Главная | Обратная связь

Потери и КПД синхронного генератора

Преобразование энергии в синхронном генераторе происходит следующим образом.

К валу синхронного генератора от первичного двигателя подводится механическая мощность P₁. Часть этой мощности расходуется на механические потери Р_МЕХ в генераторе, на магнитные потери в стали статора Р_СТ, добавочные потери в стали статора и ротора Р_ДОБ. Остальная часть мощности преобразуется в электрическую мощность и передается магнитным полем в статор.

Полная электрическая мощность, получаемая в результате преобразования механической мощности, называется электромагнитной мощностью. Магнитные потери в сердечнике статора у генератора покрываются непосредственно за счет механической мощности со стороны вала и в электромагнитную мощность не входят.

Электромагнитная мощность трехфазного синхронного генератора равна:

, Вт (3.13)

Преобразование энергии в синхронном генераторе связано с потерями энергии. Все виды потерь в синхронной машине разделяются на основные и добавочные.

Основные потери в синхронном генераторе слагаются из электрических потерь в обмотке статора, потерь на возбуждение, магнитных потерь и механических потерь.

Электрические потери в обмотке статора:

, Вт (3.14)

где — активное сопротивление одной фазы обмотки статора при расчетной рабочей температуре:

, Ом (3.15)

где — активное сопротивление одной фазы обмотки статора при температуре Т₁ , отличающейся от расчетной рабочей; α=0,004.

Потери на возбуждение:

а) при возбуждении от отдельного возбудительного устройства:

, Вт (3.16)

где — активное сопротивление обмотки возбуждения при расчетной рабочей температуре;

=2В — падение напряжения в контакте щеток;

Сопротивление обмотки возбуждения без учета вытеснения тока определяют по формуле и приводят к расчетной температуре:

, Ом (3.17)

где — активное сопротивление при температуре Т₁ , отличающейся от расчетной рабочей.

б) при возбуждении от генератора постоянного тока (возбуди теля), сочлененного с валом синхронной машины:

, Вт (3.18)

где - КПД возбудителя ( =0,8-0,85).

Если обмотка возбуждения питается от собственного возбудителя, расположенного на валу приводного двигателя, то мощность, идущая на возбуждение генератора, а также на потери в возбудителе, следует прибавить к мощности P₁. При независимом возбуждении к P₁ прибавляется мощность, расходуемая в обмотке возбуждения генератора. Для схем с самовозбуждением мощность возбуждения вычитается из , так как на возбуждение машины расходуется часть электрической мощности.

Если возбуждение бесконтактное, эта составляющая потерь отсутствует

Магнитные потери в синхронном генераторе происходят в сердечнике статора, который подвержен перемагничиванию вращающимся магнитным полем. Эти потери состоят из потерь от гистерезиса и потерь от вихревых токов:

, Вт (3.19)

Механические потери (Вт), равные сумме потерь на трение в подшипниках и потерь на вентиляцию (при самовентиляции машины):

, Вт (3.20)

где — окружная скорость на поверхности полюсного наконечника ротора, м/с;

— конструктивная длина сердечника статора, мм.

Добавочные потери при нагрузке в синхронном генераторе определяют в процентах от полезной мощности генератора. Для синхронных машин мощностью до 1000кВт добавочные потери при нагрузке принимают равными 0,5%, а для машин мощностью более 1000кВт — 0,25—0,4%.

Суммарные потери в синхронном генераторе:

, Вт (3.21)

Оставшаяся мощность отдается генератором в сеть (активная мощность, отбираемая от генератора при его номинальной нагрузке).

Мощность Р₂ является полезной мощностью генератора:

(3.22)

Здесь U₁ и I₁ — фазные значения напряжения и тока статора.

Коэффициент полезного действия для синхронного генератора:

, Вт (3.23)

КПД синхронного генератора зависит от величины нагрузки и от ее характера (cosφ). Графики этой зависимости представлен на рисунке 3.8.

КПД синхронных машин мощностью до 100кВт составляет 80—90%, у более мощных машин КПД достигает 92—99%. Более высокие значения КПД относятся к турбо и гидрогенераторам мощностью в десятки и даже сотни тысяч киловатт.

Подводимая механическая мощность определяется по формуле:

(3.24)

Рисунок 3.8 – График зависимости КПД и cosφ от величины нагрузки β.

 

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость ЭДС генератора в режиме холостого хода Е₀ от тока возбуждения I_в при номинальной скорости вращения n₂=n₁.

Характеристику холостого хода принято строить в относительных единицах:

, (3.25)

где ,

За характеристику холостого хода принимают среднюю линию, проведенную между восходящей и нисходящей ветвями характеристики.