Трёхфазный синхронный генератор: Устройство синхронного генератора переменного тока, принцип работы

Содержание

Устройство синхронного генератора переменного тока, принцип работы

Электричество – вид энергии, который можно передавать на дальние расстояния, преобразовывать в механическую, тепловую энергию и трансформировать в световое излучение. Электроэнергию получают различными способами – химическим, тепловым, механическим, фотоэлектрическим.

Наиболее распространенный способ получения электроэнергии – механический, с использованием генераторов. Именно таким образом получают практически всю электрическую энергию, используемую в бытовых и производственных целях.

Генераторы, иначе называемые «электростанциями», бывают синхронными и асинхронными, одно- и трехфазными. Рассмотрим подробнее устройство и работу трехфазного электрогенератора, который может работать параллельно с другими электрогенераторами или централизованной электрической сетью.

 

В конструкцию синхронных электрических генераторов входят три основные детали:

  • Ротор. Вращающийся элемент.
    Это биполярный электромагнит постоянного тока. Обмотка ротора соединяется с блоком управления через два щеточных узла.
  • Статор. Неподвижный элемент. Витки статорной обмотки равномерно расположены по окружности. В однофазных машинах присутствует одна обмотка, в трехфазных – три, которые соединяются по схемам «звезда», «треугольник» или со сдвигом друг относительно друга на 120°.
  • Блок управления.

 

Статор и ротор изготавливают из пластин электротехнических марок стали, которые хорошо проводят магнитный поток и плохо проводят электрические вихревые токи. Синхронные генераторы, имеющие явно полюсный ротор, используются для тихоходных машин, у которых скорость вращения не превышает 1000 оборотов в минуту, например установок с гидравлическими турбинами. Синхронные электрогенераторы с не явно полюсными роторами используются для механизмов, вращающихся с высокой скоростью – 1500-3000 об/минуту. Бывают двух- и четырехполюсными.

Принцип работы синхронного электрогенератора

Основные этапы:

  • При вращении ротора двигателем внутреннего сгорания начинается вращение поля электромагнита.
  • В результате вращения магнитного поля в статорной обмотке появляется переменное синусоидальное напряжение – одно- или трехфазное. Значение напряжения генерируемого тока зависит от скорости вращения ротора.
  • Изменение электрической нагрузки синхронного генератора меняет механическую нагрузку на валу двигателя внутреннего сгорания. В свою очередь, это изменяет скорость вращения ротора, а значит, изменения величины напряжения и частоты. Избежать таких изменений параметров генерируемого электротока позволяет блок управления, который автоматически регулирует электрические характеристики через обратную связь.

 

Трехфазный синхронный генератор может работать в режиме генератора или в режиме двигателя. В первом случае в СГ входящей является механическая энергия, а выходящей – электрическая. Во втором случае – входящей является электрическая энергия, а выходящей – механическая.

 

Разновидности синхронных генераторов

 

Конкретная область применения определяет, какой вид синхронного генератора купить.

 

Производители предлагают электрогенераторы:

  • Шаговые (импульсные). Применяются для приводов, работающих в режиме старт-стоп, или для устройств постоянного режима работы с импульсным сигналом управления.
  • Безредукторы. Используются в автономных системах.
  • Бесконтактные. Востребованы в качестве электростанций на речных и морских судах.
  • Гистерезисные. Предназначены для установки в счетчиках времени, инерционных электрических приводах, системах автоматизированного руководства.
  • Индукторные. Используются для оснащения электрических установок.

 

Области применения синхронных трехфазных генераторов переменного тока

 

Важная особенность синхронного генератора – возможность синхронизации с другими подобными электрическими машинами. Это свойство позволяет использовать эти машины в промышленной энергетике и при повышении нагрузок в час пик подключать резервные агрегаты.

 

Трехфазные генераторы применяют на:

  • тепловозах с выпрямлением переменного тока полупроводниковыми элементами и других транспортных системах;
  • мощных гидро-, тепловых электростанциях, атомных станциях, передвижных электростанциях;
  • гибридных автомобилях с целью совмещения тяги ДВС и мощности тяговых электродвигателей.

 

Синхронные трехфазные генераторы могут использоваться в качестве электромоторов с мощностью более 50 кВт. В этом режиме ротор соединяют с источником постоянного тока, а статор подключают к трехфазному кабелю.

 

В каких случаях необходимо купить и использовать синхронный генератор?

 

Синхронный генератор переменного тока выбирают в следующих случаях:

  • Если предъявляются высокие требования к постоянству параметров напряжения и частоты тока.
  • При высокой вероятности перегрузок в переходном режиме потребителей с реактивной мощностью.
  • При вероятности перегрузок в рабочем режиме, когда к генератору подключаются потребители как с активной, так и с реактивной мощностью.

 

Преимущества использования синхронных генераторов

 

Плюсы трехфазных синхронных генераторов:

  • Способность выдерживать перегрузы в электросети, превышающие в три раза номинальное значение, и короткие замыкания.
  • Более высокое качество генерируемой электроэнергии, по сравнению с асинхронными генераторами. Поэтому эти электрические машины используются для работы в комплексе с дорогостоящим оборудованием.
  • Наличие автоматических регуляторов напряжения, регулирующих выпрямителей, которые защищают оборудование от перегруза и коротких замыканий и способны отключать электроустановки в случае возникновения аварийных ситуаций.

 

Современные электрические генераторы изготавливаются в соответствии с требованиями мировых стандартов качества и безопасности.

Синхронные генераторы

Устройство и принцип действия Синхронные машины используют прежде всего в качестве генераторов. Их устанавливают на электрических станциях для преобразования механической энергии в элек трическую.

Синхронный генератор состоит из неподвижного статора 2 (рис. 196, а), на котором размещаются три обмотки (Л X, В У. С Т), и вращающегося ротора 1 с полюсами, на которых находится обмотка возбуждения ОВ. Постоянный гок, поступающий в обмотк\ возбуждения, намагничивает ротор, а первичный двигатель вращает его с частотой п. При этом обмотки статора пересекаются магнитным полем и в них индуцируются переменные э. д. с., сдвинутые по фазе на угол 120 Источником постоянного тока возбуждения /„ является возбудитель небольшой генератор постоянного тока, мощность которого составляет 2 -3% мощности грехфазного генератора. Якорь генератора постоянного тока соединен с валом синхронного генератора и приводится во вращение общим первичным двигателем.

При работе первичного двигателя (рис. 196, б) вращается вал ротора 1 и якорь 2. Ток возбуждения /в проходит от положительного полюса возбудителя через щетку Щ1 и кольцо 3, обмотку возбуждения синхронного генератора 6, кольцо 4, щетку Щ2 к отрицательному полюсу возбудителя.

В некоторых синхронных генераторах для создания магнитного потока используется самовозбуждение. В таких генераторах цепь возбуждения подключают к обмоткам статора 7 через специальный выпрямитель. При вращении ротора 5 в обмотках статора 7 возникает небольшой переменный ток за счет остаточной индукции. Этот ток выпрямляется и, поступая в обмотку возбуждения, усиливает магнитный поток ротора, а следовательно, и э. д. с. генератора. Ротор можно вращать паровой или водяной турбиной или двигателем внутреннего сгорания. В соответствии с этим синхронный генератор называется турбогенератором, гидрогенератором или дизель-генератором.

Частота 1 вырабатываемого тока прямо пропорциональна частоте вращения первичного двигателя п и числу пар полюсов ротора: 1 = = /7П/60. Поэтому тихоходные генераторы, работающие совместно с водяными турбинами, имеют большое число явно выраженных полюсов. Генераторы с неявно выраженными полюсами работают совместно с паровыми турбинами и являются быстроходными.

В каждой обмотке статора наводится э. д. с.

Е ==4,44/шФК,

где ш) — число витков обмотки;

Ф — магнитный поток ротора;

К — постоянный коэффициент обмотки.

Э. д. с. и напряжение генератора регулируют реостатом в цепи обмотки возбуждения генератора постоянного тока. Если увеличить ток возбуждения этого генератора, то увеличатся его напряжение и ток возбуждения /в синхронного генератора, в результате чего возрастет магнитный поток Ф ротора и индуцируемая э. д. с. Е. К. п. д. синхронных генераторов большой мощности достигает 96-97%.

Синхронные генераторы применяют для резервного питания устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. Они входят

Рис. 197. Трехфазный синхронный генератор (дизель-генератор) :

1 — корпус статора; 2 — сердечник статора; ,? — пазы сердечника статора; 4 — трехфазная обмотка статора; 5 — полюс ротора; 6′ — катушка обмотки возбуждения; 7 — генератор постоянного тока в комплект дизель-генераторных агрегатов (ДГА) (рис. 197), которые используют при неисправности питающих трансформаторных подстанций. При соединении обмоток статора звездой линейное напряжение таких генераторов 380 В, мощность- 12, 24 или 48 кВ • А.

Дизель-генераторы снабжены аппаратурой системы самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения (рис. 198). Последовательно с нагрузкой включены первичные обмотки трансформатора 77, а параллельно нагрузке-первичные обмотки трансформатора Т2. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединены параллельно и питают выпрямитель В, к которому подключена обмотка возбуждения ОВ синхронного генератора. Вторичный ток /; последовательного трансформатора зависит от тока нагрузки I, вторичный ток 1и параллельного трансформатора — от напряжения нагрузки и. Ток на входе выпрямителя равен геометрической сумме токов и 1и, т. е. I —= /; +

7Ток возбуждения /в зависит не только от тока 1 и напряжения и нагрузки, но и от угла сдвига ф между ними.

Поэтому такую схему называют схемой фазового компаундирования.

Коэффициенты трансформации трансформаторов 77,

Т2 и индуктивности Ь включенных катушек выбирают так, чтобы при любом токе /

Рис. 198. Схема синхронного генератора с автоматической регулировкой напряжения

и угле ф сохранялось постоянным напряжение генератора U. С возрастанием активной или активно-индуктивной нагрузки увеличиваются токи Іі, 1 /в и э. д. с. Е. В результате автоматически компенсируется действие возрастающего падения напряжения на обмотках статора. Самовозбуждение синхронных генераторов происходит так же, как и в генераторах постоянного тока, за счет остаточного магнетизма. Однако вследствие повышенного сопротивления выпрямителя при малых напряжениях з. д. с. от остаточного магнетизма недостаточна для самовозбуждения. Поэтому принимают ряд мер, улучшающих процесс самовозбуждения. Для этого параллельно выпрямителю В со стороны переменного тока включают резонансный контур, состоящий из конденсаторов. Емкость конденсаторов С выбирают такой, чтобы во время пуска, когда частота вращения ротора п < п„, наступил резонанс напряжений, при котором напряжение на конденсаторах и на входе выпрямителя повысилось. Благодаря этому снижается сопротивление выпрямителя, происходит самовозбуждение. При установившейся частоте вращения ротора п — пв условие резонанса нарушается и конденсаторы практически не влияют на работу схемы.

Характеристики. К основным характеристикам синхронного генератора относятся регулировочные, внешние и характеристики холостого хода. Характеристики снимают с помощью схемы, представленной на рис. 199.

Характеристика холостого хода (рис. 200, а) показывает зависимость э. д. с. Е обмотки статора от тока возбуждения /в при постоянной частоте вращения п и выключенной нагрузке, т. е. Е = /(1 ) при п —— const; 1 — const; 1 — 0. 1

Ток возбуждения синхронного генератора регулируется реостатом R (см. рис. 199), который включен последовательно с обмоткой возбуждения ОВ. Для измерения тока, напряжения и частоты на выходе генератора включены амперметры (РА1 — РАЗ), вольтметр PV и частотомер Нг. Характеристика холостого хода синхронного генератора подобна кривой намагничивания сердечника ротора.

Внешние характеристики (рис. 200, 6) отображают зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки 1 при неизменных токе возбуждения, частоте вращения и коэффициенте мощности, т. е. U — 1 (/) при /п — const; п — const и cos ф — const.

Рис. 199. Схема синхронного генератора
Рис. 200. Характеристики синхронного генератора

Если увеличивать нагрузку с преобладанием индуктивности на генераторе, то его напряжение резко снижается (кривая /). Это объясняется увеличением падения напряжения на обмотках статора и реакцией статора. Реакцией статора называется взаимодействие вращающегося магнитного потока статора с магнитным потоком ротора, которые вращаются с одинаковой скоростью (синхронно). С увеличением нагрузки возрастает магнитный поток обмоток статора, направленный противоположно магнитному потоку ротора. В результате размагничивания ротора снижается э. д. с. и напряжение генератора. Если к генератору подключить только активную нагрузку, то магнитный поток статора будет сдвинут относительно ротора на угол 90°. Размагничивающее действие реакции статора несколько снижается и напряжение генератора изменяется по кривой 2. При нагрузке с преобладанием емкости магнитный поток статора направлен в одну сторону с магнитным потоком ротора. Поэтому напряжение генератора изменяется по кривой 3.

Регулировочные характеристики (рис. 200, в) при активно-индуктивной нагрузке 1, активной нагрузке 2, активно-емкостной нагрузке 3 показывают зависимость тока возбуждения генератора /н от тока нагрузки 1 при постоянном напряжении, частоте вращения и коэффициенте мощности, т. е. /в — 1 (/) при U — const; п const; cos <p ——= const. Регулировочные характеристики показывают, как следует изменять ток возбуждения генератора /в при увеличении тока нагрузки 1 для того, чтобы напряжение генератора U было постоянным.

⇐Асинхронные электродвигатели | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Первичные химические источники тока⇒

Трехфазный (380 В) генератор своими руками: пошаговая инструкция

Трехфазный (380 В) генератор своими руками: пошаговая инструкция

Генератор для дома, дачи или мастерской необходим для получения альтернативного электричества.

Если питание должно поступать и к однофазным, и к трехфазным приборам (инструментам, станкам), то нужен генератор трехфазный. Он способен запитать разную по фазности технику, как на 220 Вольт, так и на 380 Вольт — вот, что значит трехфазный генератор. Таким образом, при отсутствии тока в стационарной сети, вы сможете включать и перфоратор или дрель на 220В и бетономешалку на 380В, но только не одновременно, а поочередно. Трехфазный генератор – необходимое приобретение как для домашнего пользования, так и для производственных площадок.

Самодельный генератор, возможно ли это

Хоть электростанция трехфазная — агрегат весьма сложный, его можно собрать самостоятельно, изучив принцип работы генератора и имея доступные элементы и детали. Для этого используется асинхронный электрический двигатель.

Принцип работы основан на всем знакомой динамо-машине — заставить ротор вращаться принудительно. Как работает трехфазный генератор? На основе асинхронного двигателя. Для того, чтобы этот мотор, не включенный в сеть, заработал в роли источника электричества, нужно передать на его якорь вращательный момент. Крутящий момент возникает от любой механической энергии.

Лучший способ, как сделать трехфазный генератор — задействовать двигатель внутреннего сгорания. Причем, вы можете создать не только бензиновый генератор, а экономный газовый или мощный дизельный. Для подключения к двигателю используют амортизирующую муфту, чтобы ротор вращался не рывками, а плавно.

Даже больше — детально разобравшись, что такое трехфазный генератор, вы поймете, что механическую энергию можно получить не только от ДВС, а от совершенно бесплатных носителей. Это значит, что можно использовать энергию речки или ветра (если природные условия содействуют). В этом случае нужно собрать и установить турбину, ветряную или водяную. Получается отличная возможность сэкономить на оплате электроэнергии, получаемой от стационарной сети.

В некоторых населенных пунктах Украины для вращения ротора используют даже лошадей. Этот способ соорудить электрогенератор своими руками популярен среди определенных религиозных общин, которые принципиально не пользуются стационарным электричеством. Несколько запряженных коней вращают якорь, создавая нужную механическую энергию. Получается дешевая электроэнергия от живой конской силы.

Как работает генератор 380 Вольт собственного изготовления

При вращении ротора, в статоре возникает магнитное поле, формирующее ЭДС. Привод устроен так, что, если подсоединить к концам обмоток конденсатор, то по виткам начинает идти ток. Емкость конденсаторной батареи должна быть выше критического номинала, чтобы генератор был пригоден для активной нагрузки и выдавал симметричные трехфазные вольтажи.

Кроме этого показателя, на мощность электрогенератора влияет и двигатель, создающий крутящий момент, его конструкция и мощность.

Для продуцирования электричества 380 Вольт со стандартной частотой 50 Гц, скорость вращения якоря привода должна поддерживаться на определенном уровне. Магнитные силовые линии возникнут только при условии, что скорость выше асинхронной составляющей на коэффициент скольжения S (равен 2÷10 процентов) и соответствовать уровню синхронной частоты. В противном случае правильной синусоиды тока добиться невозможно, а ее искривление (скачки частоты) недопустимы, если подключаем к электростанции 380 Вольт приборы, оснащенные электрическими двигателями (дрели, перфораторы, болгарки, пилы). Если мотора нет, а только нагревательный ТЭН или лампа накаливания, то значение частоты и синусоида тока не настолько имеют значение.

Существует также вариант использования генераторов на 220 Вольт для оборотов электродвигателя. В этом случае, мы получаем самодельный трехфазный генератор из однофазного. Передача вращательного момента идет на якорь асинхронного трехфазного привода, в результате чего получается трехфазная сеть.

Какой асинхронный двигатель нужен: характеристики ротора и статора

Асинхронный трехфазный привод — основная база для генератора переменного тока. Очень часто такие моторы списываются на предприятиях, поэтому найти его можно за низкую цену или бесплатно. Обязательные условия выбора, какой у него ротор и статор:

  • Ротор у такого движка может быть фазный или короткозамкнутый;
  • Статор — с тремя отдельными медными обмотками. Соединение витков между собой допускается по типу «треугольник» или «звезда».

Устройство и принцип работы такого привода состоит в том, что ротор (якорь) — вращающийся элемент, статор — неподвижный. У них обоих основу составляют изолированные стальные пластины. На этих пластинах расположены пазы, в которых идут витки обмотки.

В статоре выходы витков нужно подсоединить в клеммную коробку и установить перемычки для соединения. Кабель для питания также устанавливают здесь.

К каждой фазе статора подсоединяются идентичные напряжения, смещенные на угол, который составляет примерно треть круга. Эти синхронные подводки отвечают за формирование тока в витках статора.

В роторе подключение зависит от особенностей его строения: фазный или короткозамкнутый.

  1. Фазный ротор. У такого ротора витки обмотки аналогичны, как у статора. Их выходы нужно смонтировать на кольца, которые проводят контакт и соприкасаются со схемой запуска и прижимными щетками. Конструкция получается непростая, с ней нужно повозиться. К тому же нужно постоянно наблюдать за частотой вращения и смотреть, не разомкнулись ли контактные кольца, не отошли ли прижимные щетки. Поэтому лучше выбрать ротор короткозамкнутого типа. Или же сделать короткозамкнутый якорь из фазного ротора. Для этого концы обмотки не подключают к кольцам, а сочетают между собой — коротят.
  2. Короткозамкнутый ротор. Как мы уже сказали, он более удобный для самостоятельного создания генератора, так как, в отличие от синхронного генератора, схема у него простая. Кольца-перемычки своими концами соединены и закорочены, подвижных прижимных щеток-контактов нет. Получается все очень просто и надежно, поэтому именно такой якорь и советуем выбирать для своей самоделки.

На что влияют схемы подключения

Схема трехфазного генератора в плане размещения обмоток на статоре мотора влияет на последующую работу устройства, определяет его технические характеристики.

  • Электросхема соединения «звезда». Это стандартный тип соединения витков и очень популярный. Он самый практичный при подключении конденсаторной батареи. Ее присоединение можно выполнить:
    • К двум обмоткам. В результате такой схемы асинхронные генераторы обеспечивают питание однофазным приборам (причем, двум группам) и трехфазным (одна линия). Клавиши выключателей для рабочего и пускового конденсатора — отдельные. 
    • К одной обмотке (по такой же схеме). Получим одну однофазную линию. И одну трехфазную.
  • Схема подключения «треугольник» применяется для переключения обмоток для получения однофазного питания.

На какие характеристики двигателя еще нужно обратить внимание

Для надежной и стабильной работы генератора, сделанного своими руками, важны определенные технические характеристики двигателя. Они указаны на наклейке или же в паспорте (если он есть). Важные моменты, это:

  • Класс защиты (обозначение IP). Чем меньше цифра — тем лучше корпус привода защищен о проникновения пыли и влаги.
  • Мощность.
  • Количество оборотов.
  • Схема сочетания витков обмотки статора.
  • Максимальные нагрузочные токи.
  • Коэффициент полезного действия.
  • Пусковой ток (коэффициент фи).

Все это следует выяснить, а если мотор старый и много лет использованный, то его нужно протестировать вольтметром, амперметром и «прозвонить» на предмет рабочего состояния.

Как просчитать мощность генератора

Чтобы работа самодельной электростанции была стабильной, нужно, чтобы ее номинальный вольтаж и мощность были одинаковыми в режимах генератора и электрического мотора. Перед тем, как выбрать конденсаторную батарею, нужно учесть:

  • Реактивную мощность Q. Она равняется 2n*f*C*U2, где С — емкость конденсатора. Отсюда, нужная нам емкость С будет равна Q/2n*f *U2.
  • Режим работы. Для того, чтобы в режиме холостого хода не возникала перегрузка обмоток и их перегрев, конденсаторные элементы подключают ступенчатым способом, в соответствии с нагрузкой.

Рекомендуемая нами марка пусковых конденсаторов — К78-17, с вольтажом 400 Вольт и выше. Допускаются и аналогичные по характеристикам металлобумажные элементы. Подключение их параллельное.

