โหมดการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส ลักษณะการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ปริมาณหลักที่แสดงลักษณะของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสคือ: แรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว U, การชาร์จ I, กำลังไฟฟ้าปรากฏ P (kVa), รอบการหมุนของโรเตอร์ต่อนาที n, ตัวประกอบกำลัง cos φ

ลักษณะที่สำคัญที่สุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสมีดังนี้:

• ลักษณะว่าง,

• ลักษณะภายนอก

• ลักษณะการควบคุม

ลักษณะการไม่โหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับขนาดของฟลักซ์แม่เหล็ก Ф ที่สร้างขึ้นโดยกระแสกระตุ้น iv และจำนวนรอบ n โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่อนาที:

E = cnF,

โดยที่ s — ปัจจัยสัดส่วน

แม้ว่าขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสจะขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของโรเตอร์ แต่ก็ไม่สามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนความเร็วของการหมุนของโรเตอร์ เนื่องจากความถี่ของแรงเคลื่อนไฟฟ้ามีความสัมพันธ์กับจำนวน รอบของโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งจะต้องคงที่

ดังนั้นจึงยังมีวิธีเดียวที่จะปรับขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส - นี่คือการเปลี่ยนแปลงในฟลักซ์แม่เหล็กหลัก F โดยปกติแล้วจะทำได้โดยการปรับกระแสกระตุ้น iw โดยใช้รีโอสแตทที่แนะนำในวงจรกระตุ้น ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในกรณีที่ขดลวดกระตุ้นได้รับกระแสไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่อยู่บนเพลาเดียวกันกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสนี้ กระแสกระตุ้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสจะถูกปรับโดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง

การพึ่งพาอาศัยกันของแรงเคลื่อนไฟฟ้า E ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสกับกระแสกระตุ้น iw ที่ความเร็วโรเตอร์คงที่ (n = const) และโหลดเท่ากับศูนย์ (1 = 0) เรียกว่าลักษณะการเดินเบาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

รูปที่ 1 แสดงลักษณะการไม่มีโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ที่นี่ สาขา 1 จากน้อยไปมากของเส้นโค้งจะถูกลบออกเมื่อ iv ปัจจุบันเพิ่มขึ้นจากศูนย์เป็น ivm และสาขา 2 ของเส้นโค้งจากมากไปน้อย — เมื่อ iv เปลี่ยนจาก ivm เป็น iv = 0

ข้าว. 1. ลักษณะที่ไม่ได้ใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส

ความแตกต่างระหว่างสาขาจากน้อยไปมาก 1 และจากมากไปน้อย 2 อธิบายได้ด้วยแม่เหล็กตกค้าง ยิ่งพื้นที่ล้อมรอบด้วยกิ่งไม้เหล่านี้มากเท่าไร การสูญเสียพลังงานในเหล็กของเครื่องกำเนิดซิงโครนัสแบบย้อนกลับของสนามแม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ความชันของเส้นโค้งรอบเดินเบาที่เพิ่มขึ้นในส่วนตรงเริ่มต้นนั้นแสดงถึงลักษณะของวงจรแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส ยิ่งอัตราการไหล amp-turn ในช่องว่างอากาศของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่ำลงเท่าใด ลักษณะรอบเดินเบาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็จะชันขึ้นภายใต้เงื่อนไขอื่นๆ

ลักษณะภายนอกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

แรงดันขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสโหลดขึ้นอยู่กับแรงเคลื่อนไฟฟ้า E ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แรงดันตกในความต้านทานที่ใช้งานของขดลวดสเตเตอร์ แรงดันตกเนื่องจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองกระจายตัว Es และแรงดันตกเนื่องจาก ปฏิกิริยากระดอง

เป็นที่ทราบกันดีว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่กระจายตัว Es ขึ้นอยู่กับฟลักซ์แม่เหล็กที่กระจายตัว Fc ซึ่งไม่ทะลุผ่านขั้วแม่เหล็กของโรเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ดังนั้นจึงไม่เปลี่ยนระดับการดึงดูดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำตัวเองแบบกระจายตัว Es ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าค่อนข้างน้อยและดังนั้นจึงถูกละเลยในทางปฏิบัติ ดังนั้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำตัวเองแบบกระจายตัวของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ชดเชยแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำตัวเองแบบกระจายตัว Es จึงถือว่ามีค่าเท่ากับศูนย์ .

การตอบสนองของกระดองมีผลที่เห็นได้ชัดเจนมากขึ้นในโหมดการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสและโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว ระดับของอิทธิพลนี้ไม่เพียงขึ้นอยู่กับขนาดของโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับลักษณะของโหลดด้วย

อันดับแรก ให้เราพิจารณาผลกระทบของปฏิกิริยากระดองของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสในกรณีที่โหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานอย่างเดียว เพื่อจุดประสงค์นี้เราเข้าร่วมวงจรของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่ใช้งานได้ดังแสดงในรูปที่ 2, ก. นี่คือส่วนหนึ่งของสเตเตอร์ที่มีลวดที่ใช้งานอยู่บนขดลวดกระดองและส่วนหนึ่งของโรเตอร์ที่มีขั้วแม่เหล็กหลายขั้ว

ข้าว. 2. อิทธิพลของปฏิกิริยากระดองภายใต้ภาระ: a - ใช้งานอยู่, b - อุปนัย, c - ลักษณะความจุ

ในขณะนี้ ขั้วเหนือของแม่เหล็กไฟฟ้าตัวใดตัวหนึ่งหมุนทวนเข็มนาฬิกาโดยที่โรเตอร์เคลื่อนผ่านใต้เส้นลวดของสเตเตอร์ที่คดเคี้ยว

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในเส้นลวดนี้พุ่งเข้าหาเราทางด้านหลังระนาบของภาพวาด และเนื่องจากโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานอย่างเดียว กระแส Iz ที่คดเคี้ยวของกระดองจึงอยู่ในเฟสด้วยแรงเคลื่อนไฟฟ้า ดังนั้นในตัวนำที่ใช้งานอยู่ของสเตเตอร์ที่คดเคี้ยวกระแสจึงไหลเข้าหาเราเนื่องจากระนาบของภาพวาด

เส้นสนามแม่เหล็กที่สร้างโดยแม่เหล็กไฟฟ้าจะแสดงเป็นเส้นทึบ และเส้นสนามแม่เหล็กที่สร้างโดยกระแสลวดพันขดลวดกระดองจะแสดงที่นี่ - เส้นประ

ด้านล่างในรูป 2 a แสดงแผนภาพเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นซึ่งอยู่เหนือขั้วเหนือของแม่เหล็กไฟฟ้า ที่นี่เราเห็นว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก V สนามแม่เหล็กหลักที่สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กไฟฟ้ามีทิศทางในแนวรัศมี และการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก VI ของสนามแม่เหล็กของกระแสที่คดเคี้ยวกระดองนั้นพุ่งตรงไปทางขวาและตั้งฉากกับเวกเตอร์ V

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เกิดขึ้น การตัดชี้ขึ้นและไปทางขวา ซึ่งหมายความว่ามีการบิดเบือนของสนามแม่เหล็กพื้นฐานซึ่งเป็นผลมาจากการเพิ่มสนามแม่เหล็ก ทางซ้ายของขั้วโลกเหนืออ่อนกำลังลงเล็กน้อย และทางขวาก็เพิ่มขึ้นเล็กน้อย

เป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่าส่วนประกอบในแนวรัศมีของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เกิดขึ้น ซึ่งขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้นไม่ได้เปลี่ยนแปลง ดังนั้นปฏิกิริยากระดองภายใต้โหลดที่ใช้งานอย่างหมดจดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงไม่ส่งผลต่อขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งหมายความว่าแรงดันตกคร่อมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีโหลดแอคทีฟล้วนๆ นั้นเกิดจากแรงดันตกคร่อมความต้านทานแอคทีฟของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเท่านั้น หากเราละเลยแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองที่รั่วไหล

สมมติว่าโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสเป็นแบบอุปนัยล้วนๆ ในกรณีนี้ กระแส Az จะล้าหลังแรงเคลื่อนไฟฟ้า E เป็นมุม π / 2... ซึ่งหมายความว่ากระแสสูงสุดจะปรากฏในตัวนำช้ากว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าสูงสุดเล็กน้อย ดังนั้นเมื่อกระแสในขดลวดกระดองถึงค่าสูงสุด ขั้วเหนือ N จะไม่อยู่ใต้เส้นลวดนี้อีกต่อไป แต่จะเคลื่อนที่ต่อไปอีกเล็กน้อยในทิศทางการหมุนของโรเตอร์ ดังแสดงในรูป 2, ข.

ในกรณีนี้เส้นแม่เหล็ก (เส้นประ) ของฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดกระดองจะถูกปิดผ่านสองขั้วที่อยู่ตรงข้ามกัน N และ S และถูกส่งไปยังเส้นแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สร้างโดยขั้วแม่เหล็ก สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าเส้นทางแม่เหล็กหลักไม่เพียง แต่บิดเบี้ยว แต่ยังอ่อนลงเล็กน้อยด้วย

ในรูป 2.6 แสดงแผนภาพเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก: สนามแม่เหล็กหลัก B, สนามแม่เหล็กเนื่องจากปฏิกิริยากระดอง Vi และสนามแม่เหล็กผลลัพธ์ Vres

ที่นี่เราเห็นว่าส่วนประกอบในแนวรัศมีของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนั้นมีขนาดเล็กกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B ของสนามแม่เหล็กหลักตามค่า ΔV ดังนั้นแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำจึงลดลงเช่นกัน เนื่องจากเกิดจากองค์ประกอบในแนวรัศมีของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือสิ่งอื่นๆ ที่เท่ากัน จะน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าที่โหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่อย่างเดียว

หากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีโหลดแบบ capacitive เพียงอย่างเดียว กระแสในนั้นจะนำเฟสของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเป็นมุม π / 2... กระแสในสายไฟของขดลวดกระดองของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถึงค่าสูงสุดเร็วกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า แรง E. ดังนั้นเมื่อกระแสในขดลวดของสมอ (รูปที่ 2, c) ถึงค่าสูงสุด ขั้วเหนือของ N จะยังไม่รองรับสายนี้

ในกรณีนี้เส้นแม่เหล็ก (เส้นประ) ของฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดกระดองจะถูกปิดผ่านสองขั้วตรงข้ามที่อยู่ติดกัน N และ S และถูกนำไปตามเส้นทางด้วยเส้นแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าสนามแม่เหล็กหลักของเครื่องกำเนิดไม่เพียงบิดเบี้ยวเท่านั้น แต่ยังถูกขยายอีกด้วย

ในรูป 2, c แสดงแผนภาพเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก: สนามแม่เหล็กหลัก V, สนามแม่เหล็กเนื่องจากปฏิกิริยากระดอง Vya และสนามแม่เหล็กที่เกิด Bres เราเห็นว่าส่วนประกอบในแนวรัศมีของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นนั้นมีค่ามากกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B ของสนามแม่เหล็กหลักตามจำนวน ΔB ดังนั้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบอุปนัยของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงเพิ่มขึ้นด้วย ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งเงื่อนไขอื่นๆ ทั้งหมดจะเหมือนกัน จะมากกว่าแรงดันไฟฟ้าที่โหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอุปนัยอย่างเดียว

หลังจากสร้างอิทธิพลของปฏิกิริยากระดองต่อแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสสำหรับโหลดที่มีลักษณะแตกต่างกันแล้ว เราจะดำเนินการชี้แจงลักษณะภายนอกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลักษณะภายนอกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสคือการพึ่งพาแรงดันไฟฟ้า U ที่ขั้วของมันบนโหลด I ที่ความเร็วโรเตอร์คงที่ (n = const) กระแสกระตุ้นคงที่ (iv = const) และความคงที่ของตัวประกอบกำลัง (cos φ = คอสต์).

ในรูป 3 คุณสมบัติภายนอกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสสำหรับโหลดที่มีลักษณะแตกต่างกัน เส้นโค้ง 1 แสดงคุณลักษณะภายนอกภายใต้โหลดที่ใช้งานอยู่ (cos φ = 1.0) ในกรณีนี้ แรงดันเทอร์มินอลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะลดลงเมื่อโหลดเปลี่ยนจากรอบเดินเบาเป็นพิกัดภายใน 10 — 20% ของแรงดันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ไม่มีโหลด

เส้นโค้ง 2 แสดงคุณลักษณะภายนอกด้วยโหลดตัวต้านทาน-อุปนัย (cos φ = 0, แปด) ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะลดลงเร็วขึ้นเนื่องจากผลกระทบของการล้างอำนาจแม่เหล็กของปฏิกิริยากระดอง เมื่อโหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเปลี่ยนจากไม่มีโหลดเป็นพิกัด แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเหลือไม่เกิน 20 — 30% ของแรงดันไฟฟ้าที่ไม่มีโหลด

เส้นโค้ง 3 แสดงลักษณะภายนอกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่โหลดแบบแอคทีฟ-คาปาซิทีฟ (cos φ = 0.8) ในกรณีนี้ แรงดันเทอร์มินอลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มขึ้นบ้างเนื่องจากปฏิกิริยาแม่เหล็กของกระดอง

ข้าว. 3. ลักษณะภายนอกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสำหรับโหลดต่างๆ: 1 — แอคทีฟ, 2 — อุปนัย, 3 คาปาซิทีฟ

ลักษณะการควบคุมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส

ลักษณะการควบคุมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสแสดงการพึ่งพาของกระแสสนาม i ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าบนโหลด I ด้วยค่าคงที่ที่มีประสิทธิภาพของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (U = const) จำนวนรอบการหมุนของโรเตอร์คงที่ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่อนาที (n = const) และความคงที่ของตัวประกอบกำลัง (cos φ = const)

ในรูป4 กำหนดคุณสมบัติการควบคุมสามอย่างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส เส้นโค้ง 1 หมายถึงกรณีโหลดที่ใช้งานอยู่ (เนื่องจาก φ = 1)

ข้าว. 4. ลักษณะการควบคุมไดชาร์จสำหรับโหลดต่างๆ: 1 — แอคทีฟ 2 — อุปนัย 3 — คาปาซิทีฟ

ที่นี่เราเห็นว่าเมื่อโหลด I บนเครื่องกำเนิดเพิ่มขึ้น กระแสกระตุ้นจะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้เนื่องจากเมื่อโหลด I เพิ่มขึ้นแรงดันตกในความต้านทานที่ใช้งานของขดลวดกระดองของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นและจำเป็นต้องเพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้า E ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยการเพิ่มกระแสกระตุ้น iv ถึง รักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ U .

เส้นโค้ง 2 หมายถึงกรณีของโหลดแบบแอคทีฟอินดักทีฟที่ cos φ = 0.8... เส้นโค้งนี้สูงขึ้นอย่างชันกว่าเส้นโค้ง 1 เนื่องจากการล้างอำนาจแม่เหล็กของปฏิกิริยากระดอง ซึ่งลดขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้า E และด้วยเหตุนี้ แรงดันไฟฟ้า U ที่ขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

Curve 3 หมายถึงกรณีของโหลดแบบแอคทีฟ-คาปาซิทีฟที่ cos φ = 0.8 เส้นโค้งนี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อโหลดบนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มขึ้น กระแส i กระตุ้นน้อยลงเป็นสิ่งจำเป็นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อรักษาแรงดันคงที่ทั่วทั้งขั้วของมัน สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้เนื่องจากในกรณีนี้ปฏิกิริยากระดองจะเพิ่มฟลักซ์แม่เหล็กหลักและทำให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเพิ่มขึ้น