,8... Đường cong này tăng dốc hơn so với đường cong 1, do sự khử từ của phản ứng phần ứng, làm giảm độ lớn của suất điện động E và do đó hiệu điện thế U ở hai đầu máy phát điện.

Đường cong 3 đề cập đến trường hợp tải điện dung hoạt động tại cos φ = 0,8. Đường cong này cho thấy rằng khi tải trên máy phát tăng lên, dòng kích thích i trong máy phát cần ít hơn để duy trì điện áp không đổi trên các cực của nó. Điều này có thể hiểu được, vì trong trường hợp này, phản ứng phần ứng làm tăng từ thông chính và do đó góp phần làm tăng suất điện động của máy phát và điện áp ở các cực của nó.