Батареи на электролите для переменного тока использовать не советуем. На них может работать генератор постоянного тока, а при переменном элементы электролитного конденсатора будут быстро выходить из строя.

Советы и рекомендации по соблюдению безопасности

Трехфазный вольтаж 380 Вольт — это большая опасность поражения человека и его смерти. Поэтому, безопасная эксплуатация самоделки — самое важное требование. Для ее гарантии необходимо выполнить такие условия:

  1. Управление единым электрощитом, в состав которого входят:
  • Измерительные приборы: вольтметр (с максимумом не ниже 500 Вольт), амперметр и частотомер.
  • Выключатели для взаимодействия нагрузок (три клавиши). Одна из них включает питание непосредственно к потребителю, а две других отвечают за подключение конденсаторных элементов.
  • Систему защиты — автовыключатель, который срабатывает при коротком замыкании или перегрузке по мощности. Сюда также входит и устройство защитного отключения, которое должно сработать, если фаза пробьет на корпус.
  • Надежное заземление к контуру земли. 
  • Система АВР. Для удобства работы и повышения безопасности, также советуем использовать автоматический ввод резерва. Он актуален, если вам нужно резервное питание в качестве генератора. Тогда он сможет самостоятельно включаться при исчезновении тока в стационарной сети, и так же автоматом отключаться при его появлении. АВР создают путем установки перекидного рубильника, который задействует все три фазы.
  • Советы по эксплуатации: какие трудности могут возникнуть

    Частым проблемным явлением работы генератора является перегрузка по мощности. При ней идет интенсивный нагрев обмотки, пробой изоляции. Как следствие — поломка генератора. Возникает из-за:

    • Неверного подбора емкости конденсаторной батареи;
    • Подсоединения большого количества электротехники, суммарная мощность которой превышает номинальную мощность. 

    О правилах подбора емкости и расчетах мы уже говорили выше. А по проблеме перегруза по мощности в генераторе на три фазы, нужно отметить еще некоторые нюансы при подключении однофазных потребителей:

    • Потребителей с вольтажом 220 Вольт можно подключать только на одну треть общей мощности (к примеру, если ген выдает 6 кВт, то это только для приборов на 380 Вольт, а для однофазных будет только 2 кВт, не больше). Иначе, возникнет перегрузка.  
    • Если у вашего генератора две однофазных линии, то вместе мощность по ним будет составлять 2/3 от общего показателя мощности. То есть, 6 кВт — это 4 кВт для однофазных, по 2 кВт на каждую фазу. Причем, при одновременном задействовании фаз, следите, чтоб нагрузка не отличалась от мощности до 10%, иначе возникнет явление «перекос фаз», и ток поступать не будет.

    При работе важно следить за показателем частоты переменного тока. Если вы не встроили частотомер на общий электрощит, то на холостом ходу выходной вольтаж выше значения 380 Вольт (или 220 при подключении однофазных) на 4÷6 процентов.

    Контрольная работа по механике на заказ

    Задача 1. Имеется трехфазный синхронный генератор мощ­ностью Sном = 330 кВА с напряжением на выходе U1ном = 6,3 кВ (обмотка статора со­единена звездой) при частоте тока 50 Гц и частоте вращения n1=1000. КПД генератора при номинальной нагрузке ηном=92% . Гене­ратор работает на нагрузку с соs φном = 0,9.

    Требуется определить активную мощность генератора при номинальной нагрузке Pmax, ток в обмотке статора I1ном, мощность первичного двигателя Р1ном и вращающий момент М1ном, при непосредственном механическом соединении валов генератора и первичного двигателя.

    Решение.

    1.Полезная мощность на выходе генератора

    Рном= Sном* соs φном= 330*0,9=297 кВт

    2.Мощность на входе генератора

    Рном1= Рном/ ηном=297/0,92=322,8 кВт

    1. Суммарные потери

    ном= Р1ном1 — Рном=322,8 — 297=25,8 кВт

    1. Ток статора в номинальном режиме

    Iном= Sном/ (3*U ном1) = 330/ (1.73*6.3) =30,2А

    1. Момент приводного двигателя, необходимый для вращения ротора генератора с синхронной частотой вращения в режиме номинальной нагрузки

    M ном1=9,55* Рном1/ n1=9. 55*103*322.8/1000=3083 H*м

    Задача 2. Трехфазный синхронный двигатель номинальной мощностью Pн=575 кВт, числом полюсов 2p=6 работает от сети напряжением Uн=6  кВ. КПД двигателя Ƞн=93%, коэффициент мощности cosφ=0.8 при опережающем токе статора. Перегрузочная способность двигателя , кратность пускового тока , кратность пускового момента  .

    Требуется определить: 1) потребляемую двигателем из сети активную мощность P1ном и ток Iном; развиваемый двигателем при номинальной нагрузке вращающий момент двигателя Мном; суммарные потери мощности ; пусковой ток Iп  и пусковой момент Мп; вращающий момент Mmax , при котором двигатель выпадает из синхронизма.

    Решение

    Схема соединения обмотки статора – «звезда».

    Потребляемая двигателем из сети активная мощность, кВт:

    Потребляемый из сети ток, А:

    Номинальная частота вращения, об/мин:

    Развиваемый двигателем вращающий момент, Нм:

    Суммарные потери мощности в двигателе, кВт:

    Пусковой момент двигателя, Нм:

    Пусковой ток двигателя, А:

    Максимальный момент двигателя, Нм:

    Задача 3. 1

    Определить напряжение на зажимах трехфазного синхронного генератора, работающего в режиме холостого хода, при соединении обмоток по схеме «треуголник – «звезда», если известны частота f=50 Гц, количество витков, размещенных в пазах статора w1 = 180, обмоточный коэффициент k01=0,92, амплитудное значение магнитного потока одной фазы Фmax=0,012 Вб.

    Решение

    При холостом ходе генератора и соединении его обмоток треугольником напряжение на зажимах равно фазной ЭДС.

    Синхронный генератор БГ

    Весь каталог — генераторы

    Общие технические характеристики синхронного генератора

    Принцип действия любого генератора основан на явлении электромагнитной индукции, который заключается в появлении ЭДС (Вольт)на концах проводника при движении его в магнитном поле или магнитного поля относительно проводника. В описании конструкции синхронных генераторов часто используются термины: обмотка индуктора, обмотка якоря, ротор, статор.

    Принято считать, что обмотка индуктора создает постоянное магнитное поле при протекании тока в её катушках. В обмотке якоря наводится ЭДС (Вольт)при движении полюсов индуктора. Ротор и статор это подвижная и не подвижная части машины соответственно. Конструкция генератора БГ такова, что магнитное поле создается обмоткой индуктора, расположенной на роторе при протекании электрического тока в ней, а ЭДС (напряжение)появляется в обмотке якоря, расположенной на статоре, при вращении ротора, см. Рис 1. Таким образом, генератор БГ будет преобразовывать механическую энергию первичного двигателя (дизельный, бензиновый, или иной)в электрическую энергию, при условии соединения валов двигателя и генератора. Устройство же обмотки якоря таково, что она может формировать трехфазное или однофазное напряжение генератора (исходя из её конструкции и назначения генератора).

    Частота электрического тока определяется величиной скорости вращения ротора и количеством полюсов обмотки индуктора. Так, у 4-х полюсной машины при скорости вращения ротора 1500 об/мин эта частота всегда равна 50-ти Герцам (Гц). Соответственно, для получения частоты 60 Гц скорость вращения этой машины должна быть 1800 об/мин.
    Кроме описанной выше конструкции синхронного генератора, имеется так называемое «обращенное» исполнение см. Рис. 2. В «обращенном» исполнении обмотка индуктора размешена на неподвижной части, а на подвижной части размещена обмотка якоря. Такое исполнение имеет возбудитель генераторов БГ. Обе конструкции равнозначны по приведенным параметрам и принципу действия.

    Устройство генераторов синхронных серии БГ

    Исторически сложилось так, что наибольшее распространение получили генераторы в конструктивном исполнении по Рис. 1 — с неподвижной обмоткой якоря. В этом случае передача постоянного электрического тока во вращающуюся обмотку индуктора, выполняется с помощью скользящих контактов: контактные кольца - меднографитовые «щётки».

    Способ передачи электрического тока во вращающуюся обмотку индуктора в синхронных генераторах без использования скользящих контактов считается в мировой практике наиболее надежным, а при эксплуатации экономически более выгодным. Генераторы, в которых применяется такой способ, стали называть -«бес щеточные синхронные генераторы» или «синхронные генераторы с бесконтактным возбуждением». В генераторах серии БГ применяется бесконтактное возбуждение.

    Устройство генератора БГ

    Генератор состоит из собственно генератора и системы автоматического регулирования напряжения (АРН). Собственно генератор состоит из синхронного генератора и синхронного возбудителя обращенного исполнения. Исполнение генераторов фланцевое, защищенное с самовентиляцией, горизонтальное. По способу монтажа исполнение возможно в двух вариантах:
    — двух опорное — на двух подшипниках с одним свободным концом вала,
    — одноопорное — с одним подшипниковым узлом и диском для соединения с валом приводного двигателя.

    Направление вращения генератора правое или левое, если смотреть со стороны привода. Указывается стрелкой. Станина стальная сварная. Генератор выполнен на подшипниках качения. Смазка подшипников консистентная. Подшипниковые щиты выполнены стальными сварными. Сердечник якоря набран из изолированных листов электротехнической стали, запрессован в станину и закреплен от поворота и осевого смещения. Обмотка якоря генератора имеет два варианта исполнения:
    — на генераторах до 100 кВт включительно всыпная двухслойная,
    — на генераторах свыше 100 кВт выполнена из жестких катушек.

    Обмотка соединена в звезду и имеет четыре вывода: три фазных и один нулевой, которые подведены к контактным болтам доски зажимов трансформатора силового. Подвод внешних силовых кабелей предусмотрен через штуцеры. Ротор генератора явнополюсный, состоит из полюсного сердечника индуктора с катушками обмотки возбуждения и демпферной обмотки. Сердечник индуктора шихтованный, набран из цельноштампованных четырехполюсных листов электротехнической стали. Катушки обмотки возбуждения индуктора выполнены из изолированного провода, наматываемого непосредственно на сердечник. Выводные концы обмотки индуктора присоединены к контактным болтам вращающегося выпрямителя. Демпферная обмотка выполнена из круглых стержней, установленных в пазы полюсных башмаков. Концы стержней каждого полюса припаяны тугоплавким припоем к медным листам. Вентилятор центробежный, выполненный литым из алюминиевого сплава для генераторов до 100 кВт включительно, или стальным клепаным для генераторов свыше 100 кВт. Вентиляция аксиально-вытяжная, выполняется центробежным вентилятором. Забор воздуха производится через окна в колпаке со стороны возбудителя. Затем поток воздуха разделяется на две части: одна часть потока охлаждает лобовые части обмотки и сердечник статора, другая, проходя между полюсами ротора, — обмотку возбуждения генератора. Выбрасывается воздух вентилятором через окна со стороны привода.

    Возбудитель генератора

    Синхронный возбудитель состоит из индуктора, якоря и вращающегося выпрямителя. Индуктор возбудителя состоит из сердечника, выполненного из листов электротехнической стали, и обмотки возбуждения. Индуктор запрессован в станину генератора — для генераторов до 100 кВт, включительно, и в подшипниковый щит — для генераторов свыше 100 кВт. Для обеспечения самовозбуждения генератора в пазах полюсов сердечника индуктора установлены постоянные магниты. Якорь возбудителя выполнен из сердечника, набранного из листов электротехнической стали. Для генераторов свыше 100 кВт сердечник залит в остов из сплава алюминия. Обмотка якоря всыпная двухслойная, уложена в пазы сердечника. Выводы обмотки соединены в звезду и подключены к зажимным болтам вращающегося выпрямителя. Якорь установлен на валу генератора. Вращающийся выпрямитель состоит из изоляционного кольца, на котором смонтирован выпрямительный мост и закреплен на балансировочном кольце для генераторов до 100 кВт и в остове якоря для генераторов свыше 100 кВт.

    Устройство системы автоматического регулирования напряжения (АРН)

    Система АРН конструктивно выполнена в виде блока питания, расположенного на площадке, сверху станины генератора. АРН состоит из трансформатора силового, корректора напряжения, усилителя, трансформатора питания корректора, трансформатора параллельной работы, выпрямителя питания корректора, блока отсечки и резисторов. Сверху система АРН закрыта колпаком.

    Все генераторы имеют современную бесщеточная систему возбуждения, автоматическое регулирование напряжения. В зависимости от желания заказчика, генераторы комплектуются встроенным или выносным блоком управления, коммутационной аппаратурой, соединительной муфтой и переходным фланцем для сопряжения с двигателем заказчика. Генераторы изготавливаются в различном климатическом исполнении, в т.ч. тропики и север. Различные монтажные формы исполнения позволяют разместить генератор наиболее удобно для заказчика. Общее количество модификаций по формам исполнения, категориям размещения, частоте тока и напряжению на каждую машину достигает в среднем 35. Кроме того, по желанию покупателя, предприятие проводит изменение конструкции генераторов по ТЗ заказчика.

    Условные обозначения генератора БГ

    БГ 315-4у2, БГ 16-2у3
    БГ- бесщеточный генератор;
    315 – мощность генератора;
    4 – количество полюсов;
    У – климатическое исполнение;
    2 – категория размещения.

    Генераторы синхронные бесконтактные БГ-315, БГ-200, БГ-160, БГ-120, БГ-100, БГ-75, БГ-60, БГ-30, БГ-16, БГ-8

    Предназначены для работы в составе стационарных, передвижных, а также судовых электростанций на судах морского (речного) флота в качестве источника трехфазного тока частоты 50 Гц (60 Гц по желанию заказчика). Режим работы продолжительный, характер работы: одиночный, параллельно с промышленной сетью или с другими генераторами. Степень защиты JP 22.Форма исполнения по способу монтажа IM1001,IM2101, M2403, M2503, M2401, M2501.

    В режиме холостого хода допускается прямой пуск асинхронного двигателя мощностью 70% номинальной мощности генератора.

    Габаритные и присоединительные размеры генераторов синхронных серии БГ

    Тип

    L10

    L30

    L31

    B10

    H

    h44

    D24

    l1

    d1

    b1

    h5

    БГ-8-2

    330

    610

    135

    230

    160

    452

    280

    50

    28

    8

    31

    БГ-16-2

    228

    640

    133

    318

    200

    498

    425

    66

    55

    16

    59

    БГ-16-4

    228

    640

    133

    318

    200

    498

    425

    66

    55

    16

    59

    БГ-30-4

    296

    740

    170

    318

    200

    470

    425

    70

    55

    16

    59

    БГ-60-4

    311

    835

    227

    356

    225

    545

    520

    70

    65

    18

    69

    БГ-75-4

    265

    930

    188

    450

    270

    766

    550

    70

    61

    18

    37,3

    БГ-100-4

    406

    975

    220

    406

    250

    605

    545

    70

    63,2

    18

    37,3

    БГ-200-4

    560

    1250

    225

    580

    280

    660

    670

    102

    90

    28

    52

    БГ-315-4

    680

    1400

    395

    630

    315

    785

    650

    120

    98

    25

    59

    Основные технические характеристики бесконтактных генераторов БГ

    Технические характеристики

    Тип генератора

    БГ-315-4

    БГ-200-4

    БГ-160-4

    БГ-120-4

    БГ-100-4

    БГ-75-4

    БГ-60-4

    БГ-30-4

    БГ-16-4

    БГ-16-2

    БГ-8-2

    Номинальная мощность, кВт

    315

    200

    160

    120

    100

    75

    60

    30

    16

    16

    8

    Номинальный ток, А

    570

    360

    289

    216

    181

    135

    109

    54,2

    28,9

    28,9

    14,4

    КПД, %

    93

    92

    91,6

    91

    91

    91

    90,5

    88,5

    85

    85

    80,5

    Номинальное напряжение, В

    400 В ( по желанию заказчика 230 В )

    Коэффициент мощности

    0,8

    Частота вращения об/мин

    1500

    3000

    Режим работы

    продолжительный

    Система возбуждения

    бесщеточная

    Уставка напряжения  в % от Vном

    +5/-10

    Установившееся отклонение V при изменении нагрузки от 0 до 100%

    +1/-1

    Отклонение V в процессе нагрева до установившейся температуры от U номинального, в %

    +0,5/-0,5

    Переходное отклонение напряжения при набросе-сбросе нагрузки

    50% номинальной

    +_10%

    100% номинальной

    не более 20%

    При этом  время восстановления V до вхождения в зону точности поддержания напряжения

    0,3 с. при  набросе 0,3 с. при  сбросе

    Коэффициент небаланса линейных напряжений при холостом ходе, в %

    не более 1

    Класс собственной вибрации

    4,5

    Допустимый уровень шума по ГОСТ 16372-93, класс

    1

    Коэффициент искажения синусоидальной кривой линейного V, в %

    не более 5

    не более 3,5

    Габаритные размеры: — длина,  мм

    1400

    1250

    1180

    1030

    975

    930

    835

    740

    640

    620

    610

    — ширина, мм

    740

    670

    860

    500

    545

    550

    520

    425

    380

    390

    280

    — высота, мм

    910

    820

    870

    766

    670

    766

    650

    576

    590

    590

    452

    Масса, кг

    1355

    900

    810

    545

    500

    465

    350

    250

    185

    175

    95

    Купить синхронный генератор БГ у нас — это просто!

     


    Каталог — генераторы

    Синхронный генератор

    как ветроэнергетический генератор

    Синхронный генератор как ветрогенератор Статья Учебники по альтернативной энергии 19. 06.2010 10.11.2021 Учебные пособия по альтернативным источникам энергии Синхронный генератор

    как ветроэнергетический генератор

    Как и генератор постоянного тока в предыдущем учебном пособии, работа синхронного генератора также основана на законе электромагнитной индукции Фарадея, который работает аналогично генератору переменного тока автомобильного типа. .

    Разница на этот раз заключается в том, что синхронный генератор генерирует трехфазное выходное напряжение переменного тока на своих обмотках статора, в отличие от генератора постоянного тока, который выдает одиночный выход постоянного или постоянного тока.Однофазные синхронные генераторы также доступны для маломощных бытовых систем синхронных генераторов ветряных турбин.

    По сути, синхронный генератор представляет собой синхронную электромеханическую машину, используемую в качестве генератора и состоящую из магнитного поля на вращающемся роторе и неподвижного статора, содержащего несколько обмоток, которые поставляют генерируемую мощность. Система магнитного поля ротора (возбуждение) создается либо с помощью постоянных магнитов, установленных непосредственно на роторе, либо с помощью электромагнитного возбуждения от внешнего постоянного тока, протекающего в обмотках возбуждения ротора.

    Этот постоянный ток возбуждения передается на ротор синхронной машины через контактные кольца и угольные или графитовые щетки. В отличие от предыдущей конструкции генератора постоянного тока, синхронные генераторы не требуют сложной коммутации, что позволяет использовать более простую конструкцию. Тогда синхронный генератор работает аналогично автомобильному генератору переменного тока и состоит из двух следующих общих частей:

    Основные компоненты синхронного генератора

    • Статор: — Статор несет три отдельных (3-фазных) якоря. обмотки физически и электрически смещены друг от друга на 120 градусов, создавая выходное напряжение переменного тока.
    • Ротор: — Ротор несет магнитное поле либо в виде постоянных магнитов, либо в виде катушек с намоткой поля, подключенных к внешнему источнику постоянного тока через контактные кольца и угольные щетки.

    Говоря о «синхронном генераторе», терминология, используемая для описания частей машины, является обратной по сравнению с описанием генератора постоянного тока. Обмотки возбуждения — это обмотки, создающие основное магнитное поле, которые являются обмотками ротора для синхронной машины, а обмотки якоря — это обмотки, в которых индуцируется основное напряжение, обычно называемые обмотками статора.Другими словами, для синхронной машины обмотки ротора являются обмотками возбуждения, а обмотки статора — обмотками якоря, как показано.

    Конструкция синхронного генератора

    В приведенном выше примере показана базовая конструкция синхронного генератора, имеющего выступающий двухполюсный ротор. Эта обмотка ротора подключена к источнику постоянного напряжения, создающему ток возбуждения I f . Внешнее напряжение возбуждения постоянного тока, которое может достигать 250 вольт постоянного тока, создает электромагнитное поле вокруг катушки со статическими северным и южным полюсами.

    Когда вал ротора генератора вращается лопатками турбины (первичный двигатель), полюса ротора также будут двигаться, создавая вращающееся магнитное поле, поскольку северный и южный полюса вращаются с той же угловой скоростью, что и лопатки турбины (при условии прямого водить машину). Когда ротор вращается, его магнитный поток разрезает отдельные катушки статора одну за другой, и по закону Фарадея в каждой катушке статора индуцируется ЭДС и, следовательно, ток.

    Величина напряжения, индуцированного в обмотке статора, как показано выше, является функцией напряженности магнитного поля, которая определяется током возбуждения, скоростью вращения ротора и количеством витков в обмотке статора.Поскольку синхронная машина имеет три обмотки статора, в обмотках статора генерируется трехфазное напряжение, соответствующее обмоткам A, B и C, которые электрически разнесены на 120, или , и это показано выше.

    Эта трехфазная обмотка статора подключена непосредственно к нагрузке, и поскольку эти катушки неподвижны, им не нужно проходить через большие ненадежные контактные кольца, коммутатор или угольные щетки. Кроме того, поскольку основные катушки, генерирующие ток, являются неподвижными, это облегчает наматывание и изоляцию обмоток, поскольку они не подвергаются вращательным и центробежным силам, что позволяет генерировать более высокие напряжения.

    Синхронный генератор с постоянным магнитом

    Как мы видели, синхронные машины с возбужденным полем требуют возбуждения постоянного тока в обмотке ротора. Это возбуждение осуществляется с помощью щеток и контактных колец на валу генератора. Однако есть несколько недостатков, таких как необходимость регулярного обслуживания, очистки от угольной пыли и т. Д. Альтернативный подход заключается в использовании бесщеточного возбуждения, при котором вместо электромагнитов используются постоянные магниты.

    Как следует из названия, в синхронном генераторе с постоянными магнитами (PMSG) поле возбуждения создается с помощью постоянных магнитов в роторе.Постоянные магниты могут быть установлены на поверхности ротора, встроены в поверхность или установлены внутри ротора. Воздушный зазор между статором и ротором уменьшен для максимальной эффективности и минимизации необходимого количества материала редкоземельного магнита. Постоянные магниты обычно используются в маломощных недорогих синхронных генераторах.

    Для низкоскоростных ветряных генераторов с прямым приводом генератор на постоянных магнитах является более конкурентоспособным, поскольку он может иметь большее число полюсов (60 или более полюсов) по сравнению с обычным синхронным генератором с фазным ротором.Кроме того, реализация возбуждения с помощью постоянных магнитов проще, долговечнее, но не позволяет управлять возбуждением или реактивной мощностью. Одним из основных недостатков синхронных генераторов ветряных турбин с постоянными магнитами является то, что без управления потоком ротора они достигают своего максимального КПД только при одной заданной скорости ветра.

    Синхронная скорость генераторов

    Частота выходного напряжения зависит от скорости вращения ротора, другими словами, от его «угловой скорости», а также от количества отдельных магнитных полюсов на роторе.В нашем простом примере выше синхронная машина имеет два полюса: один северный полюс и один южный полюс. Другими словами, машина имеет два отдельных полюса или одну пару полюсов , (север-юг), также известные как пары полюсов.

    Когда ротор совершает один полный оборот, 360 o , генерируется один цикл наведенной ЭДС, поэтому частота будет один цикл за каждый полный оборот или 360 o . Если мы удвоим количество магнитных полюсов до четырех (две пары полюсов), то на каждый оборот ротора будут генерироваться два цикла наведенной ЭДС и так далее.

    Поскольку один цикл наведенной ЭДС создается одной парой полюсов, количество циклов ЭДС, возникающей за один оборот ротора, будет, следовательно, равно количеству пар полюсов P. Итак, если количество циклов на один оборот ротора число оборотов задается как: P / 2 относительно числа полюсов, а число оборотов ротора N в секунду задается как: N / 60, тогда частота (ƒ) наведенной ЭДС будет определяться как:

    In В синхронном двигателе его угловая скорость фиксируется частотой питающего напряжения, поэтому N обычно называют синхронной скоростью.Тогда для синхронного генератора с P-полюсом скорость вращения первичного двигателя (лопастей турбины) для получения требуемой выходной частоты наведенной ЭДС 50 Гц или 60 Гц будет:

    При 50 Гц

    Количество
    отдельных полюсов
    2 4 8 12 24 36 48
    Скорость вращения
    (об / мин)
    3,000 1,500 750 500 250 167 125

    при 60 Гц

    Количество отдельных полюсов
    2 4 8 12 24 36 48
    Скорость вращения
    (об / мин)
    3,600 1,800 900 600 300 200 150

    Так для данного s В синхронном генераторе, сконструированном с фиксированным числом полюсов, генератор должен работать с фиксированной синхронной скоростью, чтобы поддерживать постоянную частоту наведенной ЭДС на требуемом уровне, 50 Гц или 60 Гц для питания сетевых устройств.Другими словами, частота создаваемой ЭДС синхронизирована с механическим вращением ротора.

    Затем сверху мы можем видеть, что для генерации 60 Гц с использованием 2-полюсной машины ротор должен вращаться со скоростью 3600 об / мин, или для генерации 50 Гц с помощью 4-полюсной машины ротор должен вращаться со скоростью 1500 об / мин. мин. Для синхронного генератора, который приводится в действие электродвигателем или парогенератором, эта синхронная скорость может быть легко достигнута, однако при использовании в качестве синхронного генератора ветровой турбины это может быть невозможно, поскольку скорость и мощность ветра постоянно меняется.

    Из нашего предыдущего руководства по проектированию ветряных турбин мы знаем, что все ветровые турбины выигрывают от ротора, работающего с оптимальным передаточным числом . Но чтобы получить TSR от 6 до 8, угловая скорость лопастей обычно очень мала, от 100 до 500 об / мин, поэтому, глядя на наши таблицы выше, нам потребуется синхронный генератор с большим количеством магнитных полюсов, например, 12 или выше.

    Но кроме этого, потребуется некоторая форма механического ограничителя скорости, такая как бесступенчатая трансмиссия или вариатор, чтобы лопасти ротора вращались с постоянной максимальной скоростью для системы ветряных турбин с прямым приводом.Однако для синхронной машины, чем больше у нее полюсов, тем больше, тяжелее и дороже становится машина, что может быть приемлемым или неприемлемым.

    Одним из решений является использование синхронной машины с небольшим числом полюсов, которая может вращаться с более высокой скоростью от 1500 до 3600 об / мин, приводимой в действие через коробку передач. Низкая скорость вращения лопастей ротора ветряных турбин увеличивается за счет редуктора, который позволяет скорости генератора оставаться более постоянной при изменении скорости лопастей турбины, поскольку изменение на 10% при 1500 об / мин представляет меньшую проблему, чем изменение на 10% при 100 об / мин.Этот редуктор может согласовывать частоту вращения генератора с регулируемой частотой вращения лопастей, обеспечивая работу с регулируемой скоростью в более широком диапазоне.

    Однако использование коробки передач или системы шкивов требует регулярного обслуживания, увеличивает вес ветряной турбины, создает шум, увеличивает потери мощности и снижает эффективность системы, поскольку для привода зубчатых колес редуктора и внутренних компонентов требуется дополнительная энергия.

    Использование системы прямого привода без механической коробки передач дает много преимуществ, но отсутствие коробки передач означает более крупную синхронную машину с увеличением как размера, так и стоимости генератора, который затем должен работать на низких скоростях.Итак, как мы можем использовать синхронный генератор в низкоскоростной ветряной турбине, скорость лопастей ротора которой определяется только силой ветра. Путем выпрямления генерируемого трехфазного источника питания в источник постоянного или постоянного тока.

    Синхронные генераторные выпрямители

    Диодные выпрямители — это электронные устройства, используемые для преобразования переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный ток). Путем выпрямления выходной мощности синхронного генератора в источник постоянного тока генератор ветровой турбины может работать на других скоростях и частотах, отличных от его фиксированной синхронной скорости.

    Это позволяет преобразовывать выходную частоту и переменное напряжение генератора в постоянное напряжение переменного уровня. Выпрямляя выход из переменного тока в постоянный, генератор теперь можно использовать как часть ветряных систем с зарядкой аккумуляторов или как часть ветроэнергетической системы с регулируемой скоростью. Затем синхронный генератор переменного тока преобразуется в генератор постоянного тока.

    Самый простой тип выпрямительной схемы использует схему диодного моста для преобразования переменного тока, генерируемого генератором, в переменный источник постоянного тока, амплитуда которого определяется скоростью вращения генератора.В этой схеме выпрямителя синхронного генератора, показанной ниже, трехфазный выход генератора выпрямляется до постоянного тока с помощью трехфазного выпрямителя.

    Схема выпрямителя генератора

    Принципиальная схема полномостового трехфазного выпрямителя переменного тока в постоянный показана выше. В этой конфигурации ветряная турбина может работать с генератором на частоте, не зависящей от синхронной частоты, поскольку изменение скорости генератора изменяет частоту генератора. Следовательно, можно изменять скорость генератора в более широком диапазоне и работать с оптимальной скоростью для получения максимальной мощности в зависимости от фактической скорости ветра.

    Обратите внимание, что выходное напряжение трехфазного мостового выпрямителя не является чистым постоянным током. Выходное напряжение имеет уровень постоянного тока вместе с большим изменением переменного тока. Эта форма волны обычно известна как «пульсирующий постоянный ток», который можно использовать для зарядки аккумуляторов, но нельзя использовать в качестве удовлетворительного источника постоянного тока. Чтобы удалить эту пульсацию переменного тока, используется фильтр или схема сглаживания. В этих схемах сглаживания или схемах фильтров пульсаций используются комбинации индукторов и конденсаторов для создания плавного постоянного напряжения и тока.

    При использовании в составе системы, подключенной к сети, синхронные машины могут быть подключены к сети только в том случае, если их частота, фазовый угол и выходное напряжение такие же, как у сетей, другими словами, они вращаются синхронно. скорость, как мы видели выше. Но, выпрямляя их переменное выходное напряжение и частоту в стабильный источник постоянного тока, мы теперь можем преобразовать это напряжение постоянного тока в источник переменного тока правильной частоты и амплитуды, согласованный с сетью электросети, используя либо однофазный, либо трехфазный. фазоинвертор.

    Инвертор — это устройство, которое преобразует электричество постоянного тока (DC) в электричество переменного тока (AC), которое может подаваться непосредственно в сеть, поскольку подключенные к сети инверторы работают синхронно с электросетью и производят идентичную электроэнергию. к электросети. Подключенные к сети синусоидальные инверторы для ветряных систем выбираются с входным диапазоном, который соответствует выпрямленному выходному напряжению турбины.

    Тогда преимущество непрямого подключения к сети состоит в том, что ветряная турбина может работать с переменной скоростью.Еще одно преимущество выпрямления выходного сигнала генератора состоит в том, что ветряные турбины с синхронными генераторами, которые используют электромагниты в конструкции ротора, могут использовать этот постоянный ток для питания обмоток катушки вокруг электромагнитов в роторе. Однако недостатком непрямого подключения к сети является стоимость, поскольку системе требуется инвертор и два выпрямителя, один для управления током статора, а другой для генерации выходного тока, как показано ниже.

    Схема синхронного генератора

    Краткое содержание руководства

    Синхронный генератор с фазным ротором уже используется в качестве ветрогенератора, но одним из основных недостатков синхронного генератора может быть его сложность и стоимость.Безредукторные генераторы с прямым приводом — это очень медленно вращающиеся синхронные генераторы с большим количеством полюсов для достижения их синхронной скорости. Генераторы с меньшим числом полюсов имеют более высокие скорости вращения, поэтому требуется коробка передач или трансмиссия, увеличивающая стоимость.

    Синхронные генераторы вырабатывают электричество, основная выходная частота которого синхронизирована со скоростью вращения ротора. Генераторам, подключенным к сети, требуется постоянная фиксированная скорость для синхронизации с частотой электросети, и необходимо возбуждать обмотку ротора с помощью внешнего источника постоянного тока с помощью контактных колец и щеток.

