Mode pengoperasian generator sinkron, karakteristik pengoperasian generator

Kuantitas utama yang mencirikan generator sinkron adalah: tegangan terminal U, pengisian daya I, daya semu P (kVa), putaran rotor per menit n, faktor daya cos φ.

Karakteristik terpenting dari generator sinkron adalah sebagai berikut:

• karakteristik menganggur,

• karakteristik eksternal,

• mengatur karakteristik.

Karakteristik tanpa beban dari generator sinkron

Gaya gerak listrik generator sebanding dengan besarnya fluks magnet Ф yang diciptakan oleh arus eksitasi iv dan jumlah putaran n rotor generator per menit:

E = cnF,

dimana s — faktor proporsionalitas.

Meskipun besarnya gaya gerak listrik generator sinkron bergantung pada jumlah putaran rotor, tidak mungkin untuk mengaturnya dengan mengubah kecepatan putaran rotor, karena frekuensi gaya gerak listrik terkait dengan jumlah putaran rotor generator, yang harus dijaga konstan.

Oleh karena itu, satu-satunya cara untuk menyesuaikan besarnya gaya gerak listrik dari generator sinkron adalah dengan mengubah fluks magnet utama F. Yang terakhir biasanya dicapai dengan menyesuaikan arus eksitasi iw menggunakan rheostat yang dimasukkan dalam rangkaian eksitasi dari generator. Dalam hal kumparan eksitasi disuplai dengan arus dari generator arus searah yang terletak pada poros yang sama dengan generator sinkron ini, arus eksitasi generator sinkron disesuaikan dengan mengubah tegangan pada terminal generator arus searah.

Ketergantungan gaya gerak listrik E generator sinkron pada arus eksitasi iw pada kecepatan rotor nominal konstan (n = const) dan beban sama dengan nol (1 = 0) disebut karakteristik pemalasan generator.

Gambar 1 menunjukkan karakteristik generator tanpa beban. Di sini, cabang 1 kurva yang menaik dihilangkan saat arus iv meningkat dari nol menjadi ivm, dan cabang 2 kurva yang menurun — ketika iv berubah dari ivm ke iv = 0.

Beras. 1. Karakteristik menganggur dari generator sinkron

Divergensi antara cabang ascending 1 dan descending 2 dijelaskan oleh residual magnetism. Semakin besar area yang dibatasi oleh cabang-cabang ini, semakin besar kerugian energi pada baja generator sinkron pembalikan magnetisasi.

Kecuraman kenaikan kurva idle pada penampang lurus awalnya mencirikan sirkuit magnetik generator sinkron. Semakin rendah laju aliran amp-putaran di celah udara generator, semakin curam karakteristik idle generator, dalam kondisi lain.

Karakteristik eksternal generator

Tegangan terminal dari generator sinkron yang dibebani tergantung pada gaya gerak listrik E generator, penurunan tegangan pada resistansi aktif belitan statornya, penurunan tegangan karena disipasi gaya gerak listrik induksi diri Es dan penurunan tegangan karena reaksi jangkar.

Diketahui bahwa gaya gerak listrik disipatif Es bergantung pada fluks magnet disipatif Fc, yang tidak menembus kutub magnet rotor generator dan karenanya tidak mengubah derajat magnetisasi generator. Gaya gerak listrik induksi diri disipatif Es dari generator relatif kecil dan oleh karena itu dapat diabaikan secara praktis.Dengan demikian, bagian dari gaya gerak listrik generator yang mengkompensasi gaya gerak listrik induksi diri disipatif Es dapat dianggap praktis sama dengan nol .

Respons jangkar memiliki efek yang lebih nyata pada mode operasi generator sinkron dan, khususnya, pada voltase di terminalnya. Tingkat pengaruh ini tidak hanya bergantung pada besarnya beban generator, tetapi juga pada sifat bebannya.

Mari kita perhatikan efek dari reaksi jangkar generator sinkron untuk kasus di mana beban generator murni aktif. Untuk tujuan ini kami mengambil bagian dari rangkaian generator sinkron yang berfungsi ditunjukkan pada gambar. 2, sebuah. Ditampilkan di sini adalah sebagian stator dengan satu kabel aktif pada belitan angker dan sebagian rotor dengan beberapa kutub magnetnya.

Beras. 2. Pengaruh reaksi jangkar di bawah beban: a — aktif, b — induktif, c — sifat kapasitif

Saat ini, kutub utara salah satu elektromagnet yang berputar berlawanan arah jarum jam dengan rotor hanya lewat di bawah kabel aktif belitan stator.

Gaya gerak listrik yang diinduksi dalam kawat ini diarahkan ke arah kita di belakang bidang gambar. Dan karena beban generator murni aktif, arus belitan angker Iz sefase dengan gaya gerak listrik. Oleh karena itu, dalam konduktor aktif belitan stator, arus mengalir ke arah kita karena bidang gambar.

Garis medan magnet yang dibuat oleh elektromagnet ditunjukkan di sini dalam garis padat, dan garis medan magnet yang dibuat oleh arus kawat belitan angker ditunjukkan di sini. - garis putus-putus.

Di bawah ini dalam gambar. 2, a menunjukkan diagram vektor induksi magnetik dari medan magnet yang dihasilkan yang terletak di atas kutub utara elektromagnet. Di sini kita melihat bahwa induksi magnetik V medan magnet utama yang diciptakan oleh elektromagnet memiliki arah radial, dan induksi magnetik VI dari medan magnet arus belitan angker diarahkan ke kanan dan tegak lurus terhadap vektor V.

Induksi magnet yang dihasilkan Pemotongan diarahkan ke atas dan ke kanan. Ini berarti bahwa beberapa distorsi medan magnet di bawahnya telah terjadi akibat penambahan medan magnet. Di sebelah kiri Kutub Utara agak melemah, dan di sebelah kanan sedikit meningkat.

Sangat mudah untuk melihat bahwa komponen radial dari vektor induksi magnetik yang dihasilkan, yang pada dasarnya bergantung pada besarnya gaya gerak listrik induksi generator, tidak berubah. Oleh karena itu, reaksi jangkar di bawah beban generator yang murni aktif tidak mempengaruhi besarnya gaya gerak listrik generator.Ini berarti bahwa penurunan tegangan pada generator dengan beban aktif murni semata-mata disebabkan oleh penurunan tegangan pada resistansi aktif generator jika kita mengabaikan gaya gerak listrik induksi sendiri yang bocor.

Sekarang mari kita asumsikan bahwa beban pada generator sinkron murni induktif. Dalam hal ini, arus Az tertinggal di belakang gaya gerak listrik E dengan sudut π / 2... Ini berarti arus maksimum muncul di konduktor sedikit lebih lambat dari gaya gerak listrik maksimum. Oleh karena itu, ketika arus dalam kawat belitan angker mencapai nilai maksimumnya, kutub utara N tidak akan lagi berada di bawah kawat ini, tetapi akan bergerak sedikit lebih jauh ke arah putaran rotor, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2, b.

Dalam hal ini, garis magnet (garis putus-putus) dari fluks magnet belitan angker ditutup melalui dua kutub berlawanan yang berdekatan N dan S dan diarahkan ke garis magnet medan magnet utama generator yang dibuat oleh kutub magnet. Ini mengarah pada fakta bahwa jalur magnet utama tidak hanya terdistorsi, tetapi juga menjadi sedikit lebih lemah.

Dalam gambar. 2.6 menunjukkan diagram vektor induksi magnetik: medan magnet utama B, medan magnet akibat reaksi jangkar Vi dan medan magnet yang dihasilkan Vres.

Di sini kita melihat bahwa komponen radial dari induksi magnetik medan magnet yang dihasilkan menjadi lebih kecil dari induksi magnetik B medan magnet utama dengan nilai ΔV. Oleh karena itu, gaya gerak listrik yang diinduksi juga berkurang karena disebabkan oleh komponen radial dari induksi magnetik.Ini berarti tegangan pada terminal generator, dengan hal lain dianggap sama, akan lebih kecil dari tegangan pada beban generator aktif murni.

Jika generator memiliki beban kapasitif murni, arus di dalamnya memimpin fase gaya gerak listrik dengan sudut π / 2... Arus di kabel belitan angker generator sekarang mencapai maksimum lebih awal dari arus listrik gaya E. Oleh karena itu, ketika arus dalam kawat belitan jangkar (Gbr. 2, c) mencapai nilai maksimumnya, kutub utara N masih tidak dapat menampung kawat ini.

