Что такое синхронизация?
Для многих людей работа синхронного генератора очень загадочна и странна. Вот эта огромная машина, которая работает с постоянной скоростью, независимо от того, широко ли открыты или закрыты клапаны пара 4-24 дюйма, скорость машины постоянна.
Изменение потока пара в машину изменяет выходную мощность, но не влияет на скорость.
Таинственная синхронная работа генератора (фото кредит: Дейв Бейкер через Flickr)
Тогда есть странное понятие реактивной силы. Реактивные потоки энергии не должны потреблять энергию, и все же они меняются при открытии и закрытии паровых клапанов.
Изменение возбуждения на генераторе изменит напряжение на клеммах, но немного. Не имеет ничего общего с тем, что изменение возбуждения будет иметь место на машине, если оно не синхронизировано или не подключено к системе. Эта техническая статья курса, надеюсь, объяснит некоторые из этих явлений.
Магнитные поля
Одним из ключей к пониманию странного поведения генератора является создание мысленного образа магнитного поля в генераторе. Хотя есть только одно магнитное поле, по большей части мы можем считать его двумя; и многое поведение машины объясняется взаимодействием двух магнитных полей.
Для простоты рассмотрен двухполюсный генератор. Те же аргументы сохраняются для генераторов с большим количеством полюсов, однако изображения и слова для описания взаимодействий усложняются.
Первое магнитное поле - это то, которое установлено в роторе системой возбуждения. Это поле, которое является постоянным по прочности и вращается вокруг машины со скоростью вращения ротора. Величина прямо пропорциональна току поля (пока мы не насытим магнитную цепь).
Рисунок 1 - Магнитное поле ротора
Второе магнитное поле - это то, которое установлено потоком тока в трехфазной обмотке статора. Если трехфазное питание подключено к трем обмоткам, смещенным вокруг сердечника генератора, обмотка будет генерировать вращающееся магнитное поле.
Сила магнитного поля будет зависеть от тока в обмотке, а скорость вращения будет зависеть от частоты подачи.
В двухполюсной машине с частотой 60 Гц. Поставка скорости вращения будет составлять 60 оборотов в секунду или 3600 об / мин.
Рисунок 2 - Магнитное поле статора
Именно взаимодействие этих двух магнитных полей создает силы в генераторе, которые передают энергию в электрическую цепь.
В большом генераторе эти силы могут достигать порядка 10 6 Ньютона. Это своего рода сила требует выталкивания космических кораблей в космос. В синхронизированной машине эта сила удерживает вращение ротора со скоростью, определяемой частотой системы.
Магнитное поле от тока статора и магнитного поля ротора блокируются вместе и вращаются с одинаковой скоростью вокруг и вокруг в бесконечных кругах. Магнитные поля не выстраиваются идеально, если машина не производит выходную мощность. Между ними есть угол.
Угол называется углом нагрузки или углом крутящего момента, и это связано с выходной мощностью машины.
Силы между магнитными полями
Сила между магнитными полями - это сила между валом и электрической системой. Именно эта сила передает энергию от вала к электрической системе.
Когда поля отлично выровнены без угла между ними, нет силы, и никакая мощность не передается. Это состояние без нагрузки. Клапаны регулятора открыты и обеспечивают достаточное количество пара в машине для преодоления потерь на фрикционные и ветровые нагрузки устройства, вращающегося на синхронной скорости. Если клапаны регулятора открыты, допускается больше пара, и ротор начинает ускоряться.
По мере продвижения вперед магнитные поля в генераторе выходят из строя. Это создает силу между ними, противоположную ускорению машины. Энергия будет поступать от машины к системе. Скорость потока энергии или выходная мощность машины пропорциональна прочности магнитных полей в машине и синусу угла нагрузки.
Если допускается больше пара, угол увеличивается (так же как и синус угла) усилие, противоположное вращению, увеличивается, а скорость машины остается постоянной.