    Основным недостатком одной операции с фиксированной скоростью является то, что она почти никогда не улавливает энергию ветра с максимальной эффективностью. Энергия ветра тратится впустую, когда скорость ветра выше или ниже определенного значения, выбранного в качестве синхронной скорости.

    В ветряных турбинах с регулируемой скоростью используются выпрямители и инверторы для преобразования переменного напряжения, переменной частоты на выходе синхронного генератора в фиксированное напряжение, фиксированную частоту 50 Гц или 60 Гц на выходе, требуемую энергосистемой.Это позволяет использовать синхронные генераторы с постоянными магнитами, снижая их стоимость. Для низкоскоростных ветряных генераторов с прямым приводом генератор на постоянных магнитах является более конкурентоспособным, поскольку он может иметь большее число полюсов, составляющее 60 или более полюсов, по сравнению с обычным синхронным генератором с фазным ротором.

    В следующем руководстве по ветровой энергии и ветряным генераторам мы рассмотрим работу и конструкцию другого типа электрической машины, называемой индукционным генератором, также известной как «асинхронный генератор».Асинхронные генераторы также могут использоваться для производства электроэнергии переменного тока, подключенного к трехфазной сети.

    Чтобы узнать больше о «Синхронных генераторах» или получить дополнительную информацию об энергии ветра о различных имеющихся ветроэнергетических системах, или изучить преимущества и недостатки использования синхронных генераторов как части системы ветряных турбин, подключенных к сети, щелкните здесь, чтобы получите копию одной из лучших книг по синхронным генераторам и двигателям прямо на Amazon.

    Самые продаваемые сопутствующие товары синхронного генератора
    Синхронный генератор

    — обзор

    9.3.1 Синхронные генераторы

    Синхронные генераторы особенно используются в прямых приводах (т. Е. Без механического умножителя). Синхронные генераторы очень выгодны, когда они имеют большое количество полюсов, однако в этом случае частота становится несовместимой с частотой сети, поэтому требуется инвертор. Следовательно, все машины с прямым приводом имеют регулируемую скорость. На рис. 9.20 показана базовая структура WECS на основе синхронного генератора с постоянными магнитами (PMSG).

    Рисунок 9.20. Синхронный генератор (с фазным ротором) и преобразователь частоты.

    Синхронные генераторы с прямым приводом имеют индуктор (ротор) и требуют щеточных колец для подачи постоянного тока. PMSG становятся все более и более популярными для приложений с регулируемой скоростью и, как ожидается, будут приобретать все большее значение в будущем.

    Аэродинамическая ось ротора ветряной турбины и генератора могут быть соединены напрямую (т. Е. Без редуктора). В этом случае генератор представляет собой многополюсный синхронный генератор, рассчитанный на малую скорость.В качестве альтернативы они могут быть соединены через коробку передач, что позволяет использовать генератор с большим числом полюсов. Для работы с переменной скоростью синхронный генератор подключается к сети через два преобразователя мощности для регулировки частоты, которая полностью разделяет скорость генератора и частоту сети. Следовательно, частота генератора будет изменяться в зависимости от скорости ветра, тогда как частота сети останется постоянной.

    Система силового преобразователя состоит из двух преобразователей, со стороны сети и со стороны генератора, соединенных между собой промежуточным звеном постоянного тока.

    Основным недостатком этого метода является размер двунаправленного преобразователя, который должен соответствовать мощности генератора переменного тока. Кроме того, необходимо устранить искажения, вызванные гармониками из-за двунаправленного преобразователя, с помощью системы фильтров. Другой недостаток состоит в том, что многополюсная машина требует большого количества полюсов, что увеличивает размер машины по сравнению с генераторами с трансмиссионной муфтой.

    Управление активной и реактивной мощностью для PMSG было изучено в работах.[22–28]. В исх. [22] автор предложил метод управления ветроэнергетической системой, которая подключена к ГЭС в условиях неисправности сети. Авторы предложили использовать конденсатор на стороне постоянного тока для кратковременного накопления энергии для компенсации колебаний крутящего момента и скорости, а также для обеспечения стабильной работы ветряной турбины при неисправностях сети. Автор в работе Ref. [23] предложили стратегию управления током, чтобы ограничить сетевой ток, подаваемый на инвертор, и снизить выходную мощность машины во время сбоев в сети.

    Стратегия инверторного управления ветроэнергетической системой на основе PMSG при несимметричном трехфазном напряжении была изучена в работе. [24]. Ток короткого замыкания обратной последовательности раскладывается и добавляется к току, рассчитанному контуром фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Этот метод управления обеспечивает трехфазный синусоидальный сбалансированный ток для стороны сети, однако управление напряжением промежуточного контура не рассматривается. Модель, предложенная в [5]. [25–27] не учитывает обмен энергией с индукторами. Таким образом, для случая сильно разбалансированной системы или для системы с высоким значением индуктивности этот метод неэффективен.В исх. В [28] автор предложил стратегию управления с двумя режимами настройки для раздельного управления током короткого замыкания прямой и обратной последовательности. В первом режиме достигаются сбалансированные токи на стороне сети, а во втором режиме уменьшаются пульсации напряжения промежуточного контура при несимметричных условиях сети.

    Используя преобразование Парка, фактические напряжение и ток статора преобразуются в их аналоги d – q , как показано на рис. 9.21.

    Рисунок 9.21. Парковая модель синхронной машины.

    Величины статора выражаются в системе отсчета Парка, связанной с ротором:

    (9.12) {vsd = Rsisd + dφsddt − ωgφsqvsq = Rsisq + dφsqdt − ωgφsd

    Аналогично, потоки статора:

    (

    ) φsd = Ldisd + φfφsq = Lqisq

    L d и L q являются составляющими индуктивности на прямой и квадратурной оси. Предполагается, что у станка гладкие полюса, поэтому L d = L q , а φ f представляет собой взаимный поток.

    Подставляя уравнение. (9.12) в уравнение. (9.13) дает:

    (9.14) {vsd = Rsisd + Lddisddt − ωgLqisqvsq = Rsisq + Lqdisqdt + ωg (Ldisd + φsd)

    Произведенный электромагнитный момент равен:

    (9.15) Tem = 3 Lq ( ) isdisq + φfisq)

    Окончательные формы уравнений PMSG в системе отсчета d q следующие:

    (9.16) {disddt = −RsLdisd + LqLdωgisq + 1Ldvsddisqdt = + LdLφsqisq + LdLφsqisqs = 32P ((Ld − Lq) isdisq + φfisq) Tem − Tm − fΩg = JdΩgdt

    Что такое синхронный генератор (асинхронный генератор)

    Генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

    Синхронный генератор, то есть генератор переменного тока (генератор переменного тока) с той же скоростью ротора, что и вращающееся магнитное поле статора. По конструкции его можно разделить на два типа: вращающийся якорь и вращающееся магнитное поле.

    Синхронный генератор — один из наиболее часто используемых генераторов переменного тока. В современной энергетике он широко используется в гидроэнергетике, тепловой энергетике, атомной энергетике и дизельной энергетике.

    Внешние характеристики синхронного генератора обычно относятся к кривой изменения напряжения на клеммах генератора при изменении тока нагрузки в условиях постоянного внутреннего потенциала.Испытание в основном предназначено для проверки синхронного реактивного сопротивления вертикальной оси генератора, то есть внутреннего импеданса генератора. Это важный показатель синхронного генератора с нагрузочной способностью. Однако тиристорные обмотки быстрого возбуждения и демпфирующие обмотки в основном используются в синхронных генераторах, а синхронное реактивное сопротивление вертикальной оси в основном представляет собой переходное значение, которое намного меньше, чем значение установившегося режима.

    Кроме того, из-за регулирующего воздействия системы возбуждения внешние характеристики могут быть искусственно изготовлены, которые могут быть положительными или отрицательными.Положительная внешняя характеристика состоит в том, что напряжение на клеммах уменьшается с увеличением тока нагрузки, а отрицательная — напряжение на клеммах увеличивается с увеличением тока нагрузки. Систему общего возбуждения можно регулировать в пределах плюс-минус 15%.

    Поскольку синхронный генератор обычно использует возбуждение постоянным током, когда отдельная машина работает независимо, напряжение генератора можно удобно регулировать, регулируя ток возбуждения.Если он включен в электрическую сеть, напряжение не может быть изменено, потому что оно определяется сетью. Результатом регулировки тока возбуждения в это время является регулировка коэффициента мощности и реактивной мощности двигателя.

    Характеристики синхронного генератора — это в основном характеристики холостого хода и рабочие характеристики нагрузки. Эти характеристики являются важной основой для выбора генераторов пользователями.

    Классификация синхронного генератора

    Вращающийся магнитный полюс

    (Большинство синхронных генераторов): полюс находится на роторе, а обмотка якоря — на статоре.Ротор подразделяется на:

    Скрытый полюс: высокоскоростной двигатель (паровая турбина), распределенная обмотка;

    Явный полюс: тихоходный двигатель (гидротурбина), сосредоточенная обмотка.

    Вращающийся якорь

    (малой мощности или специального назначения, например, возбудитель переменного тока синхронного двигателя): магнитный полюс находится на статоре, а обмотка якоря — на роторе.

    Скорость изменения напряжения синхронного генератора составляет от 20 до 40%.Как промышленные, так и бытовые нагрузки требуют постоянного напряжения. По этой причине при увеличении тока нагрузки необходимо соответствующим образом регулировать ток возбуждения.

    Структура

    Структура синхронного генератора делится на высокую и низкую (среднюю) скорость в зависимости от скорости.

    Первый в основном используется на тепловых и атомных электростанциях; последнее в основном связано с тихоходными турбинами или дизельными двигателями. В конструкции высокоскоростного синхронного генератора используется ротор со скрытым полюсом, а в синхронном генераторе с низкой (средней) скоростью используется ротор с явным полюсом.

    Принцип работы

    (1) Создание основного магнитного поля: обмотка возбуждения соединена с постоянным током возбуждения, чтобы установить магнитное поле возбуждения между полярными фазами, то есть устанавливается главное магнитное поле.

    (2) Токоведущий провод: Трехфазная симметричная обмотка якоря действует как силовая обмотка и становится носителем индуктивного потенциала или индуцированного тока.

    (3) Режущее движение: Первичный двигатель приводит во вращение ротор (ввод механической энергии в двигатель), а магнитное поле возбуждения между полярными фазами вращается вместе с осью и последовательно разрезает фазные обмотки статора.

    (4) Генерация переменного потенциала: из-за относительного режущего движения между обмоткой якоря и основным магнитным полем в обмотке якоря индуцируется трехфазный симметричный переменный потенциал, величина и направление которого периодически меняются. Электропитание переменного тока может подаваться через подводящие провода.

    (5) Значение эффекта индуктивного потенциала: эффективное значение наведенного потенциала для каждой фазы.

    (6) Частота наведенного потенциала: Частота наведенного потенциала определяется скоростью вращения и парами полюсов синхронного двигателя.

    (7) Перекрестное изменение и симметрия: из-за полярности вращающегося магнитного поля полярность индуцированного потенциала меняется; симметрия обмотки якоря обеспечивает трехфазную симметрию наведенного потенциала.

    (8) Синхронная скорость с точки зрения качества электроснабжения, частота сети переменного тока, состоящей из множества синхронных генераторов, включенных параллельно, должна быть постоянной величиной, что требует, чтобы частота генератора соответствовала частоте сетки.

    Разница между синхронным генератором и асинхронным генератором

    Синхронный генератор

    Преимущества: Коэффициент мощности синхронного генератора можно регулировать. Применение большого синхронного генератора может повысить эффективность работы, когда регулирование скорости не требуется.

    Недостаток : Стоимость выше, чем у асинхронного генератора.

    Применение: Синхронный генератор в основном используется в дизель-генераторных установках.

    Асинхронный генератор

    Асинхронный генератор — это генератор переменного тока, в котором используется вращающееся магнитное поле с воздушным зазором между статором и ротором для взаимодействия с наведенным током в обмотке ротора. По принципу работы его еще называют «индукционным генератором». Скорость немного выше синхронной скорости.

    Преимущества: Асинхронный генератор — это генератор переменного тока, у которого отношение скорости нагрузки к частоте подключенной электросети непостоянно.Таким образом, он имеет преимущества простой конструкции, удобного изготовления, использования и обслуживания, надежной работы и низкой стоимости. Асинхронные генераторы обладают более высокой производительностью и лучшими рабочими характеристиками, что позволяет удовлетворить требования к трансмиссии большинства промышленного и сельскохозяйственного производственного оборудования из-за того, что их частота вращения близка к постоянной в диапазоне от холостого хода до полной нагрузки.

    Недостаток: Поскольку скорость асинхронного генератора имеет определенную разницу со скоростью вращения магнитного поля, производительность регулирования скорости плохая.Более экономично и удобно использовать генераторы постоянного тока для транспортного оборудования, прокатных станов, больших станков, печатного, красильного и бумагоделательного оборудования, которые требуют широкого и плавного диапазона скоростей.

    Применение: Асинхронный генератор применяется в ветроэлектростанциях и малых гидроэлектростанциях.

    Примечание: Мы можем предоставить оригинальные Stamford, Leroy-Somer, SIEMENS, Marathon, ENGGA, Shanghai KEPU и синхронный генератор Starlight для энергетического оборудования.

    Строительство трехфазных синхронных машин

    Генератор состоит из двух частей: статора и ротора. Статор — это неподвижная часть машины, а ротор — это вращающаяся часть машины. Статор несет обмотку якоря, в которой генерируется напряжение, и выходной сигнал снимается с нее. Ротор машины производит основной поток.

    Конструкция статора

    Частями статора являются рама, сердечник статора, обмотки статора и охлаждающее устройство.Рама статора изготовлена ​​из чугуна для малогабаритных машин и сварной стали для крупногабаритных машин. Чтобы уменьшить гистерезис и потери на вихревые токи, сердечник статора собран из листовой стали с высоким содержанием кремния. Трехфазная обмотка вставляется в прорези на внутренней периферии статора. Обмотка соединена звездой и распределена по нескольким пазам. Когда ток течет в распределенной обмотке, он создает по существу синусоидальное пространственное распределение e.м.ф.

    Конструкция ротора

    Конструкция ротора бывает двух типов

    1. Явно-полюсный тип.
    2. Цилиндрический роторный тип.

    Явнополюсный ротор

    Термин «выступ» означает «выступающий». Явный полюс состоит из полюсов, которые выступают из поверхности сердечника ротора. Они используются для роторов с четырьмя или более полюсами.

    Ротор подвержен изменяющимся магнитным полям, поэтому он изготовлен из листовой стали для уменьшения потерь на вихревые токи.Столбы одинаковых размеров собираются путем складывания пластин до необходимой длины, а затем склепываются вместе. После того, как обмотка возбуждения размещена вокруг каждого корпуса полюса, эти полюса соединяются с помощью соединения типа «ласточкин хвост» на стальной крестовине, прикрепленной к валу. Роторы с явнополюсными полюсами имеют поверхности для гашения колебаний ротора при резком изменении условий нагрузки. Неравномерный воздушный зазор сопровождает явнополюсную синхронную машину.

    Воздушный зазор минимален под центрами полюсов и максимален между полюсами.Поверхности полюсов имеют такую ​​форму, что радикальная длина воздушного зазора увеличивается от центра полюса к концам полюсов, так что распределение магнитного потока в воздушном зазоре является синусоидальным. Это поможет машине генерировать синусоидальную ЭДС.

    Чтобы обеспечить чередование северной и южной полярностей, отдельные обмотки полюсов поля соединены последовательно. Конец обмотки возбуждения соединен с обмоткой постоянного тока щетками контактных колец.

    Явнополюсные генераторы имеют большое количество полюсов и более низкую рабочую скорость.Генераторы с явнополюсным приводом, приводимые в действие водяными турбинами, называются гидро-генераторами или гидрогенераторами .

    Цилиндрический ротор

    Машины с цилиндрическим ротором также известны как роторные машины с невыраженными полюсами . Конструкция ротора такова, что он образует гладкий цилиндр. В нем нет физических полюсов, как в конструкции с явнополюсными полюсами. Эти роторы изготовлены из цельных поковок из высококачественной никель-хром-молибденовой стали.

    Примерно на двух третях периферии ротора прорези прорезаны через равные промежутки времени и параллельно валу.

    В эти слоты подключаются обмотки возбуждения постоянного тока. Обмотка распределенного типа. Часть ротора без паза образует две полюсные поверхности. Эти машины имеют небольшой диаметр и большую осевую длину.

    Такая конструкция ограничивает центробежные силы. Таким образом, цилиндрические роторы используются в высокоскоростных машинах.

    Привод паровых или газовых турбин Машины с цилиндрическим ротором. Синхронные генераторы с цилиндрическим ротором называются турбогенераторами или турбогенераторами.

    Какая эквивалентная схема синхронного генератора

    Привет, друзья, надеюсь, с вами все в порядке. В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим эквивалентную схему синхронного генератора и то, как она описывает различные параметры синхронного генератора. Как мы знаем, в синхронном генераторе существует 2 поля: первое — это поле ротора, а второе — статора. Поле на роторе создает вращающееся магнитное поле на обмотках статора или якоря.Напряжение, индуцированное на статоре, также называется внутренним генерируемым напряжением (E A ).

    Точно так же ток, протекающий в обмотках статора (якорь), также создает напряжение в статоре. В сегодняшнем посте мы свяжем эти два напряжения, изучим их влияние на генератор и построим эквивалентную схему синхронного генератора. Итак, давайте начнем с эквивалентной схемы синхронного генератора .

    Какая эквивалентная схема синхронного генератора
    • Напряжение (E A ) — это напряжение, создаваемое одной фазой синхронного генератора.
    • Но это не то напряжение, которое мы обычно получаем на выходных точках генератора.
    • Внутреннее генерируемое напряжение (E A ) может быть равно фазному напряжению (V ø ), когда через генератор не проходит ток якоря.
    • Есть несколько факторов, объясняющих, почему внутреннее напряжение не похоже на фазное напряжение (В ø ).
      • Структура (форма) выступающих полюсов ротора.
      • Собственная индуктивность обмоток статора (якоря).
      • Реакция якоря.
      • Сопротивление обмоток якоря.
    Что такое реакция якоря
    • Мы выяснили, что есть 4 основных факта, которые влияют на внутреннее генерируемое напряжение синхронного генератора. Реакция якоря является основным фактором, который в значительной степени влияет на напряжение, которое мы обсуждаем подробно.
    • Когда ротор генератора вращается, поле постоянного напряжения на роторе создает напряжение (E A ) в обмотке якоря статора.
    • Если к выходным клеммам генератора подключена нагрузка, то ток будет течь через обмотки якоря статора.
    • У этого тока будет свое отдельное поле, это поле будет взаимодействовать с полем ротора и влиять на внутреннее генерируемое напряжение (E A ). Это явление называется реакцией якоря .
    • Чтобы изучить реакцию якоря, вы можете увидеть на данной схеме ротор, который имеет 2 полюса и вращается в 3-фазном статоре.
    • К статору не подключена нагрузка. Поле ротора B R генерирует внутреннее напряжение E A на статоре.
    • Поскольку к генератору не подключена нагрузка, ток якоря не будет, и E A будет равно V ø .
    • На данной схеме показана сборка холостого ротора.
    • Если подключить индуктивную нагрузку к генератору, максимальный ток будет отставать от максимального напряжения.Вы можете наблюдать этот факт из рисунка.
    • Ток, проходящий через обмотки статора, создает в статоре поле. Он обозначается как B S , и его направление можно определить по правилу правой руки и показано на данной диаграмме
    • .
    • Поле статора (B S ) будет генерировать напряжение в статоре, и это напряжение представлено на рисунке как E stat .
    • Так как на статоре есть два напряжения, первое — это внутреннее генерируемое напряжение E A , а другое напряжение из-за реакции якоря E stat .
    • Итак, полное фазное напряжение на выводах генератора будет суммой этих двух напряжений.

    Vø = E A + E stat

    • Общее поле в B net — это сумма полей статора и ротора.

    B нетто = B R + B s

    • Поскольку углы E A и B R идентичны, а углы Ea и Bs также одинаковы.Таким образом, результирующее поле (B net ) будет перекрываться с полным напряжением на генераторе Vø.
    • Вы можете увидеть результирующие напряжения и токи на данном рисунке.
    Эквивалентная схема
    синхронного генератора
    • Чтобы понять устройство схемы, во-первых, мы должны иметь в виду, что напряжение статора E stat на девяносто градусов отстает от пикового тока I A .
    • 2 nd Следует иметь в виду, что напряжение статора E stat прямо пропорционально току якоря I A.
    • Предположим, что «X» постоянна, тогда напряжение, возникающее из-за реакции якоря, будет записано как.
     

    E stat = -jXI A

    • Напряжение на выходе генератора будет.

    Vø = E A — jXI A

    • См. Данную схему.
    • Если применить квл на этой схеме, то значение напряжения будет.

    V ø = E A — jXI A

    • Это уравнение похоже на уравнение, описывающее фазное напряжение генератора.
    • Итак, напряжение реакции якоря может отображаться как индуктор последовательно с E A.
    • Обмотки статора имеют некоторое значение собственного сопротивления и реактивного сопротивления. Если сопротивление обозначено как R A и реактивное сопротивление X A , тогда разница между внутренним генерируемым напряжением E A и фазным напряжением определяется как.

    V ø = E A — jXI A — JX A I A — R A I A

    • Реакция якоря и самоиндукция генератора обозначаются как реактивные сопротивления, поэтому они записываются как единичное реактивное сопротивление и называются синхронным реактивным сопротивлением генератора.

    X S = X + X A

    • Итак, окончательное уравнение для фазного напряжения будет иметь вид.

    V ø = E A — jX s I A — R A I A

    • Здесь представлена ​​эквивалентная схема трехфазного синхронного генератора.
    • Из рисунка видно, что источник постоянного тока подключен к цепи возбуждения ротора.
    • Схема возбуждения ротора показана последовательным соединением индуктивности обмотки и сопротивления.
    • В полевых схемах есть R adj — переменный резистор, он регулирует ток возбуждения.
    • Другая часть схемы имеет цепи для 3 фаз статора.
    • Схема каждой фазы состоит из внутреннего производимого напряжения E A и синхронного реактивного сопротивления и сопротивления якоря R A .
    • Все три фазы имеют одинаковую величину, но ток и напряжение сдвинуты по фазе на двадцать градусов друг от друга.
    • 3 фазы статора могут быть соединены звездой или треугольником. Это показано на данной схеме.
    • рис
    • Если соединения соединены звездой, то выходное напряжение генератора будет.

    В T = √3Vø

    • Если соединение — треугольник, то выходное напряжение будет.

    V T = Vø

    • Поскольку 3 фазы имеют одинаковую величину, но разный фазовый угол, эквивалентная схема для синхронного генератора показана ниже.

    Вы также можете прочитать некоторые темы, связанные с синхронным генератором, которые перечислены здесь.

    Введение в синхронный генератор

    Синхронная генераторная диаграмма

    Мощность и крутящий момент синхронного генератора

    Параметры синхронного генератора

    Синхронный генератор работает в одиночку

    Параллельная работа синхронного генератора

    Синхронный генератор параллельно с системой большой мощности

    Синхронный генератор параллельно с генератором того же размера

    Характеристики синхронных генераторов

    Кривые мощности синхронного генератора

    Переходные процессы синхронного генератора

    Вот и все об эквивалентной схеме синхронного генератора, если у вас есть вопрос, спрашивайте в комментариях, спасибо за чтение.Увидимся в следующем учебном пособии. Фазорная диаграмма синхронного генератора

    .
    Автор: Генри
    http://www.theengineeringknowledge.com

    Я профессиональный инженер и закончил известный инженерный университет, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях. Я также пишу технический контент, мое хобби — изучать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

    Синхронный генератор

    | Запчасти

    Привет друзья,

    В этой статье я описываю конструкцию синхронного генератора и детали синхронного генератора и надеюсь, что эта статья расширит ваши знания и воображение.

    Генераторы

    переменного тока всегда работают с постоянной скоростью (синхронной скоростью). Вот почему их еще называют синхронными генераторами. Практически во всех средних и больших синхронных генераторах якорь размещен в статоре, а система поля постоянного тока размещена на роторе.

    Есть в основном две части синхронного генератора:

    • Статор (якорь)
    • Ротор (система возбуждения постоянного тока)

    Статор

    Якорь представляет собой железное кольцо, сформированное из пластин специального магнитного железа или стального сплава (кремнистой стали), имеющее пазы на внутренней периферии для размещения обмотки якоря и известное как статор. Вся конструкция удерживается в раме, которая может быть из чугуна или сварных стальных пластин.

    Поле вращается между статором, так что поток вращающегося поля непрерывно разрезает сердечник статора и, следовательно, вызывает потери на вихревые токи в сердечнике статора.Сердечник статора ламинирован для минимизации потерь на вихревые токи,

    Ротор

    Ротор бывает двух типов, а именно:

    • Тип с явным полюсом
    • Гладкий цилиндрический тип

    Ротор с явным полюсом

    Это похоже на маховик, к которому прикреплено большое количество альтернативных севера и юга. Магнитное колесо изготавливается из чугуна или стали хорошего магнитного качества. Эти магнитные поля возбуждаются или возбуждаются источником постоянного тока.

    Роторы с явным полюсом используются только в синхронных генераторах с низкой и средней (120 — 500 об / мин) частотой вращения, например, с приводом от водяных турбин. Из-за низкой скорости им требуется большое количество полюсов.

    Такие роторы имеют большой диаметр и небольшую осевую длину. Конструкция с явнополюсным ротором проще и дешевле в изготовлении, чем цилиндрический ротор.

    Гладкий цилиндрический ротор

    Он состоит из гладкого цельного цилиндра из кованой стали с несколькими прорезями, вырезанными вдоль его внешней поверхности для размещения катушек намагничивания поля. Две или четыре области оставляют без прорезей для создания невыступающих полюсов.

    Такие роторы используются в генераторах переменного тока с приводом от паровой турбины, которые работают на очень высоких скоростях (до 3600 об / мин). Такие роторы имеют небольшой диаметр и очень большую осевую длину.

    Система возбуждения синхронного генератора

    Полюса ротора синхронного генератора — электромагниты. Для их работы требуется возбуждение. Обмотка возбуждения нуждается в источнике постоянного тока для создания необходимого магнитного потока. Существует несколько систем возбуждения, которые используются для обеспечения постоянного тока возбуждения для генератора.

    В одной системе мощность снимается с клемм генератора переменного тока, выпрямляется и затем подается в систему возбуждения ротора через контактные кольца и щетки.

    В некоторых системах питание возбуждения обеспечивается небольшим шунтирующим генератором постоянного тока, называемым возбудителем. Он установлен на том же валу, что и синхронный генератор.

    Еще одна система, известная как бесщеточная система возбуждения . синхронного генератора, небольшой трехфазный генератор, установленный на валу самого главного генератора, используется в качестве возбудителя.Выход возбудителя выпрямляется и подается непосредственно на полюса вращающегося поля синхронного генератора.

    Бесщеточная система возбуждения не имеет коммутатора, контактных колец или щеток, что делает систему простой и надежной.

    Система вентиляции

    Есть два метода вентиляции:

    • Естественная вентиляция
    • Вентиляция с закрытым контуром

    При естественной вентиляции вентилятор прикреплен к одному концу машины.Воздух — это среда, с помощью которой происходит вентиляция и отводится тепло от деталей машины.

    При вентиляции с замкнутым контуром в качестве среды для вентиляции используется водород. Циркуляция водорода осуществляется с помощью теплообменников с водяным охлаждением. В современных генераторах большой мощности этот метод является предпочтительным.

    Генерация трехфазных ЭДС

    Трехфазные ЭДС генерируются трехфазными синхронными генераторами (или генераторами переменного тока). Трехфазный синхронный генератор имеет три одинаковые обмотки.Каждая фазная обмотка смещена на 120 o электрических друг от друга.

    Когда магнит (ротор) вращается с помощью какого-либо первичного двигателя в этих обмотках, проводники статора перерезаются магнитным полем ротора. Следовательно, в каждой обмотке индуцируется ЭДС.

    Эти ЭДС имеют одинаковую величину и частоту, но смещены друг от друга на 120 электрических градусов.

    Спасибо, что прочитали о «конструкциях синхронных генераторов» и «частях синхронных генераторов.»Для получения более подробной информации посетите Википедию.

    Электрические машины — Якорь синхронного генератора

    Ток якоря

    Если ток якоря равен нулю, индуцированное напряжение равно напряжению на клеммах. Если течет ток якоря, индуцированное напряжение больше не равно измеренному напряжению на клеммах.

    Причины разницы между наведенным напряжением и напряжением на клеммах:

    • Реакция якоря
    • Реактивное сопротивление утечки якоря
    • Сопротивление якоря
    Реакция якоря

    Реакция якоря — это уменьшение плотности магнитного потока за счет создания тока якоря. магнитное поле, противодействующее полю ротора.

    Рассмотрим вращающееся магнитное поле и обмотку статора, состоящую из нескольких катушек. Как магнитный поле вращается, напряжение, индуцированное в каждой из катушек, находится в фазе с плотностью потока. В магнитные и электрические векторные диаграммы аналогичны.

    Рис. 2. Отношения между пространственным углом плотности потока и фазовым углом наведенного напряжения во времени.

    Теперь, если индуцированное напряжение подключено к нагрузке и протекает отстающий ток, магнитное поле будет создаваться результирующим током якоря.Этот вектор плотности потока электрически отстает от вектора тока на 90 °. Суммируя магнитные потоки ротора и якоря, результирующая плотность потока будет отличаться от плотности потока ротора. В результате величина и фаза индуцированного напряжения будут функцией тока якоря. Этот эффект известная как реакция якоря и проиллюстрированная на анимации ниже

    Нажмите одну из кнопок ниже, чтобы запустить анимацию

    Наведенное напряжение Текущий Арматурное поле Стоп Шаг вперед

    Рис 3.Интерактивная анимация для иллюстрации реакции арматуры

    На схеме слева от анимации показано упрощенное поперечное сечение статора с 9 витками. Положение пика магнитной индукции основного ротора показано векторной стрелкой. Верхний правый график показывает синусоидальное изменение плотности потока вокруг воздушного зазора, а нижний левый график показывает индивидуальные индуцированные напряжения катушки. При нажатии кнопки «Напряжение» происходит анимация изменения плотности потока и напряжений во времени.Теперь предположим, что мы позволяем току течь. Предполагается, что ток в каждой катушке отстает от напряжения. На нижнем правом графике показаны напряжения отдельных катушек с течением времени, а на диаграмме слева теперь показан ток в каждой катушке (красный — за пределами страницы, синий — на странице). Мы также можем отобразить положение пикового тока в виде векторной стрелки. Теперь ток будет создавать новое магнитное поле в воздушном зазоре. Нажатие кнопки «Поле» иллюстрирует этот эффект. Поле статора будет отставать от местоположения пиковых токов статора на 90 градусов.Это показано как темно-красный вектор в правом верхнем углу. Комбинированное чистое магнитное поле, поле статора плюс поле ротора, показано зеленым цветом, как вектор, так и в правом верхнем углу.

    Математически чистое магнитное поле определяется как

    .

    \ [ \ vec {B} _ {net} = \ vec {B} _ {R} + \ vec {B} _ {S} \]

    , а суммарное индуцированное напряжение можно записать как

    .

    \ [ \ vec {V} = \ vec {E} -j \ vec {I} _A X \]

    Термин \ (j \ vec {I} _A X \) используется для объяснения реакции якоря.

    Наконец, напряжение на клеммах будет уменьшено из-за падений напряжения на реактивном сопротивлении утечки и сопротивлении обмотки

    \ [ \ vec {V} = \ vec {E} -j \ vec {I} _A X-j \ vec {I} _A X_A — \ vec {I} _A R_A \]

    Использование термина \ (X_S \) или синхронного реактивного сопротивления чтобы учесть как реакцию якоря, так и реактивное сопротивление утечки, получается окончательное уравнение якоря:

    \ [ \ vec {E} = \ vec {V} + \ vec {I} _A R_A + j \ vec {I} _A X_S \]

    Цепь якоря

    Схема для описания одной фазы обмотки синхронного генератора описывает уравнение арматуры, приведенное выше.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.