동기식 발전기의 작동 모드, 발전기의 작동 특성

동기식 발전기를 특징 짓는 주요 수량은 단자 전압 U, 충전 I, 피상 전력 P (kVa), 분당 회전자 회전 수 n, 역률 cos φ입니다.

동기 발전기의 가장 중요한 특성은 다음과 같습니다.

• 유휴 특성,

• 외부 특성,

• 조절 특성.

동기 발전기의 무부하 특성

발전기의 기전력은 여자 전류 iv에 의해 생성된 자속 Ф의 크기와 회전수 n 분당 발전기의 회 전자:

전자 = cnF,

여기서 s — 비례 계수.

동기발전기의 기전력의 크기는 회전자의 회전수에 따라 달라지지만, 기전력의 주파수는 회 전자의 회전수와 관련이 있기 때문에 회전자의 회전속도를 변화시켜 조절할 수 없다. 일정하게 유지되어야 하는 발전기 회전자의 회전수.

따라서 동기 발전기의 기전력 크기를 조정하는 유일한 방법은 주 자속 F의 변화입니다. 후자는 일반적으로 여자 회로에 도입된 가변 저항을 사용하여 여자 전류 iw를 조정하여 달성됩니다. 발전기의. 이 동기 발전기와 같은 축에 위치한 직류 발전기로부터 여자 코일에 전류가 공급되는 경우 직류 발전기 단자의 전압을 변경하여 동기 발전기의 여자 전류를 조정합니다.

일정한 공칭 회 전자 속도 (n = const) 및 0과 같은 부하 (1 = 0)에서 여자 전류 iw에 대한 동기 발전기의 기전력 E의 의존성을 발전기의 유휴 특성이라고합니다.

그림 1은 발전기의 무부하 특성을 보여줍니다. 여기서 곡선의 상승 분기 1은 전류 iv가 0에서 ivm으로 증가함에 따라 제거되고 곡선의 하강 분기 2는 iv가 ivm에서 iv = 0으로 변경될 때 제거됩니다.

쌀. 1. 동기발전기의 유휴 특성

오름차순 1가지와 내림차순 2가지 사이의 발산은 잔류 자성에 의해 설명됩니다. 이러한 가지로 둘러싸인 영역이 클수록 자화 반전 동기 발전기의 강철에서 에너지 손실이 커집니다.

초기 직선 구간에서 유휴 곡선의 가파른 상승은 동기식 발전기의 자기 회로를 특징 짓습니다. 다른 조건에서 발전기 공극의 암페어 회전 유량이 낮을수록 발전기 유휴 특성이 더 가파르게 됩니다.

발전기의 외부 특성

부하 동기 발전기의 단자 전압은 발전기의 기전력 E, 고정자 권선의 능동 저항의 전압 강하, 소실 자기 유도 기전력 Es로 인한 전압 강하 및 전기자 반응.

소산 기전력(Es)은 소산 자속(Fc)에 의존하는 것으로 알려져 있으며, 이는 발전기 회전자의 자극을 관통하지 않으므로 발전기의 자화 정도를 변경하지 않습니다. 발전기의 소산 자기유도 기전력(Es)은 상대적으로 작기 때문에 실질적으로 무시할 수 있으므로 발전기 기전력 중 소산 자기유도 기전력(Es)을 보상하는 부분은 실질적으로 0과 같다고 볼 수 있다. .

전기자 응답은 동기식 발전기의 작동 모드, 특히 단자 전압에 더 눈에 띄는 영향을 미칩니다. 이 영향의 정도는 발전기 부하의 크기뿐만 아니라 부하의 특성에 따라 달라집니다.

먼저 발전기 부하가 순전히 활성인 경우 동기 발전기의 전기자 반응의 영향을 고려해 보겠습니다. 이를 위해 그림에 표시된 작동중인 동기식 발전기 회로의 일부를 취합니다. 2, 가. 여기에 표시된 것은 전기자 권선에 하나의 활성 와이어가 있는 고정자의 일부와 여러 자극이 있는 회전자의 일부입니다.

쌀. 2. 부하에서 전기자 반응의 영향: a — 활성, b — 유도성, c — 용량성

문제의 순간에 회 전자와 함께 시계 반대 방향으로 회전하는 전자석 중 하나의 북극은 고정자 권선의 활성 와이어 아래를 통과합니다.

이 와이어에 유도된 기전력은 도면의 평면 뒤에서 우리를 향합니다. 그리고 발전기 부하는 순전히 활성 상태이므로 전기자 권선 전류 Iz는 기전력과 동상입니다. 따라서 고정자 권선의 활성 도체에서 도면 평면으로 인해 전류가 우리쪽으로 흐릅니다.

전자석에 의해 생성된 자기장 선은 여기에 실선으로 표시되고 전기자 권선 전류에 의해 생성된 자기장 선이 여기에 표시됩니다. - 점선.

아래 그림에서. 도 2의 a는 전자석의 N극 위에 위치한 결과적인 자기장의 자기 유도의 벡터 다이어그램을 보여준다. 여기에서 우리는 자기 유도 V 전자석에 의해 생성 된 주 자기장은 반경 방향을 가지며 전기자 권선 전류의 자기장의 자기 유도 VI는 벡터 V에 대해 오른쪽과 수직을 향합니다.

그 결과 자기 유도 컷이 위쪽과 오른쪽으로 향합니다. 이는 자기장이 추가된 결과 기본 자기장의 일부 왜곡이 발생했음을 의미합니다. 북극의 왼쪽에서는 약간 약해졌고 오른쪽에서는 약간 증가했습니다.

본질적으로 발전기의 유도 기전력의 크기가 의존하는 결과적인 자기 유도 벡터의 반경 성분이 변경되지 않았음을 쉽게 알 수 있습니다. 따라서 발전기의 순전히 능동 부하 하에서의 전기자 반응은 발전기의 기전력의 크기에 영향을 미치지 않습니다.이는 순전히 능동 부하가 있는 발전기 양단의 전압 강하가 누설 자기 유도 기전력을 무시하는 경우 발전기의 능동 저항 양단의 전압 강하에만 기인한다는 것을 의미합니다.

이제 동기식 발전기의 부하는 순전히 유도성이라고 가정해 보겠습니다. 이 경우 전류 Az는 기전력 E보다 π / 2의 각도만큼 뒤쳐집니다.... 이것은 최대 전류가 최대 기전력보다 약간 늦게 도체에 나타난다는 것을 의미합니다. 따라서 전기자 권선의 전류가 최대값에 도달하면 북극 N은 더 이상 이 전선 아래에 있지 않지만 그림 1과 같이 회전자의 회전 방향으로 조금 더 이동합니다. 2, 나.

이 경우 전기자 권선의 자속의 자속선 (점선)은 인접한 두 개의 반대 극 N과 S를 통해 닫히고 자극에 의해 생성되는 발전기의 주 자기장의 자기선으로 향합니다. 이로 인해 주 자기 경로가 왜곡될 뿐만 아니라 약간 약해집니다.

무화과에서. 2.6은 자기 유도의 벡터 다이어그램을 보여줍니다. 주 자기장 B, 전기자 반응 Vi로 인한 자기장 및 결과적인 자기장 Vres.

여기에서 결과 자기장의 자기 유도의 반경 성분이 주 자기장의 자기 유도 B보다 ΔV 값만큼 작아지는 것을 볼 수 있습니다. 따라서 유도기전력도 자기유도의 방사성분에 의해 감소하게 된다.이는 발전기 단자의 전압(다른 조건이 같다면)이 순전히 활성화된 발전기 부하의 전압보다 낮다는 것을 의미합니다.

발전기에 순전히 용량 성 부하가있는 경우 그 안의 전류는 π / 2의 각도로 기전력의 위상을 이끕니다.... 발전기의 전기자 권선 전선의 전류는 이제 기전력보다 일찍 최대 값에 도달합니다. 힘 E. 따라서 앵커 권선 와이어의 전류 (그림 2, c)가 최대 값에 도달하면 N의 북극은 여전히이 와이어를 수용하지 않습니다.

이 경우 전기자 권선의 자속의 자속선(점선)은 두 개의 인접한 반대 극 N과 S를 통해 닫히고 발전기의 주 자기장의 자속선과 함께 경로를 따라 향합니다. 이로 인해 발전기의 주 자기장이 왜곡될 뿐만 아니라 다소 증폭됩니다.

무화과에서. 2, c는 자기 유도의 벡터 다이어그램을 보여줍니다. 주 자기장 V, 전기자 반응 Vya로 인한 자기장 및 결과 자기장 Bres. 결과 자기장의 자기 유도의 반경 성분이 주 자기장의 자기 유도 B보다 ΔB만큼 커진 것을 볼 수 있습니다. 따라서 발전기의 유도 기전력도 증가했습니다. 즉, 다른 모든 조건이 동일할 때 발전기 단자의 전압이 순수한 유도 발전기 부하의 전압보다 커집니다.

다른 성격의 부하에 대한 동기식 발전기의 기전력에 대한 전기자 반응의 영향을 확인한 후 발전기의 외부 특성을 명확히합니다.동기식 발전기의 외부 특성은 일정한 회전자 속도(n = const), 일정한 여자 전류(iv = const) 및 역률의 불변성(cos φ = const).

무화과에서. 3 다른 특성의 부하에 대한 동기 발전기의 외부 특성이 제공됩니다. 곡선 1은 활성 부하(cos φ = 1.0)에서 외부 특성을 나타냅니다. 이 경우 부하가 무부하 발전기 전압의 10 ~ 20% 내에서 정격으로 부하가 변경되면 발전기 단자 전압이 떨어집니다.

곡선 2는 저항-유도 부하(cos φ = 0, 8)로 외부 특성을 나타냅니다. 이 경우 전기자 반응의 감자 효과로 인해 발전기 단자의 전압이 더 빨리 떨어집니다. 발전기 부하가 무부하에서 정격으로 변경되면 전압은 무부하 전압의 20 ~ 30% 이내로 떨어집니다.

곡선 3은 활성 용량성 부하(cos φ = 0.8)에서 동기식 발전기의 외부 특성을 나타냅니다. 이 경우 전기자 반응의 자화 작용으로 인해 발전기 단자 전압이 다소 증가합니다.

쌀. 3. 다른 부하에 대한 교류 발전기의 외부 특성: 1 — 활성, 2 — 유도, 3 용량

동기 발전기의 제어 특성

동기식 발전기의 제어 특성은 발전기의 단자에서 전압의 일정한 유효 값 (U = const), 회 전자의 일정한 회전 수로 부하 I에 대한 발전기의 계자 전류 i의 의존성을 나타냅니다. 분당 발전기의 (n = const) 및 전력 계수의 불변성 (cos φ = const).

무화과에서.4 동기 발전기의 세 가지 제어 특성이 주어집니다. 곡선 1은 활성 로드 케이스를 나타냅니다(φ = 1이기 때문).

쌀. 4. 다양한 부하에 대한 교류 발전기 제어 특성: 1 — 능동형, 2 — 유도형, 3 — 용량형

여기에서 발전기의 부하 I가 증가함에 따라 여기 전류가 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 이것은 부하 I가 증가함에 따라 발전기 전기자 권선의 능동 저항의 전압 강하가 증가하고 여기 전류 iv를 증가시켜 발전기의 기전력 E를 증가시킬 필요가 있기 때문에 이해할 수 있습니다. 전압을 일정하게 유지 U .

곡선 2는 cos φ = 0.8에서 능동 유도 부하의 경우를 나타냅니다... 이 곡선은 전기자 반응의 감자로 인해 곡선 1보다 더 가파르게 상승하여 기전력 E의 크기를 감소시키므로 발전기 단자의 전압 U.

곡선 3은 cos φ = 0.8에서 활성 용량성 부하의 경우를 나타냅니다. 이 곡선은 발전기의 부하가 증가함에 따라 터미널에서 일정한 전압을 유지하기 위해 발전기에서 더 적은 여자 전류 i가 필요함을 보여줍니다. 이 경우 전기자 반응이 주 자속을 증가시켜 발전기의 기전력과 단자 전압의 증가에 기여하기 때문에 이는 이해할 수 있습니다.