Рисунок 3 - Силы между полями
Если усиливается сила магнитного поля, выходная мощность машины остается постоянной, но увеличенные силы между полями возвращают ротор назад в положение без нагрузки, а угол нагрузки уменьшается.
Выходная мощность не может измениться; поток пара в машину определяет только мощность. Энергия всегда должна равняться энергии.
При работе отдельной синхронизированной машины есть две вещи, которые могут быть изменены клапаном регулятора и напряженностью поля ротора, и влияют на угол нагрузки. Увеличение напряженности поля уменьшает угол нагрузки, но нагрузка остается неизменной.
Увеличение потока пара увеличивает угол нагрузки, а мощность двигателя увеличивается.
автомобилизм
Если паровые клапаны закрыты, чтобы обеспечить меньшую энергию, чем требуется для преодоления потерь на трение, ротор будет замедляться. Магнитные поля будут выходить из положения и будет генерироваться сила, чтобы потянуть ротор в направлении вращения.
Это условие называется автомобилем.
Машина приводится в движение как синхронный двигатель. Моторизация - это условие, которое может или не может быть разрешено в генераторе. Большинство крупных паровых турбин на заводах CANDU имеют возможность езды по крайней мере за один период времени.
Каковы пределы?
Это явление ограничено. Если угол нагрузки машины достигает 90 °, он достиг своей максимальной выходной мощности для прочности магнитных полей. Если подача питания на машину толкает ротор за 90 °, силы замедления на валу начинают уменьшаться, а не увеличиваться.
Ротор начнет ускоряться. Он начнет двигаться быстрее, чем вращающееся магнитное поле арматуры.
Однако не забывайте, что миллионы Ньютонов заставляют создавать магнитные поля. И ротор получает дополнительную революцию, он подвергнется серьезным механическим нагрузкам, так как ужасные силы магнита заставляют моторы на валу сначала пытаться затормозить машину, а затем попытаться ускорить ее.
Эти пульсации крутящего момента могут привести к повреждению, возможно, к катастрофическому повреждению машины. Это явление называется скольжением полюса.
Здесь следует отметить, что угол нагрузки представляет собой измерение электрических углов. Они совпадают с механическими углами только в двухполюсной машине. В четырехполюсной машине механический сдвиг вала генератора составляет половину угла нагрузки.
В машинах с еще большим количеством полюсов механические углы становятся все меньше и меньше.
Синхронная эквивалентная схема генератора
Усиленная эквивалентная схема генератора
Первый ключ к объяснению поведения синхронизированного генератора - идея угла нагрузки; как он изменяется с напряженностью поля и как он изменяется с нагрузкой. Второй ключ - упрощенная эквивалентная схема.
Он состоит из генератора и индуктора и нагрузки с напряжением, установленным через него системой. Генератор представляет собой теоретический генератор. Сгенерированное напряжение E g прямо пропорционально силе магнитного поля ротора.
Если ток возбуждения увеличен, E g будет увеличиваться. Фаза E g будет определяться углом нагрузки. Увеличение угла нагрузки приведет к фазовому углу E g. Индуктивное реактивное сопротивление X представляет собой сопротивление обмоток на машине. Сопротивление обмоток невелико по сравнению с индуктивным реактивным сопротивлением и может быть проигнорировано в цепи, предназначенной для того, чтобы дать ощущение работы машины, а не взглянуть на мельчайшие детали.
Напряжение клеммы V t является напряжением, которое определяется остальной частью системы. Один генератор в большой системе мало влияет на частоту и напряжение или систему. Для нашего простого генератора это будет напряжение на клеммах машины.
Пара более важных вещей, которые нужно вспомнить, падение напряжения на X (V x) приведет к току на 90 °, а V t и V x добавят, чтобы дать E g, пока мы помним, что когда мы добавляем AC-материал, мы имеем для использования фазоров.
Ссылка: Основы науки и реактора - Электрическая группа технического обучения CNSC