Длительно допустимый режим работы генератора с параметрами указанными в паспорте это
Обновлено: 17.05.2024
В настоящее время в промышленности, в строительстве или в быту широко используются электрогенераторные установки различных типов, мощности и назначения. В случаях, когда электростанция выступает в качестве постоянного или резервного источника питания, пользователь заинтересован в увеличении продолжительности ее непрерывной эксплуатации. В случае, когда генератор применяется лишь эпизодически, это требование не так актуально.
Для того чтобы разобраться в том, какая продолжительность работы электростанции не окажет негативного влияния на ее техническое состояние и не вызовет необходимость ремонта, следует, прежде всего, изучить особенности основных типов этого оборудования.
Бензиновые генераторы
Конструктивно бензиновый генератор может иметь двигатель с алюминиевым или чугунным блоком цилиндров. Первые отличаются небольшим моторесурсом (несколько сотен часов). Для двигателей с чугунным блоком ресурс установки можно сравнить с характеристиками небольшого дизельного генератора, и он уже может доходить до 3-5 тысяч часов. Стоит подчеркнуть экономичность таких генераторов и невысокий уровень шума, который они воспроизводят во время работы. Чаще всего такие установки не имеют собственной системы охлаждения, что не позволяет использовать их в непрерывном режиме. Через несколько часов работы бензиновая установка нуждается в перерыве, чтобы ее мотор остыл. Также не стоит забывать и о высокой стоимости топлива, используемого установками данного типа. Но если нужен альтернативный источник энергии – недорогой, компактный и легкий, то выбор очевиден. Тем более, если генератор не планируется использовать часто и долго.
Бензиновые модели традиционно имеют небольшую мощность (2-15 кВт), компактны и экономичны, однако рассчитаны на непродолжительную работу (7-8 часов). Такие агрегаты имеют невысокую наработку на отказ (до 4000 часов) и чаще всего выступают в качестве аварийных источников питания. Бензогенераторы могут использоваться в быту, на стройплощадке, на киносъемочной площадке, на природе и т. д.
Дизельные установки
Дизельгенераторы могут оснащаться высокооборотными или низкооборотными двигателями. Чаще всего такие станции имеют собственную, предусмотренную конструкцией, жидкостную систему охлаждения. Более доступными по ценовой политике являются высокооборотные установки, но они имеют ряд недостатков, аналогичных тем, которые имеются у бензиновых генераторов. Это относительно небольшой моторесурс, и, кроме того, такие установки выделяют при работе больше шума. Да и работать без остановки такой генератор может не более двух дней. Целесообразность использования такой станции имеется, если планируется режим эксплуатации не более 600 моточасов в год. Ели же работать генератор будет в более интенсивном режиме, лучше обратить внимание на более дорогие, но надежные низкооборотные установки. Преимущество низкооборотных дизельных генераторов – в малых эксплуатационных расходах. Использование таких установок дает экономический эффект при длительной эксплуатации. Тем более что они могут работать без остановки чрезвычайно длительное время.
Дизельные генераторы выпускаются в широком спектре мощностей (12-300 кВт), имеют надежную конструкцию, относительно высокий моторесурс, безопасны в эксплуатации и могут работать в непрерывном режиме в течение более 10 часов. Эти модификации обычно используются в качестве постоянных и резервных источников электропитания. Дизельные генераторы ориентированы на применение на ответственных объектах промышленного, строительного и бытового назначения.
Более точные данные в отношении допустимой продолжительности работы без перерыва для конкретной модели может дать производитель генератора. Современные российские и зарубежные изготовители учитывают интересы пользователей и постоянно совершенствуют конструкции выпускаемых электростанций. Вместе с тем при выборе агрегата следует учитывать не только максимальную продолжительность его работы, но и другие характеристики, а также реальные условия эксплуатации и потребности пользователя.
2.1. Нормальными режимами работы генератора являются такие режимы, на которые рассчитан генератор и в которых он может длительно работать при допустимых по государственным стандартам и техническим условиям отклонениях основных параметров (напряжения и тока, частоты, коэффициента мощности, температуры и давления охлаждающей среды) от номинальных. Эти режимы указываются в заводской инструкции или паспорте генератора.
Режим работы генератора при номинальных параметрах, указанных на заводском щитке и в паспорте генератора, называется номинальным.
