Расшифровка, обозначения и маркировка синхронных машин




Генератор типа ГС–800–2 УХЛ3 предназначен для работы в составе энергетической установки, созданной на базе газотурбинного двигателя и выполненной в контейнерном исполнении.

Исполнение – горизонтальное, на двух подшипниковых опорах с подшипниками качения, с самовентиляцией по разомкнутому циклу.

Генератор типа ГС–2000–2 УХЛ4 предназначен для работы в составе турбогенераторной установки, транспортируемой геотермальной ТЭС и выполненной в виде модуля контейнерного типа. Исполнение – горизонтальное, с подшипниками скольжения, с самовентиляцией по разомкнутому циклу. Возбуждение – бесщеточное, от синхронного возбудителя через вращающийся диодный выпрямитель.

Расшифровка обозначения генератора типа ГС-800-2 УХЛ3:

1. Г – генератор;

2. С – синхронный;

3. 800 – мощность, кВт;

4. 2 – число полюсов;

5. УХЛ – климатическое исполнение;

6. 3 –категория размещения;

7. Генератор типа ГС–2000–2 УХЛ4 поставляется по ТУ 3381–042–05757908–94.

Основные технические данные синхронных двигателей напряжением выше 1 кВ:

С – синхронный; Д – двигатель; Н – нормальное исполнение; З – закрытый; Т – трехфазный; УХЛЗ – климатическое исполнение и категория размещения. У всех двигателей серии СДН cosφ= 0,9.

Синхронные компенсаторы — это электрические машины большой реактивной мощности: от 10 до 160 тыс. кВА. Выполняют их обычно с горизонтальным расположением вала на напряжение от 6,6 до 16 кВ при частоте 50 Гц. В синхронных компенсаторах современных серий применен асинхронный пуск, поэтому их роторы снабжены пусковыми клетками.

Синхронные компенсаторы серии КС и КСВ, работающие в двигательном режиме без активной нагрузки, предназначены для генерирования в питающую сеть реактивный (опережающий, емкостной) ток или (отстающий, индуктивный) ток. При мощности 16 МВ·А компенсаторы изготавливают закрытыми с воздушным охлаждением по замкнутому циклу. При мощности 50, 100 и 160 МВ·А компенсаторы изготавливают с водородным охлаждением.

Основные соотношения

В названии показано основное свойство синхронных машин – жесткое соответствие между скоростью вращения n и частотой тока в обмотках статора:

Магнитное поле, образованное током в трехфазной обмотке статора, и магнитное поле образованное постоянным током вращающегося индуктора имеют одинаковую частоту вращения. Ротор может быть явнополюсным (гидрогенераторы) и неявнополюсным (турбогенераторы)

Рис.5.1

Для явнополюсных синхронных машин характерно различие магнитного сопротивления по продольной оси (проходящей через ось полюсов), по поперечной оси, проходящей по оси межполюсного пространства qq, причем магнитное сопротивление по продольнойоси много меньше магнитного сопротивления по поперечной оси.

Это объясняется тем, что различна величина воздушного зазора под полюсами значительно меньше воздушного зазора в межполюсном пространстве.

В явнополюсных машинах величина воздушного зазора везде одинакова, поэтому магнитное сопротивление по продольной и поперечной оси одинаковы.

В обмотках статора при протекании в них тока создается намагничивающая сила:

где – число фаз;

– количество витков в фазной обмотке;

– обмоточный коэффициент;

– число пар плюсов;

Намагничивающая сила создает вращающееся магнитное поле, аналогично тому, как это происходит в асинхронных машинах.

Магнитная индукция в зазоре распределяется по закону близкому к синусоидальному. Период этой синусоиды определяется длиной полюсного деления .

Для явнополюсной синхронной машины уравнение электрической составляющей фазы статора имеет вид:

Где – ЭДС потока возбуждения

– ЭДС реакции якоря по продольной оси, пропорциональной мдс реакции якоря по продольной оси

– ЭДС реакции якоря по поперечной оси, пропорциональной мдс реакции якоря по поперечной оси ;

– ЭДС рассеяния;

– омическое падение напряжения в фазной обмотке статора – имеет величину, значительно меньшую остальных, вследствии с чем при решении задач им часто можно пренебречь.

Для турбогенераторов уравнение электрического состояния имеет вид:

где – ЭДС реакции якоря неявнополюсной машины.

В соответствии с этим уравнением может быть построена векторная диаграмма, по которой может быть определена ЭДС или напряжение на обмотки статора.

Рис 5.2

Однако надо знать, что это уравнение и векторная диаграмма построены без учета насыщения магнитопровода, которое в реальности несколько уменьшает индуктивное сопротивление.

В упрощенном виде ЭДС реакции якоря не разделяют продольную и поперечную составляющие и применяют их для расчета как явно-, так и неявнополюсных синхронных машин.

При расчете синхронных двигателей или при расчете работы синхронных генераторов, включенных параллельно с сетью удобно пользоваться угловыми характеристиками реактивной мощности или электромагнитным моментом в зависимости от угла нагрузки.

Рис.5.3

Во всех синхронных генераторах действует основной электромагнитный момент:

В явнополюсных генераторах действует еще и реактивный момент:

Угол нагрузки соответствует номинальному электромагнитному моменту.

Максимальный момент определяет перегрузочную способность синхронной машины, что важно для генераторов работающих параллельно с сетью так же синхронных двигателей.

Максимальный момент неявнополюсных машин соответствует , в явнополюсных => в зависимости от соотношения основного и реактивного моментов.

Для явнополюсных синхронных машин критический угол нагрузки рассчитывается по формуле:

При регулировании реактивной мощности путем изменения тока возбуждения и эдс при и постоянном моменте ; активная составляющая тока, соответствующая заданному моменту, сохраняется постоянной:

и ток якоря изменяется только за счет реактивной составляющей:

Для оценки изменения тока якоря при изменении тока возбуждения используется угловая характеристика – зависимость тока якоря от тока возбуждения:

при pconst и

На рисунке показано семейство угловых характеристик при различных значениях активной мощности.

Регулировка величины тока возбуждения сопровождается изменением тока статора и коэффициента мощности cosφ. Активная составляющая тока при этом остаетсянеизменной.

При перевозбуждении возникает опережение по фазе тока сети относительно напряжения, что способствует повышению cosφ.

В генераторном режиме подводимая механическая мощность определяется механическим моментом и частотой вращения и часть этой мощности расходуется на покрытие механических , магнитных и добавочных потерь.

Если возбуждение генератора производится от возбудителя, приводящего во вращение от общего приводного двигателя, то необходимо учесть потери на возбуждение:

– напряжение, ток, КПД возбудителя.

Электромагнитная мощность, передаваемая на статорные обмотки посредством электромагнитного поля меньше подводимой на величинуэтих потерь.

Мощность на выходе генератора меньше электромагнитной на величину потерь мощности в обмотках статора:

Суммарные потери мощности:

Активная мощность на выходе генератора:

В синхронном двигателе имеют место те же потери, что и в генераторе, но тогда мощность на входе:

а мощность на выходе – механическая:

КПД синхронных машин:

 

Задача 5.1

Трехфазный синхронный генератор мощностью работает параллельно с сетью напряжением в режиме точки с координатами и на – образной характеристике (рис. 5.2), построенной в относительных единицах.

Требуется определить: силу тока в цепи статора и его активную и реактивную составляющие; мощность , отдаваемую генератором в сеть, и ее активную и реактивную составляющие; коэффициент мощности генератора Необходимые для решения задачи значения параметров приведены в табл. 5.1.

 

Ответить на вопросы:

а) в каких случаях целесообразна работа синхронного генератора, включенного на параллельную работу с сетью, с перевозбуждением, а в каких – с недовозбуждением?

б) почему с возрастанием активной мощности генератора увеличивается значение тока возбуждения, соответствующее

Таблица 5.1

  Варианты
                   
                   
0,4 6,3 10,5 0,4 6,3 10,5 11,5 15,75   13,8
0,6 0,8 0,5 0,8 0,88 0,6 0,4 0,82 0,68 0,41
1,9 2,0 1,4 1,15 2,0 1,9 2,17 3,62 1,42 1,65

Решение:

1. Номинальный ток статора:

2. Из U – образных характеристик синхронного генератора следует, что в режиме заданной точки с координатами и работа генератора определяется характеристикой при активной нагрузке

P = 0,2 Pном;

Ток в цепи статора генератора:

3. Активная составляющая тока статора определяется ординатой, соответствующей току возбуждения на характеристике 0,2 Pном:

4. Коэффициент мощности генератора:

5. Реактивный (индуктивный) ток генератора, вызванный его перевозбуждением ( ):

6. Полная мощность нагрузки генератора:

7. Активная составляющая мощности нагрузки генератора:

8. Реактивная составляющая мощности нагрузки генератора:

9. Ток возбуждения, соответствующий , т.е. току статора

1 – I= 159 А; по характеристике определяем Iв* = 1,1

Задача 5.2

Используя U – образные характеристики синхронного генератора (см. рис. 5.4), работающего параллельно с сетью, построить регулировочные характеристики генератора при неизменном коэффициенте мощности генератора , предлагаемые значения которых приведены ниже:

Варианты            
0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95

 

Таблица 5.2

  P*     I1* Недовозбуждение Iв*1 Перевозбуждение Iв*2
0,2 0,22 0,31 0,75 1,25
0,4 0,41 0,58 0,53 1,52
  0,58 0,83 0,52 2,2
0,8 0,72 1,02 - 2,8

 

Решение:

1. Коэффициент мощности генератора определяется отношением активной составляющей тока статора, соответствующей коэффициенту мощности , к полному току статора:

Откуда ток статора при заданном значении коэффициента мощности:

2. Задавшись значениями активной составляющей тока статора:

Определим соответствующие значения полного тока статора I1* и для каждого из этих значений по U – образным характеристикам определим два значения тока возбуждения Iв* в – одно для режима недовозбуждения генератора, а другое – для режима перевозбуждения. Все полученные значения заносим в табл. 5.2.

3. По данным табл. 5.2 строим две регулировочные характеристики (рис. 5.4):

для режима недовозбуждения (график 1);

для режима перевозбуждения (график 2).

Задача 5.3

Трехфазный синхронный генератор номинальной мощностью Pном и номинальным (фазным) напряжением работает с коэффициентом мощности Обмотка фазы статора имеет индуктивное сопротивление рассеяния x1 (табл. 5.3); отношение короткого замыкания ОКЗ, частота переменного тока 50 Гц.

Требуется построить практическую диаграмму ЭДС и по ней определить номинальное изменение напряжения генератора при сбросе нагрузки Активным сопротивление фазы обмотки статора пренебречь. Характеристика холостого хода генератора нормальная.

Таблица 5.3

  Варианты
                   
                   
1,4 1,2 1,3 1,1 1,4 1,1 1,2 1,3 1,2 1,4
0,15 0,32 0,45 0,32 0,28 0,25 0,18 0,32 0,32 0,18

 

Решение:

1. Номинальный ток статора:

2. Индуктивное падение напряжения:

Или в относительных единицах:

3. Построение практической диаграммы ЭДС (рис. 5.7).

4. Строим нормальную характеристику холостого хода в относительных единицах по следующим данным:

0,58 1,0 1,21 1,33 1,40 1,46 1,51
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Рис. 5.4 Практическая диаграмма ЭДС синхронного генератора

Здесь E0 – основная ЭДС генератора; Iв – ток возбуждения генератора в режиме холостого хода; Iв0ном – ток возбуждения, соответствующий основной ЭДС генератора в режиме холостого хода E0.

5. В этих же осях координат (см. рис. 5.4) строим характеристику короткого замыкания в относительных единицах Iк* – f(Iв*), где:

Характеристику короткого замыкания, имеющую прямолинейный вид, строи по двум точкам: точка 0 – начало осей координат и точка K с координатами

Ток Iв.к.ном* представляет собой ток возбуждения, соответствующий номинальному току нагрузки генератора I1ном, определим его величину, используя ОКЗ= 1,4 (отношение короткого замыкания),

Откуда

6. На оси ординат строим вектор и под углом:

Проводим прямую линию – направление тока статора, на которой строим вектор 1ном* = 1, для чего деление 1 с оси ординат посредством циркуля переносим на линию – направление тока.

7. Из конца вектора напряжения U1ном* под углом 90° к направлению тока статора проводим вектор ЭДС рассеяния (индуктивного падения напряжения):

8. Соединив точку начала осей координат 0 с концом вектора , получим вектор ЭДС нагруженного генератора:

9. Проектируем конец вектора на характеристику холостого хода и получаем отрезок BC, который затем проектируем на ось абсцисс и определяем величину тока возбуждения , соответствующую ЭДС нагруженного генератора

10. Определим величину тока возбуждения , компенсирующего ЭДС рассеяния ; с этой целью на оси ординат в точке 0 построим вектор , полученную точку Н перенесем на характеристику холостого хода, а затем на ось абсцисс и получим значение тока возбуждения эквивалентного ЭДС рассеяния .

11. При работе синхронного генератора без нагрузки (режим холостого хода) его основная ЭДС больше, чем ЭДС , на величину ЭДС реакции якоря по продольной оси , т.е.