Dalam hal ini, garis magnet (garis putus-putus) dari fluks magnet belitan angker ditutup melalui dua kutub berlawanan yang berdekatan N dan S dan diarahkan sepanjang jalur dengan garis magnet medan magnet utama generator. Ini mengarah pada fakta bahwa medan magnet utama generator tidak hanya terdistorsi, tetapi juga agak diperkuat.

Dalam gambar. 2, c menunjukkan diagram vektor induksi magnet: medan magnet utama V, medan magnet akibat reaksi angker Vya, dan medan magnet yang dihasilkan Bres. Kita melihat bahwa komponen radial dari induksi magnetik dari medan magnet yang dihasilkan menjadi lebih besar dari induksi magnetik B dari medan magnet utama sebesar ΔB. Oleh karena itu, gaya gerak listrik induktif generator juga meningkat, yang berarti tegangan pada terminal generator, semua kondisi lainnya sama, akan menjadi lebih besar daripada tegangan pada beban generator induktif murni.

Setelah menetapkan pengaruh reaksi jangkar pada gaya gerak listrik generator sinkron untuk beban yang sifatnya berbeda, kami melanjutkan untuk mengklarifikasi karakteristik eksternal generator.Karakteristik eksternal dari generator sinkron adalah ketergantungan tegangan U pada terminalnya pada beban I pada kecepatan rotor konstan (n = const), arus eksitasi konstan (iv = const) dan keteguhan faktor daya (cos φ = const).

Dalam gambar. 3 diberikan karakteristik eksternal generator sinkron untuk beban yang sifatnya berbeda. Kurva 1 mengungkapkan karakteristik eksternal di bawah beban aktif (cos φ = 1.0). Dalam hal ini, tegangan terminal generator turun ketika beban berubah dari diam menjadi terukur dalam 10-20% dari tegangan generator tanpa beban.

Kurva 2 menyatakan karakteristik eksternal dengan beban resistif-induktif (cos φ = 0, delapan). Dalam hal ini, tegangan di terminal generator turun lebih cepat karena efek demagnetisasi dari reaksi jangkar. Ketika beban generator berubah dari tanpa beban ke pengenal, voltase turun menjadi 20 — 30% voltase tanpa beban.

Kurva 3 mengungkapkan karakteristik eksternal generator sinkron pada beban kapasitif aktif (cos φ = 0,8). Dalam hal ini, tegangan terminal generator agak meningkat karena aksi magnetisasi dari reaksi jangkar.

Beras. 3. Karakteristik eksternal alternator untuk beban yang berbeda: 1 — aktif, 2 — induktif, 3 kapasitif

Karakteristik kontrol dari generator sinkron

Karakteristik kontrol generator sinkron menyatakan ketergantungan arus medan i pada generator pada beban I dengan nilai tegangan efektif yang konstan pada terminal generator (U = const), jumlah putaran rotor yang konstan generator per menit (n = const) dan keteguhan faktor daya (cos φ = const).

Dalam gambar.4 tiga karakteristik kontrol generator sinkron diberikan. Kurva 1 mengacu pada kasus beban aktif (karena φ = 1).

Beras. 4. Karakteristik kontrol alternator untuk beban yang berbeda: 1 — aktif, 2 — induktif, 3 — kapasitif

Di sini kita melihat bahwa dengan meningkatnya beban I pada generator, arus eksitasi meningkat. Hal ini dapat dimaklumi, karena dengan peningkatan beban I, penurunan tegangan pada resistansi aktif belitan angker generator meningkat, dan perlu untuk meningkatkan gaya gerak listrik E generator dengan meningkatkan arus eksitasi iv. menjaga tegangan konstan U .

Kurva 2 mengacu pada kasus beban aktif-induktif pada cos φ = 0,8... Kurva ini naik lebih curam daripada kurva 1, karena demagnetisasi reaksi angker, yang mengurangi besarnya gaya gerak listrik E dan karenanya tegangan U pada terminal generator.

Kurva 3 mengacu pada kasus beban kapasitif aktif pada cos φ = 0,8. Kurva ini menunjukkan bahwa ketika beban pada generator meningkat, arus eksitasi i yang lebih sedikit diperlukan dalam generator untuk mempertahankan tegangan konstan pada terminalnya. Ini dapat dimengerti, karena dalam hal ini reaksi jangkar meningkatkan fluks magnet utama dan karenanya berkontribusi pada peningkatan gaya gerak listrik generator dan tegangan pada terminalnya.