Схема замещения и векторная диаграмма фазы синхронного генератора

Уравнению электрического состояния фазы статора синхронного генератора (15.3) соответствует схема замещения, выделенная на рис. 15.4, а пунктиром. Для построения векторной диаграммы фазы синхронного генератора в качестве исходного выбран вектор магнитного потокосцепления % (направлен по оси действительных величин на рис. 15.4, б). Вектор ЭДС Ё0, индуцируемой потокосцеплением %, отстает от вектора % на угол тс/2. Вектор тока статора (якоря) / отстает от ЭДС на угол ср0, определяемый соотношением реактивного и активного сопротивлений цепи фазы статора:

где Х„ и RH — индуктивное и активное сопротивления цепи нагрузки ZH автономно работающего генератора.

Вектор напряжения RBI совпадает по фазе с вектором тока /, а вектор напряжения jXl опережает его угол на п/2. Чтобы определить положение вектора напряжения U между выводами обмотки фазы генератора, вычтем из вектора ЭДС Ё0 сумму векторов напряжений на активном и реактивном сопротивлениях обмотки фазы: U = Ё0- jXI - RBI. Соединив концы векторов Ё0 и U, получим прямоугольный треугольник напряжений фазы генератора с гипотенузой Z^/.

Значение синхронного реактивного сопротивления обмотки фазы статора Х=Храс + Хя в 10—20 раз превышает значение ее активного сопротивления Rs, которое в дальнейшем не будем учитывать.

Энергетический баланс и КПД синхронного генератора

Энергетический баланс синхронного генератора поясним векторной диаграммой его фазы (рис. 15.4, б). Спроектировав вектор ЭДС Ё0 и его составляющие на направление вектора тока /, запишем активную составляющую ЭДС:

Умножив все слагаемые в (15.5) на действующее значение тока /, получим уравнение баланса электрических мощностей трехфазного генератора:

где Рэс электрическая мощность статора; Рпр мощность потерь на нагрев проводов обмотки статора; Р — мощность генератора в электрической сети.

Диаграмма преобразования энергии в синхронном генераторе приведена на рис. 15.5, где — мощность первичного двигателя; Рмехп — мощность механических потерь; Рс — мощность потерь на гистерезис и вихревые токи в электротехнической стали статора и полюсных башмаков; Р&03 — мощность потерь на возбуждение (0,3—1% номинальной мощности генераторов).

По характеру зависимости от нагрузки генератора различают мощности постоянных Рпос и переменных Рпер потерь. К первой относится сумма мощностей потерь механических Рмех.п, возбуждения Рвоз и в электротехнической стали Рс, ко второй — мощность потерь в проводах обмотки статора Рпр.

Мощность генератора Р= 3?//coscp при постоянных значениях напряжения и тока зависит от коэффициента мощности cos <р нагрузки. Однако площадь поперечного сечения проводов обмоток статора генератора рассчитывается на определенное значение тока /, а их изоляция и площадь поперечного сечения магнитной цепи — на определенное значение напряжения U. Следовательно, значения этих величин выбираются независимо от значения коэффициента мощности cos ср нагрузки. По этой причине подобно трансформаторам номинальной мощностью генератора считается его номинальная полная мощность -5'Н0М = ЗС/Н0М/Н0М, измеряемая в вольт-амперах. Турбина обычно имеет меньшую мощность, чем полная мощность генератора (например, из расчета cos ф = 0,8).

При увеличении номинальной мощности генератора условия его охлаждения ухудшаются. Для охлаждения турбогенераторов большой мощности применяется вентиляция. При этом в час требуется примерно столько воздуха, сколько весит сам генератор. Для охлаждения генераторов мощностью более 25 000 кВ * А применяется водород, который относительно воздуха легче в 14 раз, имеет больше теплоемкость в 14 раз, теплопроводность — в 7 раз, коэффициент теплоотдачи с охлаждаемой поверхности — в 1,35 раза.

Коэффициент полезного действия генератора, включенного в сеть, равен отношению его активной мощности к сумме мощностей первичного

Р = 3 Wcos

Рис. 15.5

двигателя и возбудителя, равной сумме активной мощности генератора и мощности всех видов потеоь в нем. т. е.

Уравнение (15.7) показывает, что с уменьшением нагрузки генератора его КПД также уменьшается.

На рис. 15.6 приведены зависимости КПД генератора от нагрузки при различных значениях коэффициента мощности cosep. С увеличением номинальной мощности генераторов возрастают КПД как генератора, так и его первичного двигателя.

15.7. РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >