طرق تشغيل المولدات المتزامنة ، خصائص تشغيل المولدات

الكميات الرئيسية التي تميز المولد المتزامن هي: الجهد الطرفي U ، الشحن I ، القدرة الظاهرة P (kVa) ، دورات الدوار في الدقيقة n ، عامل القدرة cos φ.

أهم خصائص المولد المتزامن هي كما يلي:

• خاصية الخمول ،

• الخصائص الخارجية

• تنظيم الخاصية.

خاصية عدم التحميل للمولد المتزامن

تتناسب القوة الدافعة الكهربائية للمولد مع حجم التدفق المغناطيسي الناتج عن تيار الإثارة الرابع وعدد الدورات n الدوار للمولد في الدقيقة:

E = cnF ،

أين ق - عامل التناسب.

على الرغم من أن حجم القوة الدافعة الكهربائية للمولد المتزامن يعتمد على عدد دورات الدوار ، إلا أنه من المستحيل ضبطه عن طريق تغيير سرعة دوران الدوار ، لأن تردد القوة الدافعة الكهربائية مرتبط بعدد اللفات. ثورات دوار المولد ، والتي يجب أن تظل ثابتة.

لذلك ، لا تزال هناك الطريقة الوحيدة لضبط حجم القوة الدافعة الكهربائية لمولد متزامن - وهذا تغيير في التدفق المغناطيسي الرئيسي F. ويتم تحقيق الأخير عادةً عن طريق ضبط تيار الإثارة iw باستخدام مقاومة متغيرة يتم إدخالها في دائرة الإثارة من المولد. في حالة تزويد ملف الإثارة بتيار من مولد تيار مباشر موجود على نفس العمود مع هذا المولد المتزامن ، يتم ضبط تيار الإثارة للمولد المتزامن عن طريق تغيير الجهد عند أطراف مولد التيار المباشر.

اعتماد القوة الدافعة الكهربائية E للمولد المتزامن على تيار الإثارة iw عند سرعة ثابتة اسمية للدوار (n = const) والحمل الذي يساوي الصفر (1 = 0) يسمى خاصية الخمول للمولد.

يوضح الشكل 1 خاصية عدم التحميل للمولد. هنا ، تتم إزالة الفرع الصاعد 1 من المنحنى مع زيادة التيار الرابع من صفر إلى ivm ، والفرع النازل 2 من المنحنى - عندما يتغير iv من ivm إلى iv = 0.

أرز. 1. خاصية الخمول للمولد المتزامن

يُفسَّر التباعد بين الفرعين الصاعد 1 والفرع النازل 2 بالمغناطيسية المتبقية. كلما كبرت المساحة التي تحدها هذه الفروع ، زادت خسائر الطاقة في فولاذ المولد المتزامن الانعكاسي للمغناطيسية.

انحدار صعود منحنى الخمول في قسمه المستقيم الأولي يميز الدائرة المغناطيسية للمولد المتزامن. كلما انخفض معدل تدفق amp-turn في فجوات هواء المولد ، زادت حدة خاصية الخمول في المولد ، في ظل الظروف الأخرى.

الخصائص الخارجية للمولد

يعتمد الجهد الطرفي للمولد المتزامن المحمل على القوة الدافعة الكهربائية E للمولد ، وانخفاض الجهد في المقاومة النشطة لملفه الثابت ، وانخفاض الجهد بسبب تبديد القوة الدافعة الذاتية للحث Es وانخفاض الجهد بسبب رد فعل المحرك.

من المعروف أن القوة الدافعة الكهربية المشتتة Es تعتمد على التدفق المغناطيسي المشتت Fc ، والذي لا يخترق الأقطاب المغناطيسية لدوار المولد وبالتالي لا يغير درجة مغنطة المولد. القوة الدافعة الكهربية ذاتية الحث التبادلي للمولد صغيرة نسبيًا وبالتالي يمكن إهمالها عمليًا. وفقًا لذلك ، يمكن اعتبار هذا الجزء من القوة الدافعة الكهربائية للمولد الذي يعوض عن القوة الدافعة الكهربائية للحث الذاتي التبديدية عمليًا مساويًا للصفر .

استجابة المحرك لها تأثير ملحوظ على طريقة تشغيل المولد المتزامن ، وعلى وجه الخصوص ، على الجهد عند أطرافه. لا تعتمد درجة هذا التأثير على حجم حمل المولد فحسب ، بل تعتمد أيضًا على طبيعة الحمل.

دعونا نفكر أولاً في تأثير تفاعل المحرك للمولد المتزامن للحالة التي يكون فيها حمل المولد نشطًا تمامًا. لهذا الغرض ، نشارك جزءًا من دائرة مولد متزامن يعمل كما هو موضح في الشكل. 2 ، أ. يظهر هنا جزء من الجزء الثابت بسلك نشط واحد على ملف المحرك وجزء من الجزء المتحرك به عدة أقطاب مغناطيسية.

أرز. 2. تأثير تفاعل المحرك تحت الأحمال: أ - نشط ، ب - استقرائي ، ج - طبيعة سعوية

في الوقت الحالي ، يمر القطب الشمالي لأحد المغناطيسات الكهربائية في عكس اتجاه عقارب الساعة مع مرور الجزء المتحرك أسفل السلك النشط لملف الجزء الثابت.