Для учета определим ток возбуждения соответствующий продольно – размагничивающему действию реакции якоря. Величина определяется отрезком LG на оси абсцисс:

12. Из точки D под углом:

к вертикали CD строим вектор DM = Iвd* – 0,6. Затем из точки 0 радиусом OM опишем дугу до пересечения с осью абсцисс в точке N. Полученный отрезок ON = 1,65 представляет собой ток возбуждения Iв0ном, соответствующий основной ЭДС генератора:

13. В результате всех выполненных построений определим номинальное изменение напряжения при сбросе нагрузки:

Задача 5.4

Для явнополюсных синхронных генераторов заданы: фазная ЭДС статора магнитного потока возбуждения Е0; номинальный фазный ток нагрузки , угол сдвига фаз между и при активно-индуктивной нагрузке, сопротивление рассеяния обмотки статора индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси хad, и по поперечной оси хaq. Определить: номинальное напряжение U1H; номинальные значения полной Sн активной Рн мощностей на выходе генератора и изменение напряжения при сбросе нагрузке ∆Uн. Частота тока 50 Гц. Обмотки статора соединены звездой. Активным сопротивлением обмоток статора можно пренебречь.

Таблица 5.4

  Варианты
                   
E0                    
                   
                   
х1 0,48 0,42 0,15 0,52 0,12 0,61 0,07 0,078 0,08 0,07
хad 1,82 1,84 1,32 1,0 1,24 1,2 1,05 1,08 1,18 1,03
хaq 1,22 1,18 0,55 0,74 0,48 0,81 0,9 0,91 0,92 0,9

 

Пример:

Дано: Е0 = 260 В; хad = 1,65 Ом;

хaq = 1,15 Ом.

1. Уравнение напряжений явнополюсного синхронного генератора:

2. ЭДС реакции якоря продольной оси:

3. ЭДС реакции якоря по поперечной оси:

4. ЭДС рассеяния:

5. Векторная диаграмма:

Задаемся масштабом токов напряжений и ЭДС Построение векторной диаграммы начинаем с вектора , направив его по вещественной оси. Вектор отстает от на угол . Реакция якоря оказывает размагничивающее действие, вектор ЭДС реакции якоря по продолжительности напряжения противоположно (при активно-индуктивной нагрузке). ЭДС реакции якоря по поперечной оси отстает от на четверть периода. Вектор ЭДС рассеяния отстает от тока на 900. Вектор напряжения получим, сложив все построенные вектора

Величину напряжения можно определить, сложив комплексы всех ЭДС или графически, измерив, вектор и умножив его на mn. Т.к. обмотки статора соединены в звезду линейное напряжение:

Угол сдвига фаз между током и напряжением можно определить:

либо изменив его на векторной диаграмме. Затем можно определить и .

Задача 5.5

Трехфазный синхронный двигатель серии СДН2 имеет данные каталога: номинальная мощность число полюсов 2р, КПД , кратности - пускового тока , пускового момента , максимального синхронного момента , асинхронного момента при скольжении (момент входа в синхронизм) , соединение обмоток статора «звездой». Значения перечисленных величин приведены в таблице 5.5.

Определить: частоту вращения, номинальный и пусковой токи в цепи статора, номинальный, максимальный синхронный, пусковой моменты и асинхронный момент входа в синхронизм (при %). Напряжение питающей сети при частоте 50 Гц, коэффициент мощности .

 

 

Типдвигателя
16-54-8     95,8 1,9 1,4 1,0 5,3
16-44-12     94,2 1,9 1,3 1,0 5,1
17-31-12     94,3 1,9 1,1 1,0 4,7
17-39-12     94,9 1,8 1,0 1,0 4,5
17-49-12     95,3 1,9 1,2 1,1 5,2
18-64-12     96,2 1,8 1,4 1,2 6,5
16-36-10     94,4 1,8 1,4 0,75 5,0
16-44-10     94,9 1,8 1,3 0,75 5,0
17-44-10     95,5 1,9 1,2 1,1 5,4
17-51-10     95,9 1,8 1,2 1,0 5,2

Таблица 5.5

Решение:

Тип двигателя СДН2-16-36-12

1. Частота вращения:

2. Потребляемая двигателем мощность в режиме номинальной нагрузки:

3. Ток в цепи статора в режиме номинальной нагрузки:

4. Пусковой ток в цепи статора:

5. Момент на валу двигателя в режиме номинальной нагрузки:

6. Максимальный (синхронный) момент:

7. Пусковой момент:

8. Момент входа в синхронизм (асинхронный момент при скольжении 5%):

Задача 5.6

Для трехфазного синхронного двигателя номинальной мощностью и напряжением питания при частоте 50 Гц, с числом полюсов 2 р (табл. 5.6), пользуясь рабочими характеристиками в относительных единицах (рис.5.8), определить: полную S, активную Р1 и реактивную Q мощности, КПД , коэффициент мощности и момент на валу двигателя М 2, при нагрузках, соответствующих наибольшему значению коэффициента мощности и наибольшему значению КПД.

Таблица 5.6

  Варианты
                   
                   
0,38 0,38 6,0 6,0 6,0 0,38 6,0 0,38   0,38
                   

 

Решение варианта: 1

1. Режиму номинальной нагрузки двигателя соответствует следующие номинальные значения параметров: коэффициент мощности КПД Используя эти величины определим:

а) номинальный ток статора:

 

б) номинальный момент на валу двигателя:

2. Из рабочих характеристик двигателя следует, что наибольшее значение коэффициента мощности соответствует нагрузке , т.е. полезной мощности двигателя:

а набольшее значение КПД соответствует нагрузке

 

 

, т.е. полезной мощности двигателя:

3. Указанным значениям нагрузки соответствуют значения (см. рис.5.5):

а) токов статора:

б) полной мощности:

в) коэффициента мощности:

г) реактивной мощности:

д) активной потребляемой мощности:

е) момента на валу двигателя:

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Игнатович В.М. Электрические машины и трансформаторы [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Игнатович В.М., Ройз Ш.С.— Электрон.текстовые данные.— Томск: Томский политехнический университет, 2013.— 182 c.— Режим доступа: https://www.iprbookshop.ru/34738.— ЭБС «IPRbooks», по паролю

2. Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования [Текст]: учеб.пособие для вузов / [И. П. Крючков и др.]; под ред. И. П. Крючкова, В. А. Старшинова. – 3-е изд., стер. - М.: Академия, 2008. – 416

3. Гольдберг О.Д. Электромеханика [Текст]: учеб.для вузов/О.Д.Гольдберг, С.П. Хелемская; под ред. О.Д. Гольберга.-М.: Академия, 2007.-512 с.

4. Беспалов, В.Я. Электрические машины [Текст]: учеб.пособие для вузов / В. Я. Беспалов, Н. Ф. Котеленец. - М.: Академия, 2006. - 320 с.:

5. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. Том 1 [Электронный ресурс]: учебник для вузов/ Иванов-Смоленский А.В.— Электрон.текстовые данные.— М.: Издательский дом МЭИ, 2006.— 652 c.— Режим доступа: https://www.iprbookshop.ru/33203.— ЭБС «IPRbooks», по паролю

6. Москаленко, В. В. Электрический привод [Текст]: учеб.для вузов / В. В. Москаленко. – Москва: Академия, 2007. - 368 с.

7. Кудрин Б.И. Электрооборудование промышленности [Текст]: учеб. для вызов/ Б.И. Кудрин, А.Р. Минеев.-М.: Академия, 2008.-432 с.

8. Извеков В.И. Проектирование турбогенераторов [Текст]: учеб. Пособие для ВУЗов/В.И. Извеков, Н.А. серихин, А.И. Абрамов.-2-е изд., перераб. И доп.-М.: Изд-во МЭИ, 2005.-440 с.

9. Алиев, И.И. Электротехнический справочник [Текст] / И. И. Алиев. - 4-е изд., испр. - М.: РадиоСофт, 2002. - 384 с.: ил.

10. Андреев, В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения [Текст]: учеб.для вузов / В. А. Андреев. - 5-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2007. - 639 с.: ил.

11. Сибикин, Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок [Текст]: учеб.для нач. проф. образования / Ю. Д. Сибикин, М. Ю. Сибикин, В. А. Яшков. - М.: Высш. шк., 2001. - 336 с.: ил.

12. Басс, Э.И. Релейная защита электроэнергетических систем [Текст]: учеб. пособие для вузов / Э. И. Басс, В. Г. Дорогунцев; под ред. А.Ф. Дьякова. - М.: Изд-во МЭИ, 2002. - 296 с.: ил.

13. Электрические аппараты высокого напряжения [Текст]: учеб. для вузов / Г. Н. Александров, А. И. Афанасьев, В. В. Борисов и др.; под ред. Г.Н. Александрова. - 2-е изд., доп. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000. - 503 с.: ил.

14. Кацман М.М. Электрические машины [Текст]: учеб. Для ссузов/М.М. Кацман.-4-е изд., перераб. И доп.-М.: Высш.шк., 2003.-469 с.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-06-26 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: