Асинхронный генератор. Частота
Частота асинхронного генератора при холостом ходе и нагрузке
Разница между частотой вращения магнитного поля и ротора в асинхронных генераторах определяется коэффициентом s, называемым скольжением, который выражается соотношением:
Здесь:
n — частота вращения магнитного поля.
nr — частота вращения ротора.
Связь между угловой частотой вращения магнитного поля ω и угловой частотой вращения ротора ωr асинхронной машины можно выразить следующим образом:
что следует из определения скольжения.
В общем случае угловая частота вращения магнитного поля
Так как частота генерируемых колебаний
где р — число пар полюсов, то
Аналогично угловая частота вращения ротора
где fr = pnr — электрическая частота вращения ротора.
Электрическая угловая частота вращения ротора
В режиме автономного асинхронного генератора частота вращения магнитного поля, определяющая частоту генерируемых колебаний, зависит от частоты вращения ротора и от нагрузки, характеризуемой скольжением. Если нагрузка отсутствует, а включенная емкость и частота вращения ротора остаются постоянными, т.е. C = cоnst и ωr = cоnst, то частоту генерируемых колебаний можно выразить через параметры колебательного контура, который образуется собственной индуктивностью статорной обмотки и емкостью конденсатора.
При отмеченных условиях уравнение электрического равновесия, выраженное через мгновенные значения напряжений на синхронном индуктивном сопротивлении XL = ωL и на конденсаторе XC = ωC, принимает вид:
uL = Ldi/dt и di/dt = C d 2 u/dt 2
и преобразований, уравнение примет вид
Примем, что напряжение на конденсаторе изменяется по синусоидальному закону:
d 2 uC /dt 2 = -ω 2 UC sinωt ,
С учетом последних соотношений из дифференциального уравнения находим:
ω = 1/√LC ,
f = 1/2π√LC
Таким образом, частота генерируемых колебаний при холостом ходе автономного асинхронного генератора определяется из условия резонанса емкости конденсатора и собственной индуктивности обмотки статора.
Если принять, что при холостом ходе скольжение s = 0, то получим
Последнее выражение можно представить в виде
Следовательно, при холостом ходе асинхронного самовозбуждающегося генератора параметры колебательного контура автоматически настраиваются на частоту, равную электрической частоте вращения ротора.
Изменение значения включенной емкости при ωr = cоnst или частоты вращения ротора при С = cоnst не нарушает вышеописанных равенств, если генератор остается в области устойчивой работы. В первом случае мы имеем одну характеристику намагничивания машины, соответствующую данному значению частоты вращения и семейство вольтамперных характеристик возбуждающей емкости, причем каждая из характеристик составляет с положительным направлением оси абсцисс угол
где k = 1, 2, 3 . Произведение собственных индуктивностей статорной обмотки и емкости конденсаторов остается практически постоянным, т.е.
так как вследствие нелинейности кривой намагничивания происходит соответствующее изменение индуктивности. Так с увеличением емкости ток холостого хода и степень насыщения магнитной цепи возрастают, а индуктивность уменьшается. Значение установившегося напряжения определяется точкой пересечения кривой намагничивания и вольтамперной характеристики конденсаторов.
Во втором случае, т.е. при переходе к новым значениям установившихся частот вращения с емкостью С = cоnst, мы имеем семейство кривых намагничивания и семейство вольтамперных характеристик возбуждающей емкости. Углы наклона последних к положительному направлению оси абсцисс находятся теперь по соотношению
Значение установившегося напряжения в каждом случае определяется точкой пересечения кривой намагничивания и вольтампер ной характеристики конденсаторов для данной угловой частоты ωk .
Получим теперь выражение для частоты генерируемых колебаний при нагрузке, полагая, что емкость конденсаторов и частота вращения ротора не изменяются. Выполнив необходимые преобразования из вышеописанных формул, получим:
f = pnr /(1 — s ) ,
Заметим, что частота вращения ротора в большинстве случаев выражается в об/мин а не в сек/мин, тогда запишем
f = pnr /60(1 — s ) ,
Частота генерируемых колебаний при постоянной частоте вращения ротора и возрастающей нагрузке несколько уменьшается, так как на устойчивой части механической характеристики асинхронной машины скольжение пропорционально нагрузке. С другой стороны, уменьшение частоты f при С = cоnst объясняется увеличением собственной индуктивности фазы статора вследствие возрастания коэффициента взаимоиндукции. Последнее вызывается размагничивающим действием тока ротора.
Замечания и предложения принимаются и приветствуются!
От чего зависит частота тока генератора
Про возбуждение генератора почему то не упомянули. Им регулируется мощность ( в определённых пределах). И паром конечно — без него ни какой мощности не будет. Регулирование пара и возбуждения осуществляется устройством, которое следит и за частотой и за мощностью отдаваемой в сеть.
Можно для понимания рассмотреть два крайних случая.
первый.
Близкое короткое замыкание на одной из отходящих от электростанции линий. Напряжение стремится к нулю, ток растёт,но мощность при этом падает и турбина и соответственно генератор начинает разгонятся, но в это время срабатывает защита, которая на время пока не отключится линия с КЗ перекрывает пар на турбину (я когда то настраивал это дело) и тем самым не дает разогнаться турбине и соответственно генератору. Что в это время делается с возбуждением лучше спросить «возбужденцев». На ГРЭС, где я работал, были узкие специалисты — я был релейщиком, т. е. занимался только защитами.
И второй крайний случай.
В сети с множеством параллельно работающих электростанций происходит аварийное отключение одной или нескольких электростанций. В этом случае на оставшиеся электростанции «набрасывается » мощность и их турбины и соответственно генераторы пытаются путем регулирования возбуждения и пара эту мощность «взять на себя», но если эта мощность очень большая происходит уменьшение скорости вращения турбины (частота снижается). Вот тут начинают работать «делилки» и АЧР — отключаются в сети второстепенные нагрузки, что бы спасти основную нагрузку. Вот так , если популярно.
| 03.01.2011 07:52 |
Начнём с начала
Частота системы определяется балансом генерируемой и потребляемой активной мощности. В зависимости от размера и конфигурации системы эта задача выполняется либо только средствами автоматики (для небольших изолированных систем), либо автоматикой и диспетчером системы (для систем побольше).
При увеличении мощности на валу генератора (поддали пару в турбину) активная мощность, отдаваемая в систему, увеличивается, что нарушает баланс мощностей и приводит к увеличению частоты системы (sic). Изменение частоты системы зависит от соотношения мощности генератора и суммарной генерирующей мощности системы. Например, если в системе генерируются тысячи мегаватт,
наш генератор в один мегаватт, будучи полностью загруженным, увеличит частоту системы на несколько тысячных долей герца. (Грубо говоря. Можно посчитать точнее, но в данном случае ни к чему). Такое изменение практически не фиксируется приборами и мы можем считать частоту системы неизменной. Это изменение частоты также находится в зоне нечувствительности автоматики всех остальных генераторов системы.
Таким образом, мы вводим понятие системы бесконечной мощности для данного генератора — допускаем, что данный генератор практически не может повлиять на частоту системы, работающую в нормальном режиме.
| В театре абсурда ты главный герой. |
| 03.01.2011 10:09 |
| SVG +15
Сообщения: 304 |
Возбуждением — реактивная мощность, практически — уровень напряжения на выводах генератора На активную мощность влияния возбуждения практически не заметно. Ваттметры не шевелятся когда возбуждение подкручиваешь. А Варметры — от выдачи до потребления лёгким движения регулятора. Паром — активная мощность.
Устройство, контролирующее частоту — регулятор скорости турбины — одно из них. Если станция не участвует в АРЧМ (ТЭЦ например), то это устройство и единственное.
| Слово не воробей, поймают — вылетишь. |
| 03.01.2011 10:18 |
Импульсная разгрузка турбины?
dnestr>Что в это время делается с возбуждением лучше спросить «возбужденцев». На ГРЭС, где я работал, были узкие специалисты — я был релейщиком, т. е. занимался только защитами.
Если напряжение на выводах генератора упало ниже уставки пуска форсировки возбуждения, то в дело вступает форсировка возбуждения, которая задирает ток возбуждения генератора гораздо выше номинального (ЕМНИП раза в два) в попытке удержать генератор от выхода из синхронизма (уменьшаем площадку разгона).
| В театре абсурда ты главный герой. |
| 03.01.2011 10:31 |
| LIK +53
Сообщения: 1927 |
| C уже наступившим Вас 2011! Я думал, сегодня буду один на форуме (пришлось выйти на работу). А были посты даже 1 января. Трудоголики. Это Александру (zloi) я округлил очки. Коллега уже первым предложением объяснил ситуацию с частотой. Действительно, не обязательно будет 50 Гц, все определяется балансом между вращающей (турбину)мощностью – вода на ГЭС и струя пара на ТЭС-и электрической, то есть тормозящей турбины мощностью. И если генератор в системе, то надо рассматривать баланс всей системы. А если добавить чуть-чуть пара (воды) только одному генератору, то частота всей системы увеличится. Но оче-е-нь мало,практически незаметно. Простите, коллега, за плагиат. |
| 03.01.2011 10:39 |
| Электрик 86 Сообщения: 26 |
CLON> Не совсем, частота кратковременно повыситься, тем самым произойдет увеличения угла, а далее генератор и сеть будут работать сихронно с одинаковой частотой. Т.е. существует некоторый кратковременный переходной процес, в течении которого изменяется частота и угол.При увеличении или уменьшении мощности генератора изменяется: угол между ЭДС, частота вращения и скорость изменения частоты, но эти изменения не значительные.
zloi> наш генератор в один мегаватт, будучи полностью загруженным, увеличит частоту системы на несколько тысячных долей герца. (Грубо говоря. Можно посчитать точнее, но в данном случае ни к чему). Такое изменение практически не фиксируется приборами и мы можем считать частоту системы неизменной. Это изменение частоты также находится в зоне нечувствительности автоматики всех остальных генераторов системы.
| 03.01.2011 14:09 |
| Электрик 86
Сообщения: 26 |
| У меня к вам очень интересный вопрос есть. Вообще если сделать так называемую домашнею турбину, генератор синхронизировать с розеткой ~ 220 В, с сетью, которая у каждого дома есть. То можно все, что вы описывали здесь про крупный генератор проделать дома, на домашний турбине и на синхронном генераторе небольшой мощностью? Будет он интересно в сеть вырабатывать активную, реактивную мощность? В качестве турбины взять бензиновый двигатель или что то на подобие. |
| 03.01.2011 15:40 |
| LIK +53
Сообщения: 1927 |
Попробуйте. Собственно, физика та же. Другое дело – возможности. И как Вы будете защищать этот генератор (уж не говорю про автоматику)? А юридическая сторона?
Э8>Будет он интересно в сеть вырабатывать активную, реактивную мощность?
Э8>В качестве турбины взять бензиновый двигатель или что то на подобие.
| 03.01.2011 15:59 |
| dnestr +29 Сообщения: 1047 |
А если отключить возбуждение генератора, как поведут себя ваттметры? (конкретно на данном генераторе)
| 03.01.2011 16:32 |
Регулирование частоты напряжения синхронного генератора Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — А. Д. Митаенко
Независимый инвертор с автономным узлом коммутации для питания синхронно-реактивных двигателей
Система стабилизации скорости двигателя параллельного возбуждения
Регулируемые преобразователи частоты для питания высоковольтных электроприводов переменного тока от промышленной сети
Стабилизированный трехфазный источник напряжения для питания ванн электролитного нагрева деталей
Стабилизаторы напряжения синхронных генераторов
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Текст научной работы на тему «Регулирование частоты напряжения синхронного генератора»
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ НАПРЯЖЕНИЯ СИНХРОННОГО
(Представлена научно-техническим семинаром НИИ АЭМ при ТПИ)
В электропоездах постоянного тока, на морских и речных судах, на летательных аппаратах, а также в передвижных электрических станциях широко применяются электромашинные преобразовательные агрегаты, служащие для питания потребителей переменного тока. Такие преобразовательные агрегаты обычно содержат трехфазный синхронный генератор и приводной двигатель постоянного тока независимого возбуждения. Частота выходного напряжения синхронного генератора обычно принимается 50 или 400 герц.
