Mysteriöser synchroner Betrieb des Generators gelöst

HOTEL TRANSSILVANIEN 3 - Anke Engelke im Synchronstudio | Ab 16.7.2018 im Kino (November 2018).

Anonim

Was ist die Synchronisation?

Für viele Menschen ist der Betrieb eines Synchrongenerators sehr mysteriös und seltsam. Hier ist diese riesige Maschine, die eine konstante Geschwindigkeit laufen lässt, ob die 4 - 24 Zoll Dampfventile weit offen sind oder dicht geschlossen werden, die Maschinengeschwindigkeit ist konstant.

Das Ändern des Dampfflusses in die Maschine ändert die Leistungsabgabe, hat jedoch keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit.

Mysteriöser Synchronlauf des Generators (Bildnachweis: Dave Baker via Flickr)

Dann gibt es das seltsame Konzept der Blindleistung. Blindleistungsflüsse sollen keine Energie verbrauchen und verändern sich dennoch, wenn sich die Dampfventile öffnen und schließen.

Wenn Sie die Erregung am Generator ändern, ändert sich die Spannung an den Klemmen nur ein wenig. Es hat bei weitem nicht den Effekt, dass eine Änderung der Erregung an der Maschine auftreten würde, wenn sie nicht synchronisiert oder mit dem System verbunden ist. Dieser technische Artikel des Kurses wird hoffentlich einige dieser Phänomene erklären.

Die magnetischen Felder

Einer der Schlüssel zum Verständnis des seltsamen Verhaltens des Generators ist die Entwicklung eines mentalen Bildes des Magnetfeldes im Generator . Obwohl es nur ein Magnetfeld gibt, können wir es größtenteils als zwei betrachten; und ein Großteil des Verhaltens der Maschine kann durch die Wechselwirkung der beiden Magnetfelder erklärt werden .

Zur Vereinfachung wird ein zweipoliger Generator in Betracht gezogen. Dieselben Argumente gelten für mehrpolige Generatoren, die Bilder und Wörter zur Beschreibung der Wechselwirkungen werden jedoch komplizierter.

Das erste Magnetfeld ist dasjenige, das vom Erregersystem im Rotor aufgebaut wird. Es ist ein Feld, das konstant in der Stärke ist und rotiert um die Maschine mit der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors. Die Größe ist direkt proportional zum Feldstrom (solange wir den Magnetkreis nicht sättigen).

Abbildung 1 - Rotormagnetfeld

Das zweite Magnetfeld ist dasjenige, das durch den Stromfluss in der dreiphasigen Statorwicklung aufgebaut wird . Wenn eine Dreiphasenversorgung mit drei um den Kern des Generators herum verschobenen Wicklungen verbunden ist, erzeugt die Wicklung ein rotierendes Magnetfeld.

Die Stärke des Magnetfeldes hängt vom Stromfluß in der Wicklung ab und die Drehgeschwindigkeit hängt von der Frequenz einer Versorgung ab.

In einer zweipoligen Maschine mit einer 60 Hz . Geben Sie die Drehzahl von 60 Umdrehungen pro Sekunde oder 3600 U / min .

Abbildung 2 - Statormagnetfeld

Es ist die Wechselwirkung dieser beiden Magnetfelder, die die Kräfte im Generator erzeugen, die die Energie an den Stromkreis übertragen.

In einem großen Generator können diese Kräfte Größenordnungen von 10 6 Newton erreichen. Dies ist die Art von Kraft, die benötigt wird, um Raumschiffe in den Weltraum zu treiben. In einer synchronisierten Maschine hält diese Kraft den Rotor mit der Geschwindigkeit, die durch die Frequenz des Systems bestimmt wird.

Das Magnetfeld aus dem Statorstrom und das Magnetfeld des Rotors sperren zusammen und rotieren mit der gleichen Geschwindigkeit um und herum in nie endenden Kreisen. Die Magnetfelder sind nicht perfekt ausgerichtet, wenn die Maschine keine Leistungsabgabe erzeugt. Es gibt einen Winkel zwischen ihnen.

Der Winkel wird als Lastwinkel oder Drehmomentwinkel bezeichnet und hängt mit der Leistungsabgabe der Maschine zusammen.

Kräfte zwischen den Magnetfeldern

Die Kraft zwischen den Magnetfeldern ist die Kraft zwischen der Welle und dem elektrischen System. Es ist diese Kraft, die die Energie von der Welle auf das elektrische System überträgt.

Wenn die Felder perfekt ohne Winkel zwischen ihnen ausgerichtet sind, gibt es keine Kraft, und es wird keine Kraft übertragen. Dies ist der Leerlaufzustand. Die Reglerventile sind offen und erlauben gerade genug Dampf in die Maschine, um die Reibungs- und Luftverlustverluste der Einheit zu überwinden, die sich mit der synchronen Geschwindigkeit dreht. Wenn die Reglerventile geöffnet werden, wird mehr Dampf zugeführt und der Rotor beginnt zu beschleunigen.

Wenn es sich vorwärtsbewegt, kommen die Magnetfelder im Generator aus der Ausrichtung. Dies erzeugt eine Kraft zwischen ihnen , die der Beschleunigung der Maschine entgegenwirkt . Energie fließt von der Maschine zum System. Die Rate des Energieflusses oder der Leistungsabgabe der Maschine ist proportional zu der Stärke der Magnetfelder in der Maschine und dem Sinus des Lastwinkels.

Wenn mehr Dampf zugeführt wird, erhöht sich der Winkel (ebenso der Sinus des Winkels), die entgegengerichtete Kraft erhöht sich und die Maschinengeschwindigkeit bleibt konstant.

Abbildung 3 - Kräfte zwischen Feldern

Wenn die Stärken beider Magnetfelder erhöht werden, bleibt die Leistungsabgabe der Maschine konstant, aber die erhöhten Kräfte zwischen den Feldern ziehen den Rotor zurück in seine Nulllastposition und der Lastwinkel nimmt ab.

Die Leistungsabgabe kann nicht geändert werden ; Der Dampfstrom in die Maschine bestimmt die Leistung allein. Energie muss immer gleich Energie sein.

Im Betrieb einer einzelnen synchronisierten Maschine gibt es zwei Dinge, die das Reglerventil und die Rotorfeldstärke verändern können, die beide den Lastwinkel beeinflussen. Eine Erhöhung der Feldstärke verringert den Lastwinkel, die Last bleibt jedoch gleich.

Durch Erhöhen des Dampfflusses erhöht sich der Lastwinkel und die Leistungsabgabe der Maschine erhöht sich.

Autofahren

Wenn die Dampfventile geschlossen sind, um weniger Energie zuzuführen als erforderlich, um die Reibungsverluste zu überwinden, wird der Rotor dazu neigen, langsamer zu werden. Die Magnetfelder werden aus der Ausrichtung geraten und eine Kraft wird erzeugt, um den Rotor in der Richtung der Drehung zu ziehen.

Diese Bedingung wird als Autofahren bezeichnet .

Die Maschine wird als Synchronmotor angetrieben. Autofahren ist eine Bedingung, die in einem Generator erlaubt sein kann oder auch nicht. Die meisten großen Dampfturbinen in CANDU-Anlagen können mindestens einen Zeitraum lang fahren.

Was sind die Grenzen?

Dieses Phänomen ist begrenzt. Wenn der Lastwinkel der Maschine 90 ° erreicht, hat er seine maximale Ausgangsleistung für die Stärke der Magnetfelder erreicht. Wenn die Krafteinleitung in die Maschine den Rotor über die 90 ° -Position hinaus schiebt, nehmen die Verzögerungskräfte auf der Welle nicht ab.

Der Rotor wird anfangen zu beschleunigen. Es beginnt sich schneller zu bewegen als das rotierende Magnetfeld des Ankers.

Vergessen wir jedoch nicht die Millionen Newton Kraft, die die Magnetfelder erzeugen können. Und der Rotor nimmt eine zusätzliche Umdrehung auf, da er starken mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, da die horrende Magnetkraft Drehmomente auf die Welle ausübt, die zuerst versuchen, die Maschine abzubremsen und dann zu beschleunigen versuchen.

Diese Drehmomentpulsationen verursachen Schäden, möglicherweise katastrophale Schäden an der Maschine. Dieses Phänomen wird als Polschlupf bezeichnet .

Es sollte hier angemerkt werden, dass der Belastungswinkel ein Maß für die elektrischen Winkel ist. Dies sind die gleichen mechanischen Winkel wie bei einer zweipoligen Maschine. Bei einer vierpoligen Maschine beträgt die mechanische Verschiebung der Generatorwelle die Hälfte des Lastwinkels.

Bei Maschinen mit noch mehr Polen werden die mechanischen Winkel immer kleiner.

Synchrone Generator-Ersatzschaltung

Generator Vereinfachte Ersatzschaltung

Der erste Schlüssel zur Erklärung des Verhaltens eines synchronisierten Generators ist die Idee des Lastwinkels ; wie es sich mit der Feldstärke ändert und wie es sich mit der Belastung verändert. Der zweite Schlüssel ist das vereinfachte Ersatzschaltbild.

Es besteht aus einem Generator und einem Induktor und einer Last mit einer Spannung, die durch das System daran befestigt ist. Der Generator repräsentiert einen theoretischen Generator. Die erzeugte Spannung Eg ist direkt proportional zur Stärke des Magnetfeldes des Rotors.

Wenn der Erregerstrom erhöht wird, nimmt E g zu. Die Phase von E g wird durch den Lastwinkel bestimmt. Erhöhen des Lastwinkels wird den Phasenwinkel von E g voreilen . Die induktive Reaktanz X repräsentiert die Impedanz der Wicklungen an der Maschine. Der Widerstand der Wicklungen ist klein im Vergleich zu der induktiven Reaktanz und kann in einer Schaltung ignoriert werden, die dafür ausgelegt ist, ein Gefühl für den Betrieb der Maschine zu geben, anstatt einen Blick in die kleinsten Details zu werfen.

Die Klemmenspannung V t ist eine Spannung, die durch den Rest des Systems bestimmt wird. Ein einzelner Generator in einem großen System hat wenig Einfluss auf die Frequenz und die Spannung oder das System. Für unseren einfachen kleinen Generator wird es die Spannung an den Klemmen der Maschine sein.

Ein paar wichtigere Dinge zu erinnern, der Spannungsabfall über X (V x ) führt den Strom um 90 ° und V t und V x wird hinzugefügt, um E g zu geben, solange wir uns daran erinnern, dass wenn wir AC Zeug hinzufügen um Zeiger zu benutzen.

Referenz: Wissenschaft und Reaktor Grundlagen - Electrical CNSC Technical Training Group

Verwandte elektrische Anleitungen und Artikel

SUCHE: Artikel, Software und Anleitungen