يتم توجيه القوة الكهربية المستحثة في هذا السلك نحونا خلف مستوى الرسم. ونظرًا لأن حمل المولد نشط تمامًا ، فإن تيار ملف المحرك Iz في طور مع القوة الدافعة الكهربائية. لذلك ، في الموصل النشط لملف الجزء الثابت ، يتدفق التيار نحونا بسبب مستوى الرسم.

تظهر هنا خطوط المجال المغناطيسي التي تم إنشاؤها بواسطة المغناطيس الكهربائي في خطوط صلبة ، وتظهر هنا خطوط المجال المغناطيسي التي تم إنشاؤها بواسطة تيار سلك لف حديد التسليح. - خط منقط.

أدناه في الشكل. يوضح الشكل 2 أ مخططًا متجهًا للحث المغناطيسي للحقل المغناطيسي الناتج الموجود فوق القطب الشمالي للمغناطيس الكهربائي. هنا نرى أن الحث المغناطيسي V هو المجال المغناطيسي الرئيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة المغناطيس الكهربائي له اتجاه شعاعي ، ويتم توجيه الحث المغناطيسي VI للمجال المغناطيسي لتيار لف المحرك إلى اليمين وعمودي على المتجه V.

الحث المغناطيسي الناتج يتم توجيه القطع لأعلى وإلى اليمين. هذا يعني أن بعض التشوه في المجال المغناطيسي الأساسي قد حدث نتيجة لإضافة المجالات المغناطيسية. إلى يسار القطب الشمالي ضعفت إلى حد ما ، وزادت قليلاً إلى اليمين.

من السهل أن نرى أن المكون الشعاعي لناقل الحث المغناطيسي الناتج ، والذي يعتمد عليه حجم القوة الدافعة الكهربائية المستحثة للمولد بشكل أساسي ، لم يتغير. لذلك ، فإن تفاعل المحرك تحت الحمل النشط البحت للمولد لا يؤثر على حجم القوة الدافعة الكهربائية للمولد.هذا يعني أن انخفاض الجهد عبر المولد بحمل نشط بحت يرجع فقط إلى انخفاض الجهد عبر المقاومة النشطة للمولد إذا أهملنا التسرب القوة الدافعة الكهربائية ذاتية الحث.

لنفترض الآن أن الحمل على المولد المتزامن استقرائي بحت. في هذه الحالة ، يتخلف التيار Az عن القوة الدافعة الكهربائية E بزاوية π / 2 ... وهذا يعني أن الحد الأقصى للتيار يظهر في الموصل متأخرًا قليلاً عن القوة الدافعة الكهربائية القصوى. لذلك ، عندما يصل التيار في سلك لف المحرك إلى قيمته القصوى ، لن يكون القطب الشمالي N تحت هذا السلك ، ولكنه سيتحرك قليلاً في اتجاه دوران الدوار ، كما هو موضح في الشكل. 2 ، ب.

في هذه الحالة ، يتم إغلاق الخطوط المغناطيسية (الخطوط المنقطة) للتدفق المغناطيسي لملف المحرك من خلال قطبين متقابلين متجاورين N و S ويتم توجيههما إلى الخطوط المغناطيسية للحقل المغناطيسي الرئيسي للمولد الذي تم إنشاؤه بواسطة الأقطاب المغناطيسية. هذا يؤدي إلى حقيقة أن المسار المغناطيسي الرئيسي ليس مشوهًا فحسب ، بل يصبح أضعف قليلاً أيضًا.

في التين. يوضح الشكل 2.6 مخططًا متجهًا للتحريضات المغناطيسية: المجال المغناطيسي الرئيسي B ، والمجال المغناطيسي الناتج عن تفاعل المحرك VI والمجال المغناطيسي الناتج Vres.

هنا نرى أن المكون الشعاعي للحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي الناتج أصبح أصغر من الحث المغناطيسي B للحقل المغناطيسي الرئيسي بقيمة ΔV. لذلك ، يتم أيضًا تقليل القوة الدافعة الكهربائية المستحثة لأنها ترجع إلى المكون الشعاعي للحث المغناطيسي.هذا يعني أن الجهد عند أطراف المولد ، مع تساوي الأشياء الأخرى ، سيكون أقل من الجهد عند حمل مولد نشط بحت.

إذا كان المولد يحتوي على حمولة سعوية بحتة ، فإن التيار الموجود فيه يقود مرحلة القوة الدافعة الكهربائية بزاوية π / 2 ... يصل التيار في أسلاك ملف المحرك للمولد الآن إلى الحد الأقصى في وقت أبكر من المحرك الكهربائي القوة E. لذلك ، عندما يصل التيار في سلك لف المرساة (الشكل 2 ، ج) إلى قيمته القصوى ، فإن القطب الشمالي لـ N لا يزال غير ملائم لهذا السلك.

في هذه الحالة ، يتم إغلاق الخطوط المغناطيسية (الخطوط المنقطة) للتدفق المغناطيسي لملف المحرك من خلال قطبين متقابلين متجاورين N و S ويتم توجيههما على طول المسار مع الخطوط المغناطيسية للحقل المغناطيسي الرئيسي للمولد. هذا يؤدي إلى حقيقة أن المجال المغناطيسي الرئيسي للمولد ليس مشوهًا فحسب ، بل يتم تضخيمه أيضًا إلى حد ما.

في التين. يوضح الشكل 2 ، ج الرسم البياني المتجه للحث المغناطيسي: المجال المغناطيسي الرئيسي V ، والمجال المغناطيسي الناتج عن تفاعل المحرك Vya ، والمجال المغناطيسي الناتج Bres. نرى أن المكون الشعاعي للحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي الناتج أصبح أكبر من الحث المغناطيسي B للمجال المغناطيسي الرئيسي بمقدار ΔB. لذلك ، ازدادت أيضًا القوة الدافعة الكهربائية الحثية للمولد ، مما يعني أن الجهد عند أطراف المولد ، مع بقاء جميع الظروف الأخرى على حالها ، سيصبح أكبر من الجهد عند حمل المولد الاستقرائي البحت.

بعد تحديد تأثير تفاعل المحرك على القوة الدافعة الكهربائية للمولد المتزامن للأحمال ذات الطبيعة المختلفة ، ننتقل إلى توضيح الخصائص الخارجية للمولد.السمة الخارجية للمولد المتزامن هي اعتماد الجهد U عند أطرافه على الحمل I بسرعة ثابتة للجزء المتحرك (n = const) ، وتيار الإثارة المستمر (iv = const) وثبات عامل الطاقة (cos φ = مقدار ثابت).

في التين. 3 يتم إعطاء الخصائص الخارجية للمولد المتزامن للأحمال ذات الطبيعة المختلفة. يعبر المنحنى 1 عن الخاصية الخارجية تحت الحمل النشط (cos φ = 1.0). في هذه الحالة ، ينخفض ​​جهد طرف المولد عندما يتغير الحمل من الخمول إلى معدل في حدود 10 - 20٪ من جهد المولد بدون حمل.

يعبر المنحنى 2 عن الخاصية الخارجية بحمل مقاوم-حثي (cos φ = 0 ، ثمانية). في هذه الحالة ، ينخفض ​​الجهد عند أطراف المولد بشكل أسرع بسبب تأثير إزالة المغناطيسية لتفاعل المحرك. عندما يتغير حمل المولد من عدم وجود حمل إلى معدل ، ينخفض ​​الجهد إلى 20 - 30٪ جهد عدم تحميل.

يعبر المنحنى 3 عن الخاصية الخارجية للمولد المتزامن عند حمل سعوي نشط (cos φ = 0.8). في هذه الحالة ، يزداد جهد طرف المولد إلى حد ما بسبب تأثير مغنطة تفاعل المحرك.

أرز. 3. الخصائص الخارجية لمولد التيار المتردد للأحمال المختلفة: 1 - نشط ، 2 - حثي ، 3 بالسعة

خاصية التحكم في المولد المتزامن

تعبر خاصية التحكم للمولد المتزامن عن اعتماد تيار المجال i في المولد على الحمل I بقيمة فعالة ثابتة للجهد عند أطراف المولد (U = const) ، وهو عدد ثابت من دورات الدوار للمولد في الدقيقة (n = const) وثبات عامل الطاقة (cos φ = const).

في التين.4 يتم إعطاء خصائص التحكم الثلاث للمولد المتزامن. يشير المنحنى 1 إلى حالة التحميل النشطة (لأن φ = 1).

أرز. 4. خصائص التحكم في المولد للأحمال المختلفة: 1 - نشط ، 2 - حثي ، 3 - بالسعة

هنا نرى أنه مع زيادة الحمل الأول على المولد ، يزداد تيار الإثارة. هذا أمر مفهوم ، لأنه مع زيادة الحمل I ، يزداد انخفاض الجهد في المقاومة النشطة لملف المحرك للمولد ، ومن الضروري زيادة القوة الدافعة الكهربائية E للمولد عن طريق زيادة تيار الإثارة. الحفاظ على الجهد ثابت U.

يشير المنحنى 2 إلى حالة الحمل الاستقرائي النشط عند cos φ = 0.8 ... يرتفع هذا المنحنى بشكل حاد أكثر من المنحنى 1 ، بسبب إزالة مغناطيسية تفاعل المحرك ، مما يقلل من حجم القوة الدافعة الكهربائية E وبالتالي الجهد U عند أطراف المولد.

يشير المنحنى 3 إلى حالة الحمل السعوي النشط عند cos = 0.8. يوضح هذا المنحنى أنه مع زيادة الحمل على المولد ، يلزم وجود تيار إثارة أقل في المولد للحفاظ على جهد ثابت عبر أطرافه. هذا أمر مفهوم ، لأنه في هذه الحالة يزيد تفاعل المحرك من التدفق المغناطيسي الرئيسي وبالتالي يساهم في زيادة القوة الدافعة الكهربائية للمولد والجهد عند أطرافه.