2.2. Для каждого значения рабочего напряжения, давления газа и температуры охлаждающей среды устанавливаются допустимые токи статора и ротора. Длительные перегрузки - увеличение этих токов сверх допустимого значения - не разрешаются.
2.3. После ввода в эксплуатацию генераторов мощностью выше 12 МВт не позднее чем через 6 мес. должны быть произведены их эксплуатационные испытания на нагревание. До проведения испытаний разрешается работа генератора при номинальных параметрах. Эксплуатационные испытания на нагрев необходимы для получения характеристик нагрева генератора, проверки соответствия его требованиям стандартов и технических условий и проводятся без дополнительного термоконтроля.
При вводе генератора в эксплуатацию после монтажа или капитального ремонта независимо от срока проведения испытаний на нагревание необходимо при первом подъеме нагрузки проверить тепловое состояние генератора и оценить исправность (и полный объем включения) устройств теплового контроля. Для турбогенераторов с водяным охлаждением обмотки статора определить неравномерность нагрева отдельных стержней обмотки в целях диагностики состояния параллельных гидравлических каналов.
2.4. По результатам испытаний на нагревание устанавливаются наибольшие допустимые в эксплуатации температуры (с округлением в большую сторону до 5 °С) обмоток статора и ротора, а также активной стали, которые имеют место при продолжительной работе генератора с номинальной нагрузкой при номинальных значениях коэффициента мощности, напряжения, температуры, давления и чистоты охлаждающей среды. Для турбогенераторов, на которых в соответствии с ГОСТ 533-85 и техническими условиями разрешается длительная работа с повышенной по сравнению с номинальной активной нагрузкой при установленных значениях коэффициента мощности и параметров охлаждения, наибольшие допустимые в эксплуатации температуры следует определить для номинального и максимального режимов. За наибольшие допустимые в эксплуатации температуры для таких машин должны приниматься максимальные из определенных для этих режимов.
Для генераторов с непосредственным охлаждением обмотки статора устанавливается также наибольшая допустимая в эксплуатации температура дистиллята или газа, выходящего из обмоток статора, причем для этих генераторов указанная температура является основным показателем нагрева обмотки статора.
Определенные выше наибольшие допустимые в эксплуатации температуры указываются в местных инструкциях. Они не должны превышать предельно допустимых значений, установленных государственными стандартами, техническими условиями и приведенных в заводских инструкциях (в соответствии с методом их измерения).
При всех длительных отклонениях от номинального режима (см. п.2.1) наибольшие температуры нагрева отдельных частей генератора не должны превышать наибольшие допустимые в эксплуатации.
2.5. Наибольшая допустимая в эксплуатации температура обмотки ротора определяется для наибольшего значения тока возбуждения, полученного при номинальных коэффициентах мощности и температуре охлаждающей среды и следующих значениях напряжения и тока статора: 0,95Uном и 1,05Iном; Uном и Iном; 1,05Uном и 0,95Iном.
Для турбогенераторов, на которых в cоответствии с ГОСТ 533-85 и техническими условиями разрешается длительная работа с повышенной по сравнению с номинальной активной нагрузкой, при установленных значениях коэффициента мощности и параметров охлаждения наибольшая допустимая в эксплуатации температура обмотки ротора должна быть определена также для наибольшего значения тока возбуждения, полученного при работе с номинальной или максимальной длительной нагрузкой при отклонении напряжения от номинального до 5 %.
Примечание. Значение тока возбуждения при указанных значениях тока и напряжения статора может быть определено опытным путем или графоаналитически.
2.6. Измерение температуры производится: обмотки статора – с помощью термометров сопротивления, заложенных между стержнями обмотки или под клином; стали статора - с помощью термометров сопротивления, заложенных на дно паза; обмотки ротора – методом сопротивления. У генераторов с непосредственным охлаждением обмоток температура газа на выходе из обмотки статора измеряется термометрами сопротивления, расположенными против мест выхода газа. У генераторов с жидкостным охлаждением температура выходящей из обмоток и сердечника жидкости измеряется ртутными термометрами и термометрами сопротивления, установленными в сливных трубопроводах.
2.7. Для генераторов предельно допустимые температуры активных и конструктивных частей, а также выходящих из обмоток охлаждающих газа и дистиллята не должны быть выше приведенных в ГОСТ 533-85, ГОСТ 5616-81 и технических условиях и указываются заводом-изготовителем в техническом описании и инструкции по эксплуатации.
