Основи на Windows XP
1 Възбуждане на синхронни машини
Роторът на синхронната машина трябва да бъде захранван с регулируем постоянен ток. За машини с висока мощност този ток I e може да достигне няколкостотин ампера; тъй като е трудно да се управлява директно ток с такава интензивност, възбуждането се получава от устройство с няколко етапа.
1.1 Използване на възбудител
Най-често използваното устройство е генератор на постоянен ток, наречен възбудител. , монтиран на вала на синхронната машина. Котвата на машината е свързана с четките, които се трият върху захранващите пръстени на ротора на синхронната машина.
За машини със средна мощност възбудителят е монтиран в шунтиращо възбуждане и възбуждащият ток I e се регулира от възбуждащия реостат на възбудителя.
За машини с по-голяма мощност се използват две възбуждащи машини, монтирани в каскада. Основният възбудител Exp захранва ротора на синхронната машина, а собственото му възбуждане се осигурява от котвата на вторичния възбудител Exs. Токът I e се регулира от възбудителната верига Exs, чиито регулатори работят с ниска мощност.
Например алтернатор 10 kV; 245 А; 42,5 MVA има възбуждаща верига, захранвана от I e = 750 A под
V e = 120 V, т.е.номинална мощност на възбуждане от 90 kW. Основният възбудител осигурява от 750 до
1200 A при напрежение от 120 до 190 V; неговият индуктор се захранва при 120 V с интензитет 20 A. Вторичният възбудител осигурява ток от 20 до 50 A под 120 V, т.е.мощност от само 6 kW.
При големи мощности подаването на голям ток от четките и пръстените е трудно
да постигне; възможно е да се подобри възбуждащото устройство, като се използва устройството на фиг. 1:
Арматурата на машините е представена в щриховка, а индукторите в квадрат.
Вторичният възбудител Exs е трифазен алтернатор, възбуден от постоянни магнити в ротора. Основният възбудител Exp е друг трифазен алтернатор, чийто статор е индуктор. Възбуждането му се регулира от тиристорния токоизправител, поставен между Exs и Exp. Котвата на Exp доставя PD3 диоден токоизправител, интегриран с ротора на синхронната машина, откъдето идва и името въртящи се диоди. даден на този токоизправител. Това устройство избягва използването на пръстени и четки.
2 Ефективност на синхронните машини
Както при непрекъснатите машини, загубите се разбиват на:
загуби в желязото
статорът на машината е подложен на въртящото се поле, произтичащо от състава на ампер-оборотите на статора и ротора; полето във всяка точка варира с честотата f и създава загуби от хистерезис и от вихрови токове. Изчисляването на тези загуби е сложно поради потока от течове, формата на зъбите и прорезите и наличието на хармоници. Емпиричната формула p желязо = a. (F 1.5). (B max 2.2) дава доста добро приближение на тези загуби.
те се разбиват на загуби от вентилация, пропорционални на квадрата на скоростта и загуби от триене, пропорционални на скоростта.
загуби от ефект на Джоул в котвата
за трифазна машина с ток с интензитет I в линията и J на фаза тези загуби са
p js = 3.R.J² = 3.R app .I ²/2 като се използва съпротивлението R на една фаза или приложението R на съпротивлението между линейните клеми. В действителност изчислението е по-сложно, особено при машини с висока мощност; арматурните пръти с голям разрез са подложени на ефекта на кожата, който променя устойчивостта; разпределението на потока в прорезите не е равномерно, предизвиквайки едс паразити, създаващи циркулационни токове в решетките.
загуби от ефект на Джоул в индуктора
към загубите в индуктора p jr = R e .I e ², трябва да добавим загубите в регулиращите елементи;
например когато индукторът се захранва от възбудител с ефективност h ех,
тези загуби отчитат всички паразитни явления, които не знаем как да моделираме.
За работата на алтернатора ефективността е за машина с независимо възбуждане:
когато машината се възбужда от един или повече възбудители на вала, загубите от възбуждане се включват в механичната мощност.
За работата на двигателя ефективността е за независимо възбуждане:
и за машина, задвижвана от възбудители:
Що се отнася до машината с постоянен ток, можем да определим приблизителната ефективност, като изчислим електрическата мощност P = Ö 3.U.I.cos j, след като извадим механичната мощност чрез добавяне или изваждане на измеримите и изчислими загуби; тази доходност не отчита допълнителни загуби.
Изключваме директно измерване, което е невъзможно да се извърши за машини с висока мощност и което не е много точно във всички случаи. Ще направим косвено измерване, за да определим ефективността в работна точка като двигател или като генератор, с електрическите величини U, I, j и I e при скорост n.
Метод на отделна загуба
Синхронната машина се задвижва от калибриран постояннотоков двигател, т.е. чиято ефективност е известна. Извършват се три теста:
v изпитване на ротор и статор с отворена верига: мощността, подавана от постояннотоковия двигател, е равна на механичните загуби; това изпитване трябва да се извърши при скорост n.
v изпитване на генератор на празен ход: мощността, подавана от постояннотоковия двигател, е сумата от механичните загуби и загубите в ютията. За да имаме механичните загуби при работа под товар, трябва да имаме скоростта n. За да имаме загубите в работещото желязо под товар, трябва да имаме същия поток; възбудителният ток ще бъде настроен на I e, ако се използва линейният модел или за предпочитане на I ec, еквивалентен ток на метода на Потие.
v тест за късо съединение на алтернатора: emf при късо съединение е ниско, загубите в ютията са незначителни; мощността, подавана от непрекъснатия двигател, е сумата от механичните загуби и загубите от Джоулевия ефект на статора.
Тези три теста позволяват отделно да се определят механичните загуби в желязото и чрез Джоулевия ефект в котвата. Изчисляват се загуби от възбуждане.
Този метод е лесен за изпълнение, но има недостатъка при измерване на загубите при косвени тестове, т.е. при условия, различни от работа под товар.
Метод на вакуумния двигател
Машината е направена да работи като двигател без товар и с независимо възбуждане; мощността, погълната от котвата, е сумата от механичните загуби в желязото и от ефекта на Джоул. Скоростта е n, токът на възбуждане се регулира, както в предишния метод, за да се получат механичните и железни загуби при теста на натоварване; тяхната сума е равна на абсорбираната мощност минус загубите от Джоулевия ефект при натоварване.