Modos de operación de generadores síncronos, características de operación de generadores.

Las principales magnitudes que caracterizan al generador síncrono son: tensión terminal U, carga I, potencia aparente P (kVa), revoluciones del rotor por minuto n, factor de potencia cos φ.

Las características más importantes del generador síncrono son las siguientes:

• característica ociosa,

• característica externa,

• característica reguladora.

Característica sin carga de un generador síncrono

La fuerza electromotriz del generador es proporcional a la magnitud del flujo magnético Ф creado por la corriente de excitación iv y el número de revoluciones n rotor del generador por minuto:

E = cnF,

donde s — factor de proporcionalidad.

Aunque la magnitud de la fuerza electromotriz de un generador síncrono depende del número de revoluciones del rotor, es imposible ajustarla cambiando la velocidad de rotación del rotor, porque la frecuencia de la fuerza electromotriz está relacionada con el número de revoluciones. revoluciones del rotor del generador, que debe mantenerse constante.

Por lo tanto, queda la única forma de ajustar la magnitud de la fuerza electromotriz de un generador síncrono: este es un cambio en el flujo magnético principal F. Este último generalmente se logra ajustando la corriente de excitación iw usando un reóstato introducido en el circuito de excitación. del generador En el caso de que la bobina de excitación reciba corriente de un generador de corriente continua ubicado en el mismo eje que este generador síncrono, la corriente de excitación del generador síncrono se ajusta cambiando el voltaje en los terminales del generador de corriente continua.

La dependencia de la fuerza electromotriz E del generador síncrono de la corriente de excitación iw a una velocidad nominal constante del rotor (n = constante) y una carga igual a cero (1 = 0) se denomina característica de ralentí del generador.

La Figura 1 muestra la característica sin carga del generador. Aquí, la rama ascendente 1 de la curva se elimina a medida que la corriente iv aumenta de cero a ivm, y la rama descendente 2 de la curva, cuando iv cambia de ivm a iv = 0.

Arroz. 1. Característica inactiva de un generador síncrono

La divergencia entre las ramas ascendente 1 y descendente 2 se explica por el magnetismo residual. Cuanto mayor sea el área delimitada por estas ramas, mayores serán las pérdidas de energía en el acero del generador síncrono de inversión de magnetización.

La pendiente de la subida de la curva de ralentí en su tramo recto inicial caracteriza el circuito magnético del generador síncrono. Cuanto menor sea la tasa de flujo de amperios-vuelta en los espacios de aire del generador, más pronunciada será la característica de inactividad del generador, en otras condiciones.

Características externas del generador

La tensión en los terminales de un generador síncrono cargado depende de la fuerza electromotriz E del generador, de la caída de tensión en la resistencia activa de su devanado estatórico, de la caída de tensión debida a la fuerza electromotriz de autoinducción de disipación Es y de la caída de tensión debida a la reacción de armadura

Se sabe que la fuerza electromotriz disipativa Es depende del flujo magnético disipativo Fc, que no penetra en los polos magnéticos del rotor del generador y por lo tanto no cambia el grado de magnetización del generador. La fuerza electromotriz de autoinducción disipativa Es del generador es relativamente pequeña y por lo tanto prácticamente despreciable, por lo que la parte de la fuerza electromotriz del generador que compensa la fuerza electromotriz de autoinducción disipativa Es puede considerarse prácticamente igual a cero. .

La respuesta del inducido tiene un efecto más notable sobre el modo de operación del generador síncrono y, en particular, sobre el voltaje en sus terminales. El grado de esta influencia depende no solo del tamaño de la carga del generador, sino también de la naturaleza de la carga.

Consideremos primero el efecto de la reacción de armadura de un generador síncrono para el caso en que la carga del generador es puramente activa. Para este propósito, tomamos parte del circuito de un generador síncrono en funcionamiento que se muestra en la fig. 2, un. Aquí se muestra una parte del estator con un cable activo en el devanado del inducido y una parte del rotor con varios de sus polos magnéticos.

Arroz. 2. Influencia de la reacción del inducido bajo cargas: a — activa, b — inductiva, c — naturaleza capacitiva

En el momento en cuestión, el polo norte de uno de los electroimanes que gira en sentido contrario a las agujas del reloj con el rotor pasa justo por debajo del hilo activo del devanado del estator.

La fuerza electromotriz inducida en este alambre se dirige hacia nosotros por detrás del plano del dibujo. Y dado que la carga del generador es puramente activa, la corriente del devanado del inducido Iz está en fase con la fuerza electromotriz. Por lo tanto, en el conductor activo del devanado del estator, la corriente fluye hacia nosotros debido al plano del dibujo.

Las líneas del campo magnético creadas por los electroimanes se muestran aquí en líneas sólidas, y las líneas del campo magnético creadas por la corriente del alambre del devanado del inducido se muestran aquí. - una línea de puntos.

Abajo en la fig. 2, a muestra un diagrama vectorial de la inducción magnética del campo magnético resultante ubicado sobre el polo norte del electroimán. Aquí vemos que la inducción magnética V, el campo magnético principal creado por el electroimán, tiene una dirección radial, y la inducción magnética VI del campo magnético de la corriente del devanado del inducido está dirigida a la derecha y perpendicular al vector V.

La inducción magnética resultante El corte se dirige hacia arriba y hacia la derecha. Esto significa que se ha producido alguna distorsión del campo magnético subyacente como resultado de la adición de los campos magnéticos. A la izquierda del Polo Norte se debilitó un poco, ya la derecha aumentó un poco.

Es fácil ver que la componente radial del vector de inducción magnética resultante, del cual depende esencialmente la magnitud de la fuerza electromotriz inducida del generador, no ha cambiado. Por lo tanto, la reacción del inducido bajo una carga puramente activa del generador no afecta la magnitud de la fuerza electromotriz del generador.Esto significa que la caída de voltaje en el generador con una carga puramente activa se debe únicamente a la caída de voltaje en la resistencia activa del generador si despreciamos la fuerza electromotriz de autoinducción de fuga.

Supongamos ahora que la carga en un generador síncrono es puramente inductiva. En este caso, la corriente Az va a la zaga de la fuerza electromotriz E en un ángulo de π / 2... Esto significa que la corriente máxima aparece en el conductor un poco más tarde que la fuerza electromotriz máxima. Por lo tanto, cuando la corriente en el alambre del devanado del inducido alcance su valor máximo, el polo norte N ya no estará debajo de este alambre, sino que se moverá un poco más en la dirección de rotación del rotor, como se muestra en la Fig. 2, b.

En este caso, las líneas magnéticas (líneas de puntos) del flujo magnético del devanado del inducido se cierran a través de dos polos opuestos adyacentes N y S y se dirigen a las líneas magnéticas del campo magnético principal del generador creado por los polos magnéticos. Esto lleva al hecho de que la ruta magnética principal no solo se distorsiona, sino que también se vuelve ligeramente más débil.

En la Fig. 2.6 muestra un diagrama vectorial de las inducciones magnéticas: el campo magnético principal B, el campo magnético debido a la reacción de armadura Vi y el campo magnético resultante Vres.

Aquí vemos que el componente radial de la inducción magnética del campo magnético resultante se ha vuelto más pequeño que la inducción magnética B del campo magnético principal por el valor ΔV. Por lo tanto, la fuerza electromotriz inducida también se reduce porque se debe a la componente radial de la inducción magnética.Esto significa que el voltaje en los terminales del generador, en igualdad de condiciones, será menor que el voltaje en una carga de generador puramente activa.

Si el generador tiene una carga puramente capacitiva, la corriente en él adelanta la fase de la fuerza electromotriz en un ángulo de π / 2... La corriente en los cables del devanado del inducido del generador ahora alcanza un máximo antes que la electromotriz. fuerza E. Por lo tanto, cuando la corriente en el cable del devanado del ancla (Fig. 2, c) alcanza su valor máximo, el polo norte de N aún no acomodará este cable.

En este caso, las líneas magnéticas (líneas de puntos) del flujo magnético del devanado del inducido se cierran a través de dos polos opuestos adyacentes N y S y se dirigen a lo largo del camino con las líneas magnéticas del campo magnético principal del generador. Esto lleva al hecho de que el campo magnético principal del generador no solo se distorsiona, sino que también se amplifica un poco.

En la Fig. 2, c muestra el diagrama vectorial de la inducción magnética: el campo magnético principal V, el campo magnético debido a la reacción de armadura Vya y el campo magnético resultante Bres. Vemos que la componente radial de la inducción magnética del campo magnético resultante se ha vuelto mayor que la inducción magnética B del campo magnético principal en la cantidad ΔB. Por lo tanto, la fuerza electromotriz inductiva del generador también ha aumentado, lo que significa que el voltaje en los terminales del generador, siendo todas las demás condiciones iguales, será mayor que el voltaje en una carga del generador puramente inductiva.

Habiendo establecido la influencia de la reacción del inducido sobre la fuerza electromotriz de un generador síncrono para cargas de diferente naturaleza, se procede a aclarar las características externas del generador.La característica externa de un generador síncrono es la dependencia de la tensión U en sus terminales de la carga I a velocidad de rotor constante (n = const), corriente de excitación constante (iv = const) y la constancia del factor de potencia (cos φ = constante).

En la Fig. 3 se dan las características externas de un generador síncrono para cargas de diferente naturaleza. La curva 1 expresa la característica externa bajo carga activa (cos φ = 1,0). En este caso, el voltaje del terminal del generador cae cuando la carga cambia de inactiva a nominal dentro del 10 al 20% del voltaje del generador sin carga.

La curva 2 expresa la característica externa con una carga resistivo-inductiva (cos φ = 0, ocho). En este caso, el voltaje en las terminales del generador cae más rápido debido al efecto desmagnetizador de la reacción del inducido. Cuando la carga del generador cambia de sin carga a nominal, el voltaje cae dentro del 20 al 30% del voltaje sin carga.

La curva 3 expresa la característica externa del generador síncrono con carga activo-capacitiva (cos φ = 0,8). En este caso, el voltaje del terminal del generador aumenta algo debido a la acción de magnetización de la reacción del inducido.

Arroz. 3. Características externas del alternador para diferentes cargas: 1 — activa, 2 — inductiva, 3 capacitiva

Característica de control de un generador síncrono

La característica de control de un generador síncrono expresa la dependencia de la corriente de campo i en el generador de la carga I con un valor efectivo constante del voltaje en los terminales del generador (U = const), un número constante de revoluciones del rotor del generador por minuto (n = const) y la constancia del factor de la potencia (cos φ = const).

En la Fig.4 se dan tres características de control de un generador síncrono. La curva 1 se refiere al caso de carga activa (porque φ = 1).

Arroz. 4. Características de control del alternador para diferentes cargas: 1 — activa, 2 — inductiva, 3 — capacitiva

Aquí vemos que a medida que aumenta la carga I en el generador, aumenta la corriente de excitación. Esto es comprensible, porque con un aumento en la carga I, aumenta la caída de voltaje en la resistencia activa del devanado del inducido del generador, y es necesario aumentar la fuerza electromotriz E del generador aumentando la corriente de excitación iv. mantener el voltaje constante U .

La curva 2 se refiere al caso de una carga activo-inductiva a cos φ = 0,8... Esta curva sube más que la curva 1, debido a la desmagnetización de la reacción del inducido, que reduce la magnitud de la fuerza electromotriz E y por tanto la tensión U en los terminales del generador.

La curva 3 se refiere al caso de una carga activo-capacitiva a cos φ = 0,8. Esta curva muestra que a medida que aumenta la carga en el generador, se requiere menos corriente de excitación i en el generador para mantener un voltaje constante entre sus terminales. Esto es comprensible, ya que en este caso la reacción del inducido aumenta el flujo magnético principal y por lo tanto contribuye a aumentar la fuerza electromotriz del generador y el voltaje en sus terminales.