1.4.3. Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия (КПД) синхронного генератора

, (1.23)

где Р – полезная мощность(Вт); - сумма всех потерь(Вт).

Все потери, возникающие в синхронной машине можно разделить на две группы: основные и добавочные.

К основным относятся потери в меди статорной обмотки и в меди обмотки возбуждения, потери в активной стали статора, потери на трение в подшипниках и вентиляционные потери.

К добавочным относятся потери, которые возникают в результате неосновных, вторичных процессов в машине: потери от магнитных полей рассеяния, от высших гармонических МДС и высших гармонических тока, вследствие несимметричных режимов фаз, за счет явления вытеснения токов к поверхности проводников. Эти потери трудно поддаются расчету, их доля в общих потерях невелика, ее можно принять равной 0,5% номинальной мощности. При неноминальных, несимметричных, несинусоидальных режимах их необходимо рассчитывать, так как их доля может вырасти до опасных для нагрева машины значений.

Формулу КПД можно записать в другом, более привычном виде:

, (1.24)

где P₁ =Р₂ + – это механическая мощность, передаваемая по валу от турбины (дизеля) генератору; P₂ =P - электрическая мощность на выходе генератора.

1.4.4. Переходные и сверхпереходные сопротивления

Переходные и сверхпереходные реактивные сопротивления относятся к параметрам машины, которые используются только в расчетах и анализах переходных режимов, связанных с резкими изменениями тока обмотки статора. К таким режимам относятся короткие замыкания и внезапные набросы или отключения нагрузки. Во всех этих случаях ток статора резко изменяется по величине.

В обычном установившемся режиме между роторными и статорными обмотками индуктивная связь отсутствует, так как поле статора (поле реакции якоря), вращаясь синхронно с ротором, не индуктирует в обмотке ротора никакой ЭДС. Если обмотку ротора представить как вторичную обмотку трансформатора, в котором обмотка статора играет роль первичной обмотки, то такой трансформатор оказывается в режиме холостого хода при разомкнутой вторичной обмотке. Индуктивное сопротивление обмотки статора х_d оказывается большим.

При резком изменении тока статора по величине в обмотке ротора будет наводиться ЭДС, которую называют трансформаторной ЭДС.

Под действием этой ЭДС в обмотке возбуждения появляется так называемый свободный ток, который воздействует на поле статора, ограничивая его изменение. Это равнозначно тому, как если бы вторичную обмотку трансформатора замкнули накоротко. Эквивалентное сопротивление статорной обмотки (на время электромагнитного переходного процесса в статорной цепи) резко падает. Такое сопротивление называют переходным:

х'_d < х_d. При наличии на роторе демпферной обмотки это падение еще более значительно. Такое сопротивление называют сверхпроходным: х''_d < х'_d. Проявление этих явлений длится малое время, характеризуемое соответствующими постоянными времени: Т'_d – постоянная времени изменения сопротивления х'_d на сопротивление х_d и Т'_d – постоянная времени изменения сопротивления х''_d на сопротивление х'_d.

Итак, в начальный момент внезапного изменения режима генератор имеет весьма малое внутреннее сопротивление что определяет большие токи, например, при внезапном коротком замыкании (КЗ). Этот ток быстро спадает, так как сопротивление последовательно переходит в направлении от к и затем (более медленно, так как Т'_d > Т''_d) к сопротивлению . Однако опасным является именно начальный момент, когда образуются при КЗ так называемые ударные токи.

Сопротивления х_d, х'_d и х''_d могут быть рассчитаны на этапе проектирования. Эти параметры после испытаний выполненной машины заносятся в ее паспортные данные в относительных единицах. За базисную величину сопротивления принимают значение

. (1.25)

Величины, которые заносят в паспорт машины, выражены в относительных единицах, например:

. (1.26)

Переходное сопротивление зависит главным образом от так называемых сопротивлений рассеяния статора и ротора .

Индуктивное сопротивление можно представить в виде [2, 3,4]: , (1.27)

где: - высота паза; D – диаметр расточки статор; - длина пакета (сердечника) железа статора; р – число пар полюсов; k₁, k₂ – коэффициенты, определяемые системой единиц и обмоточными данными.

Таким образом, и переходные сопротивления оказываются зависимыми от удельных нагрузок А и В_δ и конструктивных параметров машины.