2.8. Предельные значения температуры, измеряемой термометрами сопротивления, установленными для контроля за проходимостью полых проводников стержней генераторов с водяным охлаждением обмотки статора, допустимая разность температур по ним, а также температура выходящего охлаждающего газа для генераторов с непосредственным газовым охлаждением обмотки статора и для генераторов, имеющих аксиальную систему охлаждения сердечника, указываются заводом-изготовителем. Для остальных генераторов температура выходящего охлаждающего газа не нормируется.
2.9. Если наибольшие полученные по результатам испытаний на нагревание (п. 2.4) температуры при работе генератора с номинальной или максимальной длительной нагрузкой больше предельно допустимых, указанных в п. 2.7, мощность генератора должна быть соответственно ограничена до выяснения и устранения причин повышенных нагревов. Об ограничении мощности генераторов необходимо сообщать в Главтехуправление и заводу-изготовителю.
2.10. Если наибольшие допустимые в эксплуатации температуры, определенные по п. 2.4, при работе генератора с номинальными параметрами меньше предельно допустимых значений (п. 2.7) и целесообразно использование генератора с повышенной нагрузкой, то следует запросить завод-изготовитель о возможности увеличения номинальной мощности (перемаркировки) и необходимости проведения для этого специальных испытаний на нагрев с определением наибольших местных температур частей генератора по дополнительно установленному теплоконтролю, модернизации отдельных узлов и пр.
Перемаркировка турбогенераторов, роторы которых перемотаны с заменой косвенного охлаждения на непосредственное, производится после проведения специальных испытаний на нагревание.
В каждом отдельном случае перемаркировка должна производится по согласованию с заводом-изготовителем (для генераторов отечественного производства) и Главтехуправлением.
2.11. Номинальная мощность генераторов при номинальном коэффициенте мощности, а для турбогенераторов 30 МВт и более также и длительная максимальная мощность при заданном коэффициенте мощности должна сохраняться при отклонениях напряжения от номинального до ±5%.
Для всех генераторов наибольшее рабочее напряжение не должно превышать 110% номинального. При напряжении выше 105% допустимая полная мощность генератора должна быть уменьшена в соответствии с указаниями инструкции завода-изготовителя или установлена по результатам испытаний.
При напряжении на генераторе ниже 95% номинального ток статора не должен превышать 105% длительно допустимого при данных параметрах охлаждающей среды.
2.12. При снижении температуры охлаждающего воздуха или водорода по сравнению с номинальной разрешается увеличить мощность генераторов с косвенным и непосредственным газовым охлаждением.
Для турбогенераторов мощностью до 25 МВт и гидрогенераторов с длиной сердечника статора до 2 м (первая группа) увеличение мощности разрешается при снижении температуры охлаждающего газа на 20 °С, а для турбогенераторов мощностью 25 МВт и более и гидрогенераторов с длиной сердечника статора более 2 м (вторая группа) - на 10 °С.
Не разрешается при большем снижении температуры охлаждающего газа дальнейшее увеличение мощности и соответствующих ей токов статора и ротора.
Если, допустимые при снижении температуры охлаждающего газа токи ротора к статора не указаны заводом-изготовителем, то их значения устанавливаются на основании испытаний генераторов на нагревание при условии, что не должны быть превышены наибольшие допустимые в период эксплуатации температуры, определенные в соответствии с п. 2.4. При этом увеличение токов не должно быть больше чем на 15 % номинального для генераторов первой группы и на 10 % - для генераторов второй группы во всем диапазоне допустимых отклонений напряжения до 5 % номинального.
Определенные по результатам испытаний на нагрев повышенные значения токов статора и ротора должны быть согласованы с заводом-изготовителем генератора.
Увеличение токов должно производиться равномерно через каждые 5 °С снижения температуры охлаждающего газа.
Для генераторов с водяным охлаждением обмоток увеличение мощности при снижении температуры охлаждающего газа ниже номинальной (40 °С) не разрешается.
2.13. При повышении температуры охлаждающего газа сверх номинальной допустимые токи статора и ротора для всех генераторов независимо от способа их охлаждения уменьшаются по данным испытаний на нагрев до значений, при которых температуры обмоток (а для генераторов с непосредственным охлаждением и температура охлаждающей среды на выходе из обмотки) не будут превышать наибольшие допустимые в эксплуатации температуры, определенные согласно п. 2.4.
Если генератор не имеет температурных индикаторов или еще не испытан на нагревание, а в заводской инструкции не указаны допустимые нагрузки для повышенных температур охлаждающего газа, то уменьшение значения допустимого тока статора на каждый градус повышения температуры охлаждающего газа выше номинальной при работе машин с коэффициентом мощности не ниже номинального производится в соответствии с табл. 1.
Одновременно с уменьшением токов должны быть приняты меры по выяснению и устранению причин повышения температуры охлаждающего газа.
Работа генераторов при температуре входящего охлаждающего газа выше 55 °С запрещается независимо от способа охлаждения.
его отдельных элементов практически сохранила свое установившееся значение .
Напряжение генератора должно быть практически симметричным и синусои -
дальным . Это значит , что напряжение обратной последовательности не должно
1 % , а коэффициент синусоидальности — 5 % . Отклонения напряжения
статора допускается в пределах ± 5 % . При этом генератор должен длительно рабо -
тать с полной номинальной мощностью , хотя для достижения этой мощности при
95 % напряжения повышается ток статора , а при 105 % — соответственно ток рото -
ряется с точки зрения устойчивости ( вопросы устойчивости рассматриваются в
генератор будет обладать достаточным запасом устойчивости ( не менее 10 % ), то
все равно мощность его должна быть снижена , поскольку ток статора по условиям
нагрева обмотки статора не следует повышать сверх 105
Повышение напряжения сверх 105 % опасно . Иначе , вследствие насыщения
стали , в современных генераторах даже незначительный подъем напряжения вы -
ше допустимого приводит к возрастанию магнитной индукции , резкому ( в не -
сколько раз ) увеличению потоков рассеяния и появлению в ребрах корпуса гене -
ратора и в других конструктивных элементах очень больших паразитных токов ,
вызывающих дополнительный нагрев и даже оплавление этих элементов . Вслед -
ствие этого нагрузка генератора при повышении напряжения сверх 105 % должна
Некоторые типы генераторов допускают сохранение полной нагрузки при из
менении напряжения до 110 % . Однако , эта возможность должна быть обязательно
проверена специальными испытаниями на дополнительные потери в роторе и ста -
торе и на нагрев активной стали . До таких испытаний рекомендуется изменять
нагрузку генератора при отклонениях напряжения в соответствии с инструкцией
В качестве примера ниже представлена выписка из « И Н С Т Р У К Ц И И по эксплуатации
Генератор обеспечивает длительно допу стимую мощность при номинальном cos
нальной частоте при изменении напряжения статора в пределах ± 5% от U
Мощность генератора при отклонении напряжения от номинального более чем на ± 5%, но
не более ± 10% устанавливается в соответствии с табл . 3.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ повышение напряжение статора генератора выше 17,3 кВ .
Влияние изменений частоты на потери и нагрев генератора сказываются лишь
при значительных отклонениях частоты от нормы ( больше ± 2,5 % ). При пониже -
нии частоты потери в стали уменьшаются . Но одновременно с этим снижается и
частота вращения ротора , снижается эффективность вентиляции и , как следствие ,
ухудшается охлаждение водородом , что может привести к необходимости
жения мощности генератора из - за повышения нагрева . При повышении частоты
растут потери в стали , но одновременно улучшаются условия охлаждения , поэто -
му только при значительных повышениях частоты (2…3 % ) возникла бы необхо -
Так как изменения частоты , нормально допускаемые в эксплуатации , не долж -
шения нагрузки генераторов при этих отклонениях не требуется .
Значительно большее влияние на полную и активную мощность генератора
оказывают изменения коэффициента мощности – это можно видеть на диаграмме
мощностей турбогенератора ( см . рис . 6). На участке AD при понижении коэффи -
циента мощности от номинального до нуля полная мощность уменьшается , так
как для удержания режима в рамках номинальных параметров необходимо ток
возбуждения , а значит и ЭДС Е поддерживать номинальными . Поэтому конец
вектора полной мощности перемещается по окружности с центром в точке Н . Та -
ким образом , в чисто компенсаторном режиме генератор способен
При работе с повышенными коэффициентами мощности ( от номинального до
единицы ) полная мощность генератора ограничена мощностью турбины . Поэтому
способна повышать свою мощность сверх номинальной ( как это имеет место , на -
пример , для теплофикационных машин типа КО и КОО ), то в области режимов
при повышенных коэффициентах мощности генератор сможет работать при но -
прямой ОВ ) активная мощность генератора ограничивается устойчивостью его
Работа в режиме недовозбуждения практикуется в часы провала нагрузки из - за
избытков реактивных мощностей и невозможности кратковременных остановок
крупных генераторов . Такой режим осуществим только при автоматическом регу -
лировании возбуждения , эффективном при работе с опережающим током статора .
при этом условии требуется уменьшение активной нагрузки генератора для
В крупных турбогенераторах режимы с недовозбуждением ограничиваются
еще , дополнительно , нагревом крайних пакетов активной стали и конструктивных
элементов торцевых зон статора . Этот дополнительный нагрев обусловлен повы -
шенной результирующей индукцией в торцевых зонах , что объясняется слабой
магнитной связью обмоток статора и ротора в этих зонах и недостаточной ком -
потока рассеяния статора потоком ротора . Магнитная связь обеих об -
моток слабее здесь потому , что поля , образуемые лобовыми частями обмоток ста -
тора и ротора , вынуждены замыкаться большей частью по воздуху .
Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей [5] регла -
ментируют следующие допустимые диапазоны изменения основных параметров
енте мощности ( для всех турбогенераторов мощностью 30 Мвт и более и всех
турбогенераторов газотурбинных и парогазовых установок также длитель -
ная максимальная мощность при установленных значениях коэффициента
мощности и параметров охлаждения ) и номинальная мощность синхронных
компенсаторов должны сохраняться при одновременных отклонениях на -
что при работе с повышенным напряжением и пониженной частотой сумма
абсолютных значений отклонений напряжения и частоты не превышает 6%,
если в стандартах на отдельные типы машин не оговорены иные условия по
Наибольший ток ротора , полученный при работе с номинальной мощно -
стью и при отклонениях напряжения в пределах ± 5%, длительно допустим
при работе с номинальными параметрами охлаждающей среды .
В случае работы с длительной максимальной мощностью наибольший
ток ротора при отклонении напряжения до ± 5% длительно допустим только
Для всех генераторов и синхронных компенсаторов наибольшее рабочее
напряжение должно быть не выше 110% номинального . При напряжении
выше 105% допустимая полная мощность генератора и синхронного компен -
сатора должна быть установлена в соответствии с указаниями инструкций
При напряжении на генераторе или синхронном компенсаторе ниже 95%
номинального ток статора должен быть не выше 105% длительно допусти -
Кратковременные перегрузки статора и ротора по отношению к длительно до -
довольно часто при работе автоматики , форсировке возбуждения , различных ви -
дах АПВ , в асинхронных режимах и т . п ., допускаются в довольно широких преде -
При определении допустимых перегрузок учитывают систему охлаждения
машины , ее конструктивные особенности и необходимость сохранения электри -
ческих и механических свойств изоляции . Для генераторов с
охлаждением обмоток статора и ротора учитывается еще недопустимость вскипа -
ния охлаждающей воды или теплового разложения масла при повышенных нагре -
вах , сопровождающих перегрузки . Для роторной обмотки очень важно также не
превысить наибольшую разность температур между медью обмотки и сталью
бочки ротора , при которой могут возникнуть остаточные деформации стержней и
Если задаться условием сохранения равенства дополнительного превышения
температуры обмотки при разных перегрузках и принять , что выделенное в об -
мотке тепло полностью пойдет только на ее нагрев [3], то допустимая длитель -
заданной перегрузки ( обычно двойной или полуторной ) будет
k определяется как отношение тока перегрузки к току ,
длительно допустимому при фактически имеющихся температуре и давлении ох -
Так как допустимая длительность полуторной перегрузки для генераторов с
косвенным охлаждением обмотки статора и ротора по ГОСТ составляет 2 мин ., то
Для генераторов с поверхностным охлаждением одновременно с перегрузкой
по току статора допустима и необходимая при этом перегрузка по току ротора .
При форсировке возбуждения двукратная к номинальному току ротора перегрузка
У генераторов с непосредственным охлаждением потери в обмотках от тока
нии допустимых перегрузок для этих машин учитывают неравномерный подогрев
охлаждающей среды в каналах стержней , а также увеличение постоянной времени
нагрева . Кроме того , обмотки с непосредственным охлаждением более чувстви -
тельны к смещениям при их нагреве . Поэтому допустимая длительность их пере -
грузки током 1,5 номинального снижена до 30 с [3]. Для турбогенераторов ТГВ
ТВВ и ТВМ ГОСТ устанавливает длительность полуторной перегрузки одну ми -
нуту . Следовательно , для статоров турбогенераторов этих типов
Для роторов с непосредственным охлаждением установлена допустимая дли -
Для ротора турбогенератора 800 МВт установлена длительность двукратной
Меньшая перегрузочная способность генераторов с непосредственным охлаж -
дением по сравнению с генераторами с косвенным охлаждением объясняется бо -
лее высокими номинальными плотностями тока в их обмотках и неравномерно -
стью нагрева обмотки при перегрузках из - за подогрева охлаждающей среды в ка -
Перегрузка обмоток током даже при разрешенной продолжительности приво -
дит к возрастанию их температуры сверх допустимой , что вызовет ускоренное
старение изоляции . Поэтому кратковременные перегрузки генераторов и компен -
саторов допускаются только при авариях в энергосистеме . Снятие перегрузки ро -
торов с непосредственным охлаждением должно , как правило , производиться ав -
ментируют следующие допустимые перегрузки синхронных генераторов и ком -
5.1.23. Длительная перегрузка генераторов и синхронных компенсаторов
по току сверх значения , допустимого при данных температуре и давлении
В аварийных условиях генераторы и синхронные компенсаторы разреша -
ется кратковременно перегружать по токам статора и ротора
рукциям завода - изготовителя , техническим условиям и государственным
стандартам . Если в них соответствующие указания отсутствуют , при авариях
в энергосистемах допускаются кратковременные перегрузки генераторов и
синхронных компенсаторов по току статора при указанной в табл . 4 кратно -
Допустимая кратность перегрузки генераторов и синхронных компенсаторов
Непосредственное охлаждение обмотки стат ора Продолжительность пере -
Допустимая перегрузка по току возбуждения генераторов и синхронных
компенсаторов с косвенным охлаждением обмоток определяется допустимой
перегрузкой статора . Для турбогенераторов с непосредственным водородным
или водяным охлаждением обмотки ротора допустимая перегрузка по току
возбуждения должна быть определена кратностью тока , отнесенной к номи -
Допустимая кратность перегрузки турбогенераторов по току ротора
В качестве примера ниже представлена выписка из « И Н С Т Р У К Ц И И по эксплуатации
В нормальных усло ви ях эксплуатации генератора никаких перегрузок не допускается .
В аварийных услов иях ( отключение генератора , линий электропередач и т . п .) в целях пре -
дотвращения нарушения статической устойчивости системы , как исключение , допускаются
кратковременные перегру зки генератора по току статора и ротора . Допустимые перегрузки и их
Продолжительность перегрузки не более , мин . 1 4 5 6 15 60
Кратность тока по отношению к номинальному 1,5 1,3 1,25 1,2 1,15 1,1
Допустимый ток , А 14235 12337 11862 11388 10913 10439
Продолжительность допустимой перегру зки не более , мин . 0,33(20 с ) 1,0 4,0 60
Перегрузки , сверх у казанных в таблицах , не допускаются . Срабатывание форсировки на
полный цикл допускается не ранее , чем через 7 мин . после предыдущего цикла форсировки .
При у величении тока статора сверх допу стимых значений дежурный персонал должен раз -
грузить генератор путем уменьшения возбуждения . При этом необходимо следить , чтобы гене -
ратор не перешел в режим работы с недовозбуждением ( емкостной квадрант ) и напряжение на
Асинхронный режим возникает вследствие полной или частичной потери воз -
буждения генератора . Полная потеря возбуждения происходит в случаях : оши -
бочного отключения АГП , обрыва или к . з . в силовой цепи обмотки возбуждения
генератора , повреждения возбудителя или элементов схемы цепей возбуждения и
т . д . В зависимости от характера неисправности обмотка
перешедшего в асинхронный режим , может оказаться разомкнутой , замкнутой
накоротко или на резистор ( гасительный , для самосинхронизации или обмотки
Характеристики генераторов независимого возбуждения
При увеличении тока в обмотке возбуждения от нуля до максимального значения, напряжение генератора возрастает по кривой 1.
Обычно ток возбуждения увеличивают до тех пор, пока напряжение на зажимах генератора не достигнет значения (1,1…1,25) Uн. Затем ток возбуждения уменьшают до нуля, изменяют его направление на обратное и вновь увеличивают до Iв= — Iвmax.. Напряжение при этом изменяется от +Umax до -Umax по кривой 2, которая называется нисходящей ветвью. Кривая 2 проходит выше кривой I, что объясняется процессами перемагничивания магнитной цепи. Далее изменяют ток возбуждения от -Iвmaxдо +Iвmax, при этом напряжение меняется от -Umax до +Umaxпо кривой 3, так называемой восходящей ветвью характеристики холостого хода. Кривые 2 и 3 образуют петлю гистерезиса, которая определяет свойства стали магнитной цепи машины. Проведя между ними среднюю линию 4, получают так называемую расчетную характеристику холостого хода, которой пользуются на практике.
Следует отметить, что при снятии характеристики холостого хода изменять ток возбуждения нужно только в одном направлении, чтобы точки принадлежали одной ветви.
Анализ характеристики холостого хода показывает, что начальная часть кривой представляет собой практически прямую линию, так как при малых токах Iвпочти вся МДС идет на преодоление магнитного сопротивления воздушного зазора. По мере увеличения тока Iви возрастания потока Ф сталь магнитопровода насыщается и зависимость U0= f(Iв) становится нелинейной.
Точка, соответствующая напряжению Uн, лежит обычно на перегибе характеристики холостого хода. Это связано с тем, что при работе на прямолинейном участке характеристики напряжение генератора неустойчиво, а в насыщенной части кривой ограничены возможности регулирования напряжения генератора. Таким образом характеристика холостого хода имеет важное значение для оценки свойств генератора.
Рис.3 — Нагрузочные характеристики генератора независимого возбуждения
Нагрузочные характеристики. Определяют зависимости напряжения от тока возбуждения при Iа=const и n=const. Схема для снятия этих характеристик та же, что и для снятия характеристики холостого хода, но в этом случае к генератору подключена нагрузка и по цепи якоря проводит постоянный по величине ток, а напряжение генератора меньше ЭДС вследствие 2-х причин — падения напряжения в цепи якоря Ia?r и размагничивающего действия реакции якоря. Поэтому все нагрузочные характеристики расположены ниже расчетной характеристики холостого хода (рисунок 2.4). Можно считать, что характеристика холостого хода есть частный случай нагрузочной характеристики при I = 0. Обычно нагрузочную характеристику снимают при Iа = Iн.
Внешняя характеристика. Определяет зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки I, т.е. U=f(I) при n=const и Iв=const, что при независимом возбуждении равносильно условию rв=const .
Внешняя характеристика генератора снимается по схеме рис. 4.
Сначала доводят скорость генератора до номинальной частоты вращения, и возбудив генератор, нагружают его до номинальной нагрузки. При этом устанавливают такой ток возбуждения Iв=Iвн, чтобы при токе нагрузки I=Iн напряжение на генераторе было равно номинальному Uн. Затем постепенно уменьшают нагрузку до нуля и снимают показания приборов. По мере уменьшения нагрузки напряжение на генераторе будет возрастать по двум причинам — из-за уменьшения падения напряжения в цепи обмотки якоря Iа?r и уменьшения размагничивающего действия реакции якоря. При переходе к холостому ходу (I=0) напряжение возрастает на величину DUн (рис. 5), которая называется номинальным изменением напряжения генератора и определяется по формуле:
ГОСТ регламентирует величину изменения напряжения генератора (у генераторов независимого возбуждения
DUн =(5…10)% ).При коротком замыкании генератора, т.е. уменьшении сопротивления нагрузки до нуля, напряжение на его зажимах падает до нуля (U=0), а ток короткого замыкания во много раз превосходит номинальный Iкз=(6…15)Iн. Поэтому режим короткого замыкания для генераторов независимого возбуждения является очень опасным, особенно для коллектора и щеточного аппарата из-за возможности возникновения сильного искрения или кругового огня.
Регулировочная характеристика. Определяет зависимость тока возбуждения Iв от тока нагрузки I, т.е. Iв=f(I) при n=const и U=const (рис. 6).
Рис. 6 — Регулировочная характеристика генератора
Регулировочная характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки напряжение на генераторе оставалось неизменным по величине.
С увеличением нагрузки ток возбуждения необходимо увеличивать чтобы скомпенсировать увеличение падения напряжения на обмотке якоря Ia?r и размагничивающее действие реакции якоря. При переходе от холостого хода к номинальной нагрузке увеличение тока возбуждения составляет (10…15)%.