Условия работы таких преобразователей могут быть достаточно тяжелыми. Особенно это относится к электропоездам, где преобразовательный агрегат работает в условиях постоянной тряски и вибраций, широкого диапазона температур от —40° С до +60° С, резких колебаний напряжения контактной сети и нагрузки. Приводной двигатель синхронного генератора на электропоездах обычно высоковольтный и получает питание непосредственно от контактной сети. Нагрузкой синхронного генератора могут быть асинхронные двигатели воздушных компрессоров и вентиляторов, цепи управления и освещения, цепи заряда аккумуляторных батарей, цепи питания элементов системы автоматического регулирования. При этом нагрузка может быть несимметричной и различного характера.
Во время работы синхронного генератора, частота его выходного напряжения может в значительной мере изменяться в основном при колебаниях напряжения питания приводного двигателя и изменении нагрузки генератора от холостого хода до номинальной. Изменение частоты выходного напряжения вредно сказывается на работе потребителей. В частности, резко изменяется режим работы асинхронных двигателей, сопровождающийся изменением скорости вращения, момента двигателя и коэффициента мощности. Колебания частоты напряжения сказываются и на работе магнитных элементов автоматики. Практика работы показывает, что уменьшение частоты напряжения приводит к заметному росту потребления реактивной мощности [1 ]; так при уменьшении частоты только на 1% реактивная мощность асинхронного двигателя и трансформатора увеличивается на 2%.
Из вышеотмеченного вытекает необходимость стабилизации частоты выходного напряжения электромашинных преобразовательных агрегатов. При этом возникают трудности конструирования датчика частоты, являющегося необходимым элементом системы автоматического регулирования. Существует несколько методов измерения частоты [2].
1. Методы, использующие пассивные настраивающиеся системы [3]. Элементами подобных систем являются индуктивности, емкости и их комбинации. Наиболее известны конструкции датчиков, использующие резо-
нансные Ь-С-контуры. Принципиальная схема и характеристика такого датчика приведены на рис. 1.
Выходной величиной таких датчиков является ток, поэтому в качестве усилителя мощности используются обычно магнитные усилители. Использование тиристорных усилителей затруднено. Абсолютная величина тока I определяется активным и реактивным сопротивлением контура. Рабочая точка по условиям чувствительности и работоспособности удалена от ре-
зонанса, что вызывает увеличение реактивного сопротивления контура и ограничивает выходную мощность. Точность таких схем не превышает 2%, а в процессе работы требуется подстройка контура. Несколько лучшие характеристики имеют мостовые фазочувствительные схемы, но они более сложны. Кроме того, рассмотренные схемы при наличии высших гармонических в напряжении работают нечетко.
2. Метод заряда — разряда емкости основан на контроле отклонения напряжения на емкости с изменением частоты от напряжения при номинальной частоте. Этот метод прост, но не обеспечивает высокой точности. Для стабильной работы датчика необходима его термостабилизация.
3. Метод сравнения измеряемой частоты и эталонной. Этот метод дает высокую точность измерения, но нужна громоздкая аппаратура, непригодная для работы в нестационарных установках. При этом также затруднена автоматизация процесса измерения и контроля.
4. Дискретные методы измерения частоты [2,4]. Можно выделить два способа измерения частоты. Первый основан на подсчете числа периодов измеряемого сигнала за некоторый фиксированный, эталонный отрезок времени. Но при измерении низкой частоты интервал эталонного времени становится недопустимо большим с точки зрения быстродействия датчика и обеспечения высокой точности.
Второй способ основан на подсчете числа периодов эталонной частоты за один или несколько периодов измеряемой частоты.
Дискретные методы обеспечивают высокую точность измерения порядка ±0,1, но аппаратура при этом слишком усложнена, что сказывается на надежности системы регулирования. Это обстоятельство ограничивает область применения дискретных методов измерения частоты. Эти методы пригодны дня контроля и в меньшей мере для целей регулирования частоты напряжения электрических машин.
