S I N H R O N Ā S M A Š Ī N A S 2.daļa
Statora trīsfāzu tinumi Statora trīsfāzu tinumus veido no trim vienfāzes tinumiem, kuru sākumi nobīdīti par 120 elektriskajiem grādiem jeb. Vienkāršākajā gadījumā trīsfāzu tinuma izveidošanai nepieciešamas trīs spoles uz katru polu pāri.
3. uzdevums. Izveidot trīsfāzu koncentrēto tinumu, kuram q= 1, m=3, 2p=4, z=12. Atrisinājums. Aprēķinām tinuma parametrus: Pirmās fāzes tinumu sākam ar rievu 1 un veidojam to tāpat kā vienfāzes tinumu. Lai noteiktu otrās fāzes sākumam atbilstošās rievas numuri pirmās fāzes sākuma rievas numuram pieskaitām y f :
Otro un trešo fāzi veidojam tāpat kā pirmo. Fāzu tinumu sākumus apzīmējam ar C1, C2 un C3, beigas ar C4, C5 un C6.
zīmējumā attēlots vienkāršākais vienslāņa koncentrētais tinums. Praksē sinhronajiem ģeneratoriem lieto sadalīto divslāņu tinumu ar saīsinātu soli un lielu vijumu skaitu. Tinuma soļa saīsināšana uzlabo EDS līknes formu un dod iespēju samazināt vara patēriņu frontālajiem savienojumiem. Divslāņu tinumam spoļu skaits uz polu pāri katrā fāzē vienmēr vienāds ar 2q.
:4. uzdevums. Aprēķināt un uzzīmēt trīsfāzu divslāņu tinumu ar saīsinātu soli, ja z=24, 2p=4, (solis saīsināts par ). Atrisinājums. Rievu skaits uz polu un fāzi Tātad šim tinumam katrā fāzē uz polu pāri tin 2q=4 spoles.
Tā kā solis ir saīsināts, samazinās tinuma EDS, jo magnētiskā indukcija dažādās spoles malās ir atšķirīga. Ja spoles kreisā mala atrodas magnētiskajā laukā ar indukciju Bmax, tad labā mala atrodas magnētiskajā laukā ar daudz mazāku indukciju B
EDS samazināšanos tinuma sola saīsinājuma dēļ raksturo saīsinājuma koeficients k y. Tinuma sadalījuma koeficienta un saīsinājuma koeficienta reizinājumu sauc par tinuma koeficientu: Tinuma koeficients parasti ir 0,9... 0,95.
Ņemot vērā tinuma koeficientu, fāzes EDS formula iegūst šādu veidu: Ja spoļu aktīvo malu rievu EDS attēlo ar vektoriem, var konstruēt tinuma rievu EDS zvaigzni. Šajā nolūkā pēc formulas jānosaka leņķis α starp rievām elektriskajos grādos. Par šādu leņķi nobīdīti blakus rievu EDS vektori.
Konstruēsim rievu EDS zvaigzni šim tinumam. Uz horizontālās ass virzienā pa kreisi atliekam rievas1 EDS vektoru. Šīs spoles otrai aktīvajai malai, kura atrodas rievā 6, EDS vektors pagriezts pulksteņa rādītāju kustības virzienā par leņķi 5 30 == 150°el. Analogi atliekam rievu 2 un 7 vektorus. Attēlā rievu EDS pirmajai fāzei attēloti ar nepārtrauktu līniju, otrajai fāzei ar svītrlīniju, bet trešajai fāzei ar punktlīniju. Pie katra vektora norādīti to rievu numuri, kurās ievietotas tinuma aktīvās malas. Statora fāzu tinumus parasti savieno zvaigznē, jo trīsstūra slēgumā nesimetriskas fāzu slodzes gadījumā strāvas trešās harmoniskās karsē statora tinumu pat pie nelielas ģeneratora slodzes. Piekto un septīto harmonisko iedarbību samazina, saīsinot tinuma soli.
EDS zvaigzne
Tinumu magnētiskais lauks Kā zināms no elektrotehnikas kursa, ja trīsfāzu tinumā plūst trīsfāzu maiņstrāva, tad rezultējošais MS rada magnētisko lauku, kurš rotē telpā ar ātrumu Simetriskas slodzes gadījumā rotējošā magnētiskā lauka rezultējošā plūsma ir nemainīga un vienāda ar 1,5 Φmax. kur Φmax vienas fāzes magnētiskās plūsmas amplitūdas vērtība. Sinhronā ģeneratora statora magnētiskais lauks griežas tajā pašā virzienā un ar tādu pašu ātrumu kā rotors, jo statora rotējošā magnētiskā lauka un rotora griešanās ātrumu aprēķina pēc vienas formulas. Tātad statora rotējošais lauks ir nekustīgs attiecībā pret rotoru. Statora magnētiskajam laukam, kuru bieži sauc par enkura lauku, ir divas komponentes enkura galvenais magnētiskais lauks, ko raksturo plūsma Φe, un izkliedes magnētiskais lauks ar plūsmu Φσ. Izkliedes magnētiskā lauka spēka līnijas noslēdzas ap enkura tinuma vijumiem un rotoru neskar
Tinumu magnētiskais lauks Rotējošā magnētiskā lauka iegūšanai vienfāzes strāvas gadījumā uz statora uztin divas savstarpēji perpendikulāras spoles. Fāzu nobīdes leņķim starp šo spoļu strāvām jābūt tuvam 90°. Šajā nolūkā vienas spoles ķēdē ieslēdz kondensatoru C vai rezistoru R.
5. uzdevums. Noteikt sinhronā ģeneratora fāzes EDS vērtību, ja doti šādi tinuma parametri: w=60, f i =50Hz, k w =0,93, Φ=0,02 Wb. Atrisinājums. Fāzes EDS nosakām pēc formulas :
Relatīvās vienībās Lai salīdzinātu dažāda veida sinhronās mašīnas, to raksturojošos lielumus izsaka relatīvās vienībās (kā daļu vai procentos no lieluma nominālās vērtības) šādi:
Relatīvās vienībās Ja, piemēram, tad
Relatīvās vienībās Izsakot relatīvās vienībās ierosmes strāvu, to attiecina uz tādu ierosmes strāvu, kurai nominālā griešanās ātruma gadījumā atbilst nomināls spriegums.
SINHRONA ĢENERATORA RAKSTURLIKNES
Viena no svarīgākajām sinhronā ģeneratora raksturlīknēm ir ārējā raksturlīkne U=f(I),.ja n = const, If=const un cosφ = const. Par sinhronā ģeneratora ārējām raksturlīknēm sauc līknes, kas grafiski attēlo ģeneratora spaiļu sprieguma atkarību no slodzes strāvas, ja ierosmes strāva, frekvence un jaudas koeficients ir nemainīgi. Arējās raksturlīknes uzņem pie jaudas koeficienta vērtībām cos φ = l (aktīva slodze) un cosφ=0,8 (induktīva vai kapacitatīva slodze), slodzes strāvu samazinot un palielinot.
Ārējā raksturlīkne Ja ārējās raksturlīknes uzņem, slodzes strāvu samazinot, ģeneratora nominālo spriegumu ieregulē pie nominālās strāvas. Uzturot griešanās ātrumu, ierosmes strāvu un jaudas koeficientu nemainīgus, pakāpeniski atslogo ģeneratoru un pieraksta mēraparātu rādījumus. Samazinoties ģeneratora aktīvajai slodzei (cosφ= l), ģeneratora spaiļu spriegums pieaug, jo samazinās sprieguma kritums statora tinumu aktīvajā un induktīvajā pretestībā (161. zīm. a). Samazinoties aktīvi induktīvai slodzei, ģeneratora spriegums pieaug vēl straujāk, jo vienlaikus ar sprieguma krituma samazināšanos pavājinās ari enkura reakcijas atmagnetizējošā darbība, kuru rada slodzes strāvas induktīvā komponente.