Характеристика короткого замыкания. Определяет зависимость тока цепи якоря I от тока возбуждения I=f(Iв) при U=0 и n=const Для снятия этой характеристики зажимы генератора замыкают накоротко, разгоняют генератор до номинальной частоты вращения и увеличивая ток возбуждения от нуля доводят ток якоря до Iкз=(1,25..1,5)Iн.
Рис. 7 — Характеристика короткого замыкания.
По полученным данным строят характеристику короткого замыкания (рис.7). Эта характеристика носит вспомогательный характер и при испытании генератора обычно не снимается.
Принцип работы
Хорошо усвоить принцип работы асинхронного механизма поможет предварительное ознакомление с основами функционирования генераторных машин синхронного типа. Дело в том, что синхронные и асинхронные генераторы по своему устройству и способу действия очень схожи и отличаются лишь небольшими деталями (конструкцией вращающегося ротора, в частности).
В механизмах первого класса используется ротор с размещёнными на нем постоянными магнитами. При его вращении от механического привода магнитные элементы наводят в статоре меняющееся по величине и направлению э/м поле, обеспечивающее протекание переменного тока в подключённой к его зажимам нагрузке. При этом сам ротор вращается без рассогласования с создаваемой им в катушках ЭДС (синфазно с ней).
При вращении приводного вала под воздействием внешнего механического импульса (от двигателя внутреннего сгорания, например) за счёт остаточного магнетизма статора в решётке такого ротора наводится собственная ЭДС. Вследствие этого оба поля (и подвижное, и неподвижное) начинают взаимодействовать друг с другом в динамическом режиме.
Поскольку поле в обмотках ротора наводится с задержкой относительно неподвижного статора генератора, он несколько отстаёт от наводимого в ней э/м поля (то есть вращается асинхронно).
Конструкция генератора
На данный момент производится много видов индукционных приборов, но устройство генератора создано так, что в них присутствуют одинаковые части:
- Электромагнит либо постоянный магнит, что производит магнитное поле.
- Обмотка с индуцирующейся переменной ЭДС.
Чтобы получить наибольший магнитный поток, во всех генераторах используют специальную магнитную структуру, которая состоит из двух стальных сердечников.
Обмотки, что создают магнитное поле, установлены в пазах одного из сердечников, а обмотки, индуцируемые ЭДС – в пазах другого. Один из сердечников — внутренний — взаимодействует со своей обмоткой и крутится вокруг горизонтального либо вертикального стержня. Такой стержень называется ротором. Недвижимый сердечник с обмоткой называется якорем (статором).
Советуем изучить — Как работает электрический генератор
Номинальные параметры генераторов
Завод-изготовитель предназначает генератор для определенного длительно допустимого режима работы, который называют номинальным. Этот режим работы характеризуется параметрами, которые носят название номинальных данных генератора и указываются на его табличке, а также в паспорте машины.
Номинальное напряжение генератора — это линейное (междуфазное) напряжение обмотки статора в номинальном режиме.
Номинальным током статора генератора называется то значение тока, при котором допускается длительная нормальная работа генератора при нормальных параметрах охлаждения (температура, давление и расход охлаждающего газа и жидкости) и номинальных значениях мощности и напряжения, указанных в паспорте генератора.
Номинальная полная мощность генератора определяется по следующей формуле, кВА:
Sном = √3UномIном (2)
Номинальная активная мощность генератора — это наибольшая активная мощность, для длительной работы с которой он предназначен в комплекте с турбиной.
Номинальная активная мощность генератора определяется следующим выражением:
Pном = Sномcosφном (3)
Номинальные мощности турбогенераторов должны соответствовать ряду мощностей согласно ГОСТ 533-85Е. Шкала номинальных мощностей крупных гидрогенераторов не стандартизирована.
Номинальный ток ротора — это наибольший ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности при отклонении напряжения статора в пределах ±5% номинального значения и при номинальном коэффициенте мощности.
Номинальный коэффициент мощности согласно ГОСТ принимается равным 0,8 для генераторов мощностью до 125 MBА, 0,85 для турбогенераторов мощностью до 588 MBА и гидрогенераторов до 360 MBА, 0,9 для более мощных машин. Для капсульных гидрогенераторов обычно cosφном ≈ 1.
Каждый генератор характеризуется также КПД при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности. Для современных генераторов номинальный коэффициент полезного действия колеблется в пределах 96,3-98,8%.
Читайте также: