Тема 6.2 (8.2). Генераторы постоянного и переменного тока

1. 6.2 (8.2) Генераторы постоянного и переменного тока

2. Программа

Способы возбуждения ГПТ
Свойства ГПТ определяются способом включения обмотки возбуждения
В зависимости от этого различают генераторы:
- с независимым возбуждением: обмотка возбуждения получает питание
от постороннего источника постоянного тока (аккумуляторной батареи,
небольшого вспомогательного генератора, называемого возбудителем,
или выпрямителя);
- с параллельным (шунтовым) возбуждением: обмотка возбуждения
подключена параллельно обмотке якоря и нагрузке;
- с последовательным (сериесным) возбуждением: обмотка возбуждения
включена последовательно с обмоткой якоря и нагрузкой;
- со смешанным возбуждением: имеются две обмотки возбуждения —
параллельная и последовательная; первая подключена параллельно
обмотке якоря, а вторая — последовательно с нею и нагрузкой
Генераторы с параллельным, последовательным и смешанным
возбуждением относятся к машинам с самовозбуждением, так как питание их
обмоток возбуждения осуществляется от самого генератора

3. ЭДС и напряжение ГПТ

ГПТ и их характеристики
• Все ГПТ имеют одинаковое устройство и отличаются лишь
выполнением обмоток возбуждения:
- Обмотки независимого и параллельного возбуждения изготовляют
из провода малого сечения, они имеют большое число витков,
- Обмотку последовательного возбуждения — из провода большого
сечения, она имеет малое число витков
• О свойствах генераторов постоянного тока судят по их
характеристикам:
- холостого хода – зависимости напряжения U0 при холостом ходе от
тока возбуждения Iв при отсутствии нагрузки Rн, т. е. при Iн = Iя = 0
и при постоянной частоте вращения п
- внешней – зависимости напряжения U от тока нагрузки Iн = Iя при
постоянных частоте вращения п и токе возбуждения Iв
- регулировочной - зависимости тока возбуждения Iв от тока
нагрузки Iн при неизменном напряжении U и частоте вращения п

4. Ток нагрузки и электромагнитный тормозной момент ГПТ

ГПТ с независимым возбуждением

5. Способы возбуждения ГПТ

ГПТ с
независимым
возбуждением

6. ГПТ и их характеристики

ГПТ с параллельным
возбуждением

7. ГПТ с независимым возбуждением

ГПТ с последовательным
возбуждением

8. ГПТ с независимым возбуждением

ГПТ со смешанным возбуждением

9. ГПТ с независимым возбуждением

Назначение и принцип действия
синхронного генератора
Синхронные генераторы вырабатывают электрическую
энергию трехфазного тока
Почти все генераторы переменного тока,
устанавливаемые на больших и малых электрических
станциях, являются синхронными
Обмотка статора имеет три (в двухполюсной машине),
шесть (в четырех-полюсной) или большее число
катушек, сдвинутых одна относительно другой на
соответствующие углы (120° или 60° и т. д.)
При вращении ротора с некоторой частотой п поток
возбуждения пересекает проводники обмотки статора и
индуцирует в ее фазах переменную ЭДС Е1,
изменяющуюся с частотой f1
Обмотки трех фаз синхронного генератора сдвинуты в
пространстве на угол 120°, поэтому индуцируемые в них
ЭДС будут сдвинуты одна относительно другой по фазе
на 1/3 периода
f1
pn
60
Устройство: 1 – трехфазная
обмотка, 2 – статор, 3 –
контактные кольца,
4–
ротор, 5 – обмотка полюсов
(возбуждения)

10. ГПТ с независимым возбуждением

Назначение и принцип действия
синхронного генератора
• Если к обмотке статора подключить какую-либо
нагрузку, то протекающий по этой обмотке
трехфазный ток создает вращающееся магнитное
поле, частота вращения которого п1
• Синхронная машина имеет следующие
особенности:
- ротор машины, работающей как в
двигательном, так и в генераторном режимах,
вращается с постоянной частотой вращения,
равной частоте вращения вращающегося
магнитного поля, т. е. п = п1,
- в обмотке ротора ЭДС не индуцируется, а
магнитное поле создается постоянным током,
подводимым от внешнего источника, или
постоянными магнитами
60 f1
n1
p

11. ГПТ с независимым возбуждением

Возбуждение СГ с независимым
возбуждением
В качестве источника постоянного
тока для питания обмотки
возбуждения 1 синхронной
машины может служить
- генератор постоянного тока 4
(возбудитель), установленный
на валу ротора синхронной
машины
Регулирование тока возбуждения
осуществляется вручную
регулировочным реостатом 3,
включенным в цепь обмотки
возбуждения, или автоматически
специальными регуляторами
Мощность, необходимая для
возбуждения, составляет 0,3 —
3% мощности синхронной
машины

12. ГПТ с независимым возбуждением

Возбуждение СГ с
самовозбуждением
• В качестве источника постоянного
тока для питания обмотки
возбуждения 1 синхронной машины
может служить:
- полупроводниковый
выпрямитель 5, присоединенный
к обмотке якоря 2
• Регулирование тока возбуждения
осуществляется вручную
регулировочным реостатом 3,
включенным в цепь обмотки
возбуждения, или автоматически
специальными регуляторами
• Мощность, необходимая для
возбуждения, составляет 0,3 — 3%
мощности синхронной машины

13. ГПТ с параллельным возбуждением

Регулирование напряжения и
частоты СГ
• ЭДС, индуцированная в каждой фазе обмотки
якоря синхронного генератора, при холостом ходе
Е0
• Регулировать ЭДС (напряжение генератора)
можно двумя способами:
- изменением частоты вращения п
- изменением магнитного потока возбуждения
ФВ
• Для изменения потока возбуждения в цепь
обмотки возбуждения включают регулировочный
реостат или автоматически действующий
регулятор напряжения, которые позволяют
изменить ток возбуждения, поступающий в эту
обмотку
• Регулирование частоты f1 осуществляется
изменением частоты вращения ротора
Е0 сЕФВ п
pn
f1
60

14. ГПТ с параллельным возбуждением

Внешние характеристики СГ
• При увеличении нагрузки
синхронного генератора
напряжение его изменяется:
- Оказывает действие реакция
якоря
- Изменяются внутренние
падения напряжения в
обмотке якоря — активное и
реактивное
• Внешние характеристики
синхронного генератора
представляют собой зависимости
изменения напряжения
генератора U от тока нагрузки Iя
при постоянных значениях п, Iв и
cos

15. ГПТ с параллельным возбуждением

Внешние характеристики СГ
- При активной нагрузке напряжение
генератора с ростом тока нагрузки
уменьшается по кривой 2
- При активно-индуктивной — по
кривой 1; чем больше угол сдвига
фаз между током Iя и
напряжением U, тем сильнее
размагничивающее действие
реакции якоря и тем ниже идет
кривая напряжения
- При активно-емкостной нагрузке,
когда ток Iя опережает по фазе
напряжение U, реакция якоря
подмагничивает машину и
напряжение U может даже
возрастать по сравнению с U0 = Е0
при холостом ходе (кривая 3)

16. ГПТ с последовательным возбуждением

Параллельная работа СГ
• Параллельная работа СГ применяется для обеспечения более
полной загрузки генераторов
• Синхронизация - процесс включения синхронных генераторов
на параллельную работу:
- Точная синхронизация, генератор на параллельную работу
включается в тот момент, когда его ЭДС по значению и фазе
равна напряжению на шинах электростанции. При
правильно выполненной точной синхронизации ток
генератора в момент его включения равен нулю (холостой
ход генератора)
- Грубая синхронизация, когда не обеспечиваются идеальные
условия для включения генераторов, но для ограничения
тока в цепь вводится реактор, который после синхронизации
обычно отключается. Возможны провалы напряжения до
20%
- Самосинхронизация, когда на шины подключается
невозбужденный генератор, а возбуждение подается после
окончании переходного процесса. Возможны провалы
напряжения до 80%.