5. Для измерения и регулирования частоты могут быть успешно применены электронные методы измерения малых интервалов времени. Использование этого метода дает возможность применять для регулирования частоты силовые тиристорные усилители, практическая безынерционность которых является одним из важнейших условий получения высококачественных переходных процессов.
Для регулирования и стабилизации частоты выходного напряжения электрических машин не обязательно знать значение частоты, можно измерять и регулировать длительность периода синусоидального напряжения или измерять только часть этого периода.
Ниже приводится способ контроля частоты напряжения синхронного генератора, основанный на измерении части периода выходного напряжения. Этот способ используется в системе автоматического регулирования частоты напряжения синхронного генератора. Сущность способа поясняется с помощью рис. 2.
Период напряжения Т разбивается на два интервала: постоянной, не зависящей от периода Т длительности t0 и изменяющегося с изменением периода Т (частоты) интервала tx=f (Т). На первом интервале t0 с помощью интегрирующего устройства формируется линейно-изменяющееся напряжение U2. При достижении напряжением U2 определенного постоянного уровня происходит отключение интегрирующего устройства и одновременное включение второго интегратора, где формируется линейная часть напряжения U6, амплитуда которого пропорциональна интервалу времени tlt т. е. зависит от частоты (периода) переменного напряжения. В конце периода Т производится отключение второго интегратора. В отличие от первого интегратора спадание напряжения U6 происходит не мгновенно, а с некоторой постоянной времени. Момент сравнения спадающей части напряжения Uв с эталонным уровнем £/э фиксируется и используется для управления усилителем мощности. При увеличении периода Т фиксируемый момент сдвигается вправо, при уменьшении — влево.
Так как частота напряжения синхронного генератора однозначно
определяется скоростью вращения приводного двигателя со —, где р —
число пар полюсов статорной обмотки генератора, то регулирование частоты может быть осуществлено только за счет регулирования скорости приводного двигателя постоянного тока. В рассматриваемом случае регулирование скорости приводного двигателя осуществляется по цепи обмотки возбуждения. Этот способ более прост, так как регулирование осуществляется в цепи с малой мощностью и особенно удобен для регулирования высоковольтных двигателей. Питание обмотки возбуждения можно осуществить или от управляемого трехфазного выпрямителя, или от тиристор-ного усилителя постоянного тока, питаемого выпрямленным напряжением и работающего в режиме ключа. В первом случае напряжение на обмотке возбуждения UB изменяется в зависимости от угла регулирования вентилей моста и определяется выражением:
Л — II 1 + cos а ^в ^во * 2 ‘
где иъ0 — максимальное выпрямленное напряжение при угле регулирования а=0.
При питании обмотки возбеждения от тиристорного ключа напряжение на обмотке возбуждения определяется относительной продолжительностью включенного состояния регулирующего тиристора
где UH — постоянное напряжение на входе тиристорного ключа;
tB —время включенного состояния регулирующего тиристора;
Т — Период напряжения синхронного генератора.
Момент включения вентилей моста (или угол регулирования а) при питании обмотки возбуждения от управляемого выпрямителя, а также момент включения регулирующего тиристора при питании обмотки возбуждения от тиристорного ключа изменяются в зависимости от частоты напряжения генератора и определяются моментом сравнения спадающей части напряжения U6 с эталонным напряжением UQ (рис. 2). Выключение регулирующего тиристора производится в конце каждого периода напряжения генератора.
Стабилизация частоты напряжения генератора осуществляется следующим образом. При уменьшении (увеличении) частоты увеличивается (умень-
шается) период Т напряжения генератора, а момент сравнения напряжений и6 и £/э смещается вправо (влево), что равносильно увеличению (уменьшению) угла регулировани а или уменьшению (увеличению) времени включенного состояния регулирующего тиристора. При этом напряжение на обмотке возбуждения уменьшается (увеличивается), а скорость приводного двигателя и частота синхронного генератора возрастают (уменьшаются).
На рис. 3, а приведена блок-схема измерительного органа частоты, а на рис. 3, б — его принципиальная электрическая схема. Работа измерительного органа поясняется временными диаграммами, приведенными на рис. 2.
Напряжение £/Сг синхронного генератора через понижающий трансформатор 1 и диод 2 преобразуется в однополярные прямоугольные импульсы и19 длительность которых равна половине периода Т. Это преобразование выполняет формирователь Ф (транзисторы 3 и 4). Продифференцированный задний фронт импульсов напряжения иг опрокидывает статический триггер Тр в одно из устойчивых состояний. Левое плечо триггера (транзистор 11) управляет работой первого интегратора Их (конденсатор 7),
правое же плечо триггера (транзистор 12) управляет работой интегратора И2 (конденсатор 18). При отсутствии на коллекторе транзистора 11 отрицательного потенциала ¿/4 транзистор 8 закрыт и конденсатор 7 заряжается в течение времени ¿0 через сопротивление 5 от стабилизированного источника — Е. При заданных параметрах интегратора Иг длительность ¿0 постоянна, не зависит от периода Т напряжения £/0г и определяется только величиной эталонного напряжения £/э1, устанавливаемого потенциометром 6. В момент сравнения напряжений £У2 и £/э1 на компараторе К\ (тран-
зистор 10 и импульсный трансформатор 9) на выходной обмотке импульсного трансформатора формируется импульс £/3, опрокидывающий триггер во второе устойчивое состояние. Транзистор 11 закрывается, и отрицательный потенциал £/4 на его коллекторе открывает разрядный транзистор 8. Конденсатор 7 практически мгновенно разряжается. Одновременно закрывается транзистор 16 интегратора Я2, и начинается заряд конденсатора 18 от источника Е через сопротивление 13 и диод 15. Амплитуда иъ напряже-
ния на конденсаторе 18 зависит от периода Т и определяется отрезком времени В конце периода Т триггер Тр опрокидывается в исходное состояние, одновременно начинается заряд конденсатора 7, открывается транзистор 16, и конденсатор 18 разаряжается с некоторой постоянной времени через диод 17 и сопротивление 19. Момент сравнения напряжений и9 и эталонного £/э, устанавливаемого потенциометром 14, фиксируется компаратором К2 (транзистор 21 и импульсный трансформатор 20), импульсы и 7 которого с выходной обмотки поступают на открывание регулирующего тиристора в цепи обмотки возбуждения приводного двигателя синхронного генератора. Далее процессы в измерительном органе частоты повторяются.
Для определения статических характеристик измерительного органа частоты рассмотрим процессы, происходящие при работе второго интегратора. При выводе основных уравнений приняты следующие допущения:
1) полупроводниковые диоды идеальны;
2) разрядный транзистор 16 рассматривается как идеальный ключ;
3) сопротивлением обмотки импульсного трансформатора пренебрегаем.
Эквивалентная схема представлена на рис. 4.
Здесь обозначены (см. рис. 3, б):
гг, г2 — соответственно резисторы 13 и 19,
С — конденсатор 18. Транзистор 16 представлен ключом.
В течение отрезка времени ключ разомкнут и конденсатор заряжается с постоянной времени
С учетом начального условия для квазиустановившегося процесса Цс (о) = =£/э через время напряжение на конденсаторе будет определяться выражением
В течение времени ¿0 ключ замкнут, а конденсатор разряжается через резистор г2 с постоянной времени т2=г2-С. Разряд конденсатора прекращается при достижении напряжения на конденсаторе величины £/э, так как затем блокируется диодом Д2• Время /2 разряда определится из условия:
Учитывая (1) и представляя экспоненциальную функцию рядом Тэйлора, из выражения (2) определим ¿2:
В приращениях равенство (3) будет иметь вид:
Коэффициент, стоящий в правой части (4), характеризует коэффциент усиления измерительного органа и его чувствительность. Увеличение коэффициента усиления и точности регулирования с учетом сохранения зоны регулирования достигается: 1) уменьшением длительности отрезка времени и величины эталонного напряжения £/э;
2) увеличением зарядного тока конденсатора /3= — и разрядного со-
В опытной установке величина напряжений была принята: £/э=1,5 в, £=40, в. Точность поддержания частоты при этом была порядка 1%.
Предложенный способ регулирования частоты прост в реализации и может быть использован в системах автоматического регулирования электрических машин.
1. Л. В. Л и т в а к. Рациональная компенсация реактивных нагрузок. Госэнерго-издат. 1963.
2. А. С. Касаткин. Автоматическая обработка сигналов частотных датчиков. «Энергия». 1966.
3. В. Л. Бунаков и Р. Г. Г а с п а р о в. Полупроводниковые регуляторы напряжения и частоты. «Энергия». 1966.
4. Г. 3. Богород и В. А. Киблицкий. Цифровые регуляторы и измерители скорости. «Энергия». 1966.
Что представляет собой синхронный генератор
Задача генератора – преобразование механической вырабатываемой энергии в электрическую. Работа его двигателя основана на следующем принципе: топливо впрыскивается в цилиндр двигателя и, сгорая, трансформируется в газообразную смесь, которая расширяется и выталкивает поршень. Тот, в свою очередь, заставляет двигаться коленчатый вал, а он уже вращает ведущий. Чем больше поршней, тем быстрее скорость вращения вала. На этой стадии и происходит выработка механической энергии, преобразовываемой в электричество по закону Фарадея.
Устройство генератора
В основу любого генератора заложены два элемента:
- статор – неподвижная деталь, состоящая из медных обмоток, уложенных в пазы вокруг сердечника, представляющего собой комплект пластин из мягкой стали. В однофазном генераторе – одна обмотка, в трехфазном − три;
- ротор – вращающаяся часть, включает механизм образования магнитного поля. В бытовых генераторах обычно применяется двухполюсный ротор. Обмотка соединяется с питающим ее блоком управления (AVR) посредством двух щеточных узлов. Ротор в совокупности с обмоткой составляют индуктор.
В синхронном агрегате частота вращения, которую создает статор магнитного поля, совпадает с частотой роторного вращения.
Принцип работы
Синхронный генератор функционирует следующим образом: магнитное поле при вращении ротора пересекает статорные обмотки, чем возбуждает в них переменное напряжение. Когда подключается нагрузка в виде потребителей, в цепи появляется переменный ток. От скорости, с которой вращается ротор, непосредственно зависит напряжение, частота тока.
Электронагрузка на синхронный агрегат прямо пропорциональна нагрузке на вал двигателя, что способно повлечь изменение частоты вращения ротора, показателя напряжения. Избежать колебаний помогает блок управления, который в автоматическом режиме регулирует ток в обмотке ротора путем влияния на магнитное поле. В асинхронном генераторе электрическая связь с ротором отсутствует, поэтому параметры напряжения и тока искусственно не регулируются.
Преимущества синхронного генератора
Основным преимуществом является стабильность выходного напряжения. У асинхронных аппаратов данный показатель может существенно колебаться.
Синхронный генератор не боится повышенной нагрузки, создаваемой при подключении его во время работы энергоемкого потребителя (нагрузка переходного режима), поскольку сам является источником реактивной мощности. Асинхронные генераторы для этого снабжаются пусковыми конденсаторами.
Синхронный генератор не слишком восприимчив к перегрузкам в процессе работы благодаря системе авторегулирования.
Щеточные и бесщеточные
Щетки представляют собой скользящие контакты − токосъемы, которые прижаты к коллектору. От их качества напрямую зависит вырабатываемое напряжение. Длительная работа при больших перегрузках приводит к «выгоранию» щеток. После замены необходим небольшой период «обкатки», прежде чем подавать полную нагрузку на генератор. Наиболее долговечны и устойчивы к перегрузкам медно-графитовые щетки.
Синхронный генератор может быть бесщеточным при условии, что ток в роторе создается магнитным полем, исходящим от основной, а также от дополнительной статорной обмотки (либо только от дополнительной). То есть схема альтернатора более сложная, чем у щеточных. Преимуществом является отсутствие необходимости замены угольных компонентов (в некоторых моделях – каждые 100 часов работы), а также нет пыли от их износа, которая часто является причиной электрических пробоев.
Выбор в пользу синхронного генератора следует делать, если потребители требовательны к качеству выходного тока. Например, такой тип подойдет для обеспечения резервной электроэнергией загородного дома, где установлены различные типы чувствительных приборов.