Параллельная работа синхронного генератора с сетью
Рис. 11.26
Электрическая система большой мощности по отношению к генератору может быть представлена источником с неизменным напряжением. Режим работы генератора можно проанализировать с помощью векторной диаграммы (рис. 11.23).
Мощность генератора
.
Путем преобразований можно доказать, что мощность синхронного генератора
.
Электромагнитный момент
,
где
или 
. (11.55)
Так как 
, 
то мощность и электромагнитный момент генератора при
постоянном токе возбуждения зависят только от угла 
. Эта зависимость синусоидальна и называется
угловой характеристикой синхронного генератора (рис. 11.27). При увеличении момента
на валу первичного двигателя генератор отдает в сеть большую мощность. Предельным
значением является момент и мощность при 
= 90°, после чего генератор выпадает
из синхронизма.
Рис. 11.27
Максимальные мощность и момент 
; 
.
Рис. 11.28
Следовательно, регулировать активную мощность генератора можно за счет первичного двигателя. Регулирование реактивной мощности генератора осуществляется изменением тока возбуждения.
На рис. 11.28 показаны зависимости тока статора от тока возбуждения,
называемые U-образными характеристиками. Минимум тока статора соответствует активной
нагрузке (
= 1,0). Перевозбуждение генератора означает генерирование
реактивной мощности, невозбуждение — емкостный режим нагрузки.
Включение синхронного генератора на параллельную работу является ответственной операций и требует соблюдения следующих условий:
– напряжение включаемого генератора должно быть равно напряжению сети;
– частота генератора должна быть равной частоте сети;
Рис. 11.28
– чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково;
– напряжения генератора и сети должны быть в фазе.
Для соблюдения этих условий применяют различные схемы синхронизации.
Работа синхронной машины в режиме синхронного двигателя
В отличие от синхронного
генератора в синхронном двигателе ось полюсов ротора отстает от оси полюсов вращающегося
магнитного поля статора на угол
и электромагнитный момент определяется по уравнению (11.55). Уравнения электрического
баланса аналогичны режиму генератора. Поэтому генератор и двигатель характеризуются
общими закономерностями.
Активная мощность синхронного двигателя зависит
от тормозного момента на валу. При этом ЭДС 
отстает от напряжения 
на угол . Предельным моментом является наибольший электромагнитный
момент, за которым синхронный режим нарушается.
Реактивная мощность синхронного двигателя регулируется изменением тока возбуждения. При недовозбуждении реактивная мощность имеет индуктивный характер, при перевозбуждении — емкостный.
11.24. Синхронные автотракторные генераторы
В настоящее время широко применяют трехфазные синхронные генераторы для электропитания бортовых приборов мобильных машин. Имеются несколько модификаций их исполнения.
11.24.1. Вентильные генераторы с клювообразным ротором
Вентильный генератор (рис. 11.29) представляет собой синхронную машину, имеющую ротор клювообразного типа, обмотку возбуждения, статор с малым числом пазов на фазу и станину. Принципиальная схема генератора с трехфазной мостовой схемой выпрямителя приведена на рис. 11.30.
Рис. 11.29
Рис. 11.30
Вентильные генераторы индукторного типа
Вентильные генераторы индукторного типа являются бесконтактными. Принцип действия показан на рис. 11.31 и 11.32. При вращении ротора положение его зубцов по отношению к зубцам статора изменяется и магнитный поток периодически изменяется от максимального до минимального значения. В витках катушки статора индуктируется переменная ЭДС с частотой, пропорциональной частоте ротора
,
где
– амплитудное значение ЭДС, 
– число витков в катушке и 
– число последовательно включенных
катушек.
Действующее значение ЭДС фазы
,
|
|
|
|
Рис. 11.31 |
Рис. 11.32 |
где 
– число зубцов ротора.
Индукторные генераторы разделяют на аксиально-возбуждаемые (катушки возбуждения расположены вдоль оси машины) и радиально-возбуждаемые (катушки возбуждения расположены вдоль радиусов машины). В любом исполнении в синхронном индукторном генераторе обмотки якоря и возбуждения расположены неподвижно, т.е. не требуется подвижных контактов.
Автотракторные генераторы переменного тока с постоянными магнитами
Генераторы переменного тока с постоянными магнитами представляют собой синхронные бесконтактные электрические машины с возбуждением от постоянных магнитов. Они надежны в работе, обладают высоким КПД, малой инерционностью, имеют малые помехи радиоприему. К недостаткам этих генераторов относятся высокая стоимость, масса и габаритные размеры, большой разброс характеристик, нестабильность выходных параметров, трудность регулирования напряжения при изменении частоты вращения ротора и нагрузки.
Автомобили и тракторы имеют различные приборы, которые работают независимо один от другого. Для ограничения влияния изменения сопротивления нагрузки на напряжение генератора его электрические и магнитные цепи выполняют независимыми (рис. 11.33).
Рис. 11.33
Генератор, схема которого приведена на рис. 11.33 а, исключает взаимное влияние цепей и по существу соответствует трем генераторам с общим ротором. Разделение магнитных цепей неэффективено с точки зрения использования магнитопровода генератора. Поэтому в реальных машинах разделяют только электрические цепи (рис. 11.33 б).