Ārējā raksturlīkne No ārējām raksturlīknēm, kas uzņemtas, slodzes strāvu samazinot, var noteikt ģeneratora sprieguma pieaugumu, atslēdzot nominālo slodzi un sprieguma pieaugums šajā gadījumā nedrīkst pārsniegt 50% no nominālā sprieguma. Ja ārējās raksturlīknes uzņem, slodzes strāvu palielinot, ģeneratora nominālo spriegumu ieregulē tukšgaitā. Pakāpeniski ģeneratora slodzi palielina līdz nominālajai vērtībai un pieraksta mēraparātu rādījumus.
Ārējā raksturlīkne Pēc ārējās raksturlīknes var noteikt ģeneratora sprieguma izmaiņu
Regulēšanas raksturlīknes Par sinhronā ģeneratora regulēšanas raksturlīknēm sauc līknes, kas grafiski attēlo ierosmes strāvas atkarību no slodzes strāvas, ja frekvence, spaiļu spriegums un jaudas koeficients ir nemainīgi. Regulēšanas raksturlīkne rāda, kā jāmaina ierosmes strāva, lai, mainoties slodzei, nodrošinātu nemainīgu ģeneratora spaiļu spriegumu. Palielinoties aktīvai slodzei, jāpalielina ari ierosmes strāva, jo pieaug sprieguma kritums un tā kompensācijai vajadzīgs lielāks ģeneratora EDS. Palielinoties aktīvi induktīvai slodzei ierosmes strāva jāpalielina vēl vairāk, jo jākompensē ari enkura reakcijas atmagnetizējošā darbība, Turpretī, palielinoties aktīvi kapacitatīvai slodzei, ierosmes strāva jāsamazina, jo enkura reakcija magnetizē mašīnu.
Regulēšanas raksturlīknes No raksturlīknēm redzams, ka nemainīgu spriegumu var panākt, ja induktīvas un aktīvas slodzes gadījumā ierosmes strāvu palielina, bet kapacitatīvas slodzes gadījumā ierosmes strāvu samazina.
Induktīvās pretestības Samērā lielo mašīnas sprieguma izmaiņu iemesls ir induktīvās pretestības X d un X q kuru vērtības dotas tabulā. Mašīnu tipi ar izvirzītajiem poliem 0,61,50,40,90,110,15 ar neizvirzītajiem poliem 1,4-2 0,100,18
No tabulas redzam, ka pretestību nosaka garenplūsma, jo izkliedes plūsmas radītā pretestība ir samērā maza. Pretestību var aprēķināt pēc tukšgaitas un īsslēguma raksturlīknēm, t. i., U 0 =f(I), ja n=const, I=0 un I k =f(I f ), ja n=const, U=0.
Normālo tukšgaitas raksturlīkņu dati Tukšgaitas raksturlīkne parada, ka mainās ģeneratora tukšgaitas spriegums atkarībā no ierosmes strāvas nemainīga griešanās ātruma gadījumā. Dažādām sinhronajām mašīnām eksperimentāli noteiktās tukšgaitas raksturlīknes atšķiras maz no tabulā dotajām normālajām tukšgaitas raksturlīknēm. 00,511,522,533,5 0 0,5811,211,331,41,461,51Turboģener atoriem 0 0,5311,231,30Hidroģenera toriem
Īsslēguma raksturlīkne Īsslēguma raksturlīkne parāda, kā mainās ģeneratora īsslēguma strāva atkarībā no ierosmes strāvas nemainīga griešanās ātruma gadījumā. Īsslēguma strāvu praktiski nosaka vienīgi induktīvā pretestība. Enkura reakcijas garenplūsma atmagnetizē mašīnu, tā ir vāji piesātināta, un īsslēguma raksturlīkne tāpēc ir taisne.
Pretestības grafisks aprēķins Lai noteiktu, diagrammā iezīmē arī nepiesātinātas mašīnas tukšgaitas raksturlīkni. To var iegūt, novelkot pieskari, tukšgaitas raksturlīknes sākumpunktā. Pēc Oma likuma
Lielumu sauc par īsslēguma attiecību. To nosaka ar relatīvo īsslēguma strāvu tādas ierosmes strāvas gadījumā, kad ierosmes strāvai tukšgaitā atbilst nominālais spriegums. Īsslēguma attiecība K īssl nosaka sinhronās mašīnas darbības stabilitāti un tās izmērus, un tai ir šādas vērtības: hidroģeneratoriem Kīssl = 0,9... l,9, turboģeneratoriem Kīssl = 0, ,9.
Piesātināta mašīna ir mazāka nekā nepiesātinātā mašīnā, un to var noteikt, iezīmējot kopējā diagrammā tukšgaitas un induktīvās slodzes raksturlīkni U=f(I f ), ia n = const, I N = const un cos φ = 0. Nosakot nominālajam režīmam atbilstošo, jālieto slodzes raksturlīkne ar I N = const un diagrammā jāizvēlas tāda ierosmes strāva, kurai pēc slodzes raksturlīknes atbilst nominālais spriegums. Tādā gadījumā :
SINHRONA ĢENERATORA DARBĪBA AR NESIMETRISKU SLODZI Lielas nesimetriskas slodzes un it īpaši vienas fāzes vai divu fāzu īsslēguma gadījumā sinhronā ģeneratora spriegumi kļūst nevienādi un patērētāju normāla darbība nav iespējama.
Strāvas simetriskās komponentes un to inducētie EDS parādīti attēlā :
Pēc vektoru diagrammas, īsslēgtajā fāzē EDS: un Pēc līdzīgam formulām var aprēķināt īsslēguma strāvas fāzēs B un C.
Vispārīgā veidā vienas fāzes īsslēguma strāvas aprēķina formula ir šāda:
Pēc aplūkotās metodes nosakot divu fāzu īsslēguma strāvu, iegūta formula
bet trīs fāzu īsslēguma strāvu var aprēķināt pēc formulas kur E rotora magnētiskās plūsmas inducētais EDS; I k1, I k2 un I k3 īsslēguma strāvas; X 1, X 2 un X 0 tiešās apgrieztās un nulles secības reaktīvās pretestības.
Tiešās, apgrieztās un nulles secības komponentes Tiešās secības komponentu I A1, I B1 un I C1 radītais magnētiskais lauks un rotors griežas vienā virzienā ar sinhrono ātrumu n. Apgrieztās secības komponentu I A2, I B2 un I C2 radītais magnētiskais lauks un rotors griežas pretējos virzienos ar sinhrono ātrumu n. Nulles secības vienādās komponentes I A0, I B0 un I C0 sakrīt fāzē, un to radītās magnētiskās plūsmas ir telpā savstarpēji nobīdītas par 120°.
Tiešās, apgrieztās un nulles secības reaktīvās pretestības Turboģeneratoros1,60,160,06 Hidroģeneratoros1,00,24- 0,42 0,09
īsslēguma strāvu attiecība: Turboģeneratoros Hidroģeneratoros
Sinhrono ģeneratoru paralēlās darbības noteikumi 1)strādājoša un pieslēdzamā ģeneratora spriegumi ir vienādi: 2)strādājoša un pieslēdzama ģeneratora spriegumu vektori ir pretējās fāzēs; jāatzīmē, ka ģeneratoru spriegumi patiesībā sakrīt fāzē, pretējās fāzēs tie ir uz elektrostacijas kopnēm ; ģeneratoru frekvences ir vienādas: ģeneratoru fāzu secība ir vienāda: un.
Ja ģeneratoru spriegumi nav skaitliski vienādi, piemēram,, bet pārējie noteikumi izpildīti, tad ģeneratoru tinumos rodas izlīdzinošā strāva I izl (zīm. a). Ja, saslēdzot ģeneratorus paralēlai darbībai, to spriegumu vektoru fāzu nobīdes leņķis ir mazāks par 180° (ģeneratoru rotoru fāzu nobīdes leņķis ir 180° - θ), tad tinumos rodas izlīdzinošā strāva, kuras vērtību nosaka spriegumu U I un U II ģeometriskā summa ΔU( zīm. b). Ja ģeneratoriem ir dažādas frekvences, tajos norisinās aprakstītajām analogas parādības. Starpība ir tikai tā, ka leņķis θ un spriegums ΔU nepārtraukti periodiski mainās, pie tam ΔU svārstās no 0 līdz 2U f (zīm. c).
Sinhrono ģeneratoru sinhronizācija Par sinhronizāciju sauc sinhronās mašīnas pieslēgšanu tīklam paralēlai darbībai. Izšķir: 1. Precīza sinhronizācija; 2. Pašsinhronizācija.
U veida raksturlīknes Statora kopējās strāvas atkarību no ierosmes strāvas, ģeneratoram darbojoties paralēli ar lielas jaudas tīklu pie nemainīgas frekvences, tīkla sprieguma un tīklam atdotās aktīvās jaudas (P 2 = 0; P 2 = 0,5 P N ; P 2 = P N ) grafiski attēlo U veida līknes
Leņķa raksturlīkne Līkni, kas grafiski attēlo no rotora uz statoru pārvadītās ģeneratora elektriskās vai elektromagnētiskās jaudas atkarību no leņķa 0, sauc par leņķisko raksturlīkni. Palielinot leņķi θ, palielinās tīklam atdotā aktīvā jauda.
Elektromagnētiskas jaudas pieaugumu leņķim θ izmainoties par 1°, sauc par sinhronizējošo jaudu: Sākumā, palielinot leņķi 0 no nulles vērtības, elektromagnētiskā jauda pieaug intensīvi, tāpēc sinhronizējošā jauda sākumā ir maksimālā, t. i.Tālāk palielina leņķi θ, elektromagnētiskās jaudas pieaugums uz 1° samazinās, pie θ = 90° un Psh=0. Zīmējumā sinhronizējošā jaudas atkarība no leņķa θ attēlota ar svītrlīniju. Sinhronizējošā jauda raksturo sinhronā ģeneratora stabilitāti paralēlā darbībā. Kad leņķis θ =90° un PSh=0, ģenerators izkrīt no sinhronisma. Lai nodrošinātu stabilu paralēlo darbību, ģeneratoriem jābūt noteiktai sinhronizējošās jaudas rezervei. Tāpēc parasti nominālās slodzes gadījumā leņķis θ = °.
Sinhronās mašīnas elektromagnētiskā jauda Pēc ģeneratora pieslēgšanas paralēlai darbībai, ievērojot visus sinhronizācijas noteikumus, tā statora strāva ir vienāda ar nulli un tas darbojas tukšgaitā. Ģeneratoru var noslogot ar aktīvo jaudu P 1 = m 1 U 1 I 1 cos, palielinot no primārā dzinēja pievadīto mehānisko jaudu, t.i., slodzes leņķi. To nevar noslogot ar aktīvu jaudu kā līdzstrāvas ģeneratoru, izmainot ierosmes strāvu.
Ģeneratora aktīvā jauda P 1 ir mazāka par elektromagnētisko jaudu P em, kura tiek nodota no rotora uz statoru, jaudas zudumu dēļ statora tinumā un serdē. Tā kā šie zudumi ir samērā mazi, tos var neievērot. Tādā gadījumā P em = P 1 = m 1 U 1 I 1 cosφ
Izvirzīto polu sinhronās mašīnas elektromagnētiskās jaudas izteiksme kur
Neizvirzīto polu sinhronajai mašīnai X q = X d, un tās elektromagnētiskā jauda saskaņā ar iepriekšminēto izteiksmi :
Tā kā rotora leņķiskais ātrums Ω ir konstants, tad elektromagnētiskais moments ir tieši proporcionāls elektromagnētiskajai jaudai P em :
Ģeneratora paralēlas darbības stabilitāti raksturo pārslodzes spēja kura ir lielāka, jo mazāks ir leņķis Θ N. Parasti nominālajos režīmos k m 2.
Sinhronās mašīnas elektromagnētiskās jaudas (momenta) un īpatnējās sinhronizējošās jaudas raksturlīknes