Меню

Все режимы работы генератора

Режимы работы генераторов

Параллельная работа генераторов. Как правило, генераторы включаются в сеть способом точной синхронизации при введенной блокировке от несинхронного включения .

При ликвидации аварий в энергосистеме турбогенераторы мощностью до 220 МВт включительно и все гидрогенераторы разрешается включать на параллельную работу способом самосинхронизации. Генераторы большей мощности разрешается включать этим способом, если Iп0/Iном

Асинхронный режим может возникнуть при несинхронном вращении одного или нескольких генераторов, появляющемся при потере возбуждения или нарушении устойчивости работы генераторов.

При потере возбуждения генератор переходит из синхронного в устойчивый асинхронный режим с постоянным скольжением и отдачей некоторой активной мощности в систему. При этом возбуждение осуществляется за счет потребления реактивной мощности из системы. В этом случае необходимо восстановить возбуждение генератора или перейти на резервное возбуждение. Согласно ПТЭ допускается такой режим для турбогенераторов с косвенным охлаждением в течение 30 мин со сниженной до 60% нагрузкой. Для других типов турбогенераторов допустимая длительность работы без возбуждения определяется заводскими инструкциями.

Для гидрогенераторов работа в асинхронном режиме без возбуждения запрещается.

Во втором случае при нарушении устойчивости параллельной работы одного или нескольких генераторов возбуждение сохраняется, но нарушается синхронизм работы, возникает переменное скольжение, машины работают то в двигательном, то в генераторном режиме. Это является тяжелой аварией и может привести к полному распаду системы. Такой режим согласно требованиям ПТЭ запрещается.

Несимметричные режимы работы генераторов могут быть вызваны обрывом или отключением одной фазы, однофазной нагрузкой (электротяга, плавильные печи и др.). При несимметричной нагрузке возникают токи обратной последовательности, которые создают дополнительный нагрев обмоток и вибрацию машин. Такой режим допускается длительно, если несимметричные нагрузки по фазам не превышают 15 – 20 % для гидрогенераторов с косвенным охлаждением, 10% для гидрогенераторов с непосредственной системой охлаждения и для турбогенераторов всех типов [1.13].

Дата добавления: 2015-10-19 ; просмотров: 4198 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Нормальные режимы работы генераторов

Нормальными режимами генератора являются такие, при которых он работает с номинальными параметрами, указанными на заводской таблице и в паспорте, или с от­клонениями, допустимыми по ГОСТ или ТУ. Работа гене­ратора точно с номинальными параметрами называется, кроме того, номинальным режимом. К основным парамет­рам генератора относятся: полная мощность, напряжение и ток статора, ток ротора, коэффициент мощности, частота, температура и давление охлаждающей среды.

Длительно допустимые значения тока статора и рото­ра генератора в зависимости от конкретных значений дав­ления газа и температуры охлаждающей среды, а также от значения рабочего напряжения на выводах статора обыч­но указываются в так называемой режимной карте генера­тора, которой пользуются при его эксплуатации.

При составлении режимных карт руководствуются сле­дующими соображениями. Длительно допустимые токи ста­тора и ротора должны быть снижены, если температура ох­лаждающей среды или давление газа отличаются от номи­нального в сторону ухудшения охлаждения. Если темпера­тура охлаждающего газа ниже номинальной, то мощность генератора разрешается повысить.

Допустимые при пониженной температуре холодного газа токи ротора и статора, если они не указаны заводом-изготовителем, устанавливаются на основании испытания на нагрев. При этом не должны быть превышены наиболь­шие допустимые в эксплуатации температуры, определен­ные при номинальном режиме. Не допускается увеличивать мощность при снижении температуры входящей в обмотку воды для генераторов с водяным охлаждением обмотки статора.

Если температура охлаждающего газа выше номиналь­ной, то допустимые токи статора и ротора уменьшаются до значений, при которых температуры обмоток не будут пре­вышать наибольших допустимых в эксплуатации. При температуре входящего газа выше 55° С работа генераторов не допускается.

Для генераторов с водяным охлаждением обмотки ста­тора снижение нагрузки в случае повышения температуры входящей в обмотку воды выше номинальной должно быть таким, чтобы температура выходящей из обмотки воды не превысила 85 °С.

Отклонение от номинального давления водорода в гене­раторе не должно быть больше ±0,02 МПа для генерато­ров с давлением 0,1 МПа и выше; ±0,01 МПа для генера­торов с давлением водорода 0,05 МПа и выше и ±0,001 МПа для генераторов с давлением водорода 0,005 МПа. Снижение водорода сверх нормы для генера­торов с давлением 0,005 МПа опасно в основном из-за воз­можности попадания воздуха в машину при сбросе нагруз­ки или при появлении утечки, а для генераторов с высоким давлением — из-за перегрева обмоток. Допустимая нагруз­ка при снижении давления водорода для этих генераторов устанавливается заводом-изготовителем или определяется испытанием на нагрев. При повышении давления сверх нормы снижается надежность системы водородного охлаж­дения. Например, из-за выпучивания при этом торцевых щитов может нарушиться работа уплотнений и появиться опасная утечка водорода, угрожающая пожаром или взры­вом.

Для предотвращения конденсации влаги на стенках га­зоохладителей температура точки росы водорода в корпусе генератора при рабочем давлении должна быть ниже, чем температура воды на входе в газоохладители, но не выше 15 °С. Последнее требование фактически определяет влагосодержание газа не более 12,8 г/м 3 . Повышение влажности водорода в генераторе при отсутствии течи воды в газоох­ладителях и применении для подпитки хорошо осушенного водорода может произойти только за счет попадания вла­ги вместе с воздухом из масла, сливающегося из уплотне­ний в сторону водорода.

Повышение влажности водорода снижает надежность и срок службы изоляции, вредно сказывается на механичес­кой прочности бандажей ротора, ограничивает снижение температуры холодного водорода в зимнее время из-за воз­можности конденсации влаги на стенках газоохладителей. Наконец, повышение влагосодержания в газе на 1 г/м 3 , увеличивая плотность газовой смеси, повышает вентиляци­онные потери в генераторе на 0,8—1 %. В настоящее время для снижения влагосодержания газа начали применять холодильные установки.

Читайте также:  Как заземлить ноль генератора

Генераторы с поверхностным водородным охлаждением могут работать на воздушном охлаждении при сниженной нагрузке. Для генераторов с непосредственным охлаждени­ем работа с нагрузкой на воздушном охлаждении недопус­тима, так как это привело бы к перегреву и повреждению обмотки. Генераторы серии ТВФ должны быть переведены на водород до включения в сеть, а генераторы серий ТВВ и ТГВ при воздушном охлаждении могут работать на XX только без возбуждения и то кратковременно. Чистота во­дорода в генераторе должна быть не ниже следующих зна­чений:

0,05 и выше в генераторах с косвенным охлаждением…………………………97
В генераторах с непосредственным охлаждением и синхрон­ных

Снижение чистоты водорода на 1 % приводит к увели­чению вентиляционных потерь на 10—11 %. Например, в генераторе ТВФ-100-2 с давлением водорода 0,3 МПа при снижении чистоты водорода только на 1 % дополнительные потери составят за год не менее 200 МВт-ч. В более мощ­ных генераторах дополнительные вентиляционные потери при снижении чистоты водорода еще больше. Кроме того, снижение чистоты водорода приводит к ухудшению охлаж­дения или образованию взрывоопасной смеси. При сниже­нии чистоты водорода ниже нормы генератор должен быть продут путем выпуска из него водорода с пониженной чис­тотой и добавлением такого же количества чистого водо­рода из ресиверов или баллонов.

Содержание кислорода в корпусе генератора не долж­но превышать 1,2 %, а в бачке продувки—2 %. Несоблюде­ние этого требования резко увеличит опасность образова­ния в генераторе взрывоопасной смеси. Поэтому, если со­держание кислорода достигает значений, близких к пре­дельно допустимым, производится продувка генератора чистым водородом, как и при снижении чистоты водорода.

Все генераторы допускают работу с номинальной мощ­ностью при изменении напряжения в пределах ±5 % номи­нального и при допустимых в эксплуатации изменениях частоты. Попутно отметим, что наибольший ток ротора в одном из трех режимов по напряжению (0,95; 1; 1,05 Uном) принимается за номинальный ток ротора.

Длительно допустимое отклонение напряжения не дол­жно превышать ±10% номинального. При отклонении напряжения свыше ±5 % номинального полная мощность генератора уменьшается согласно указанию завода-изгото­вителя или на основании испытания.

Рис. 4.2. Диаграмма мощности

Повышение напряжения свыше 105 % номинального связано с повышением тока возбуждения и магнитной ин­дукции генератора, что вызывает повышенный нагрев ста­ли статора, возрастание дополнительных потерь в роторе и конструктивных элементах статора. Чтобы не превысить нагрева обмотки ротора и стали статора сверх допустимо­го в эксплуатации, нагрузка генератора при повышении напряжения сверх 105 % должна понижаться. Умень­шение же мощности генератора при снижении напря­жения ниже 95 % номинального вызывается тем, что повы­шать ток свыше 105 % номинального недопустимо. Повышение напряжения свыше 110 % недопустимо из-за резкого усиления местных перегревов активной стали сердечника статора в результате роста при этом магнитного потока рассеивания.

Рассмотрим работу генератора с различными коэффи­циентами мощности, пользуясь диаграммой мощности (рис. 4.2). Полная мощность генератора ограничивается:

в зоне перевозбуждения при коэффициенте мощности менее номинального — нагревом обмотки ротора, так как для увеличения реактивной нагрузки необходимо увеличи­вать ток ротора. При номинальном токе ротора из-за раз­магничивающего действия реакции реактивного тока ста­тора наибольшее значение тока статора составит всего лишь около 80 % номинального;

в зоне от номинального значения коэффициента мощно­сти до значения, равного единице, — нагревом обмотки ста­тора или допустимой мощностью турбины;

в зоне недовозбуждения (коэффициент мощности менее единицы)—мощностью турбины, током статора, нагревом торцевых элементов сердечника статора.

В режиме недовозбуждения из-за подмагничивающего характера реакции тока статора заметно возрастает акси­альная составляющая магнитного поля рассеивания в зубцовой зоне торцевых пакетов сердечника (в основном в трех крайних пакетах), в результате чего резко увеличива­ются вихревые токи в листах активной стали, в нажимных плитах и пальцах, вызывающие сильный нагрев этих эле­ментов. Для обмотки статора особенно опасен нагрев ак­тивной стали в зоне под пазами и в зубцах, с которыми обмотка непосредственно соприкасается.

Уровень нагрева концевых элементов сердечника стато­ра особенно значителен в генераторах с непосредственным охлаждением, имеющих повышенные электромагнитные на­грузки. Несмотря на меры, принимаемые по снижению на­грева (выполнение разрезов в зубцах крайних пакетов, усиление охлаждения этих пакетов и т.д.), торцевые эле­менты статора этих машин нагреваются до высоких темпе­ратур не только в режимах недовозбуждения, но и при ра­боте их с отстающим током при коэффициенте мощности, близком к единице. Поэтому допустимая длительная на­грузка в режиме недовозбуждения, а также при повышении коэффициента мощности от номинального до единицы для генераторов с непосредственным охлаждением должна оп­ределяться на основании специальных испытаний или директивных материалов с учетом обеспечения устойчивости параллельной работы в сети.

Для генераторов с косвенным охлаждением разрешает­ся длительная работа при повышении коэффициента мощ­ности от номинального до единицы с сохранением номи­нального значения полной мощности.

При регулярной работе генератора в режимах недовоз-буждения должно быть обеспечено автоматическое ограни­чение минимального тока возбуждения для исключения по­тери устойчивости в случаях внезапного повышения напря­жения в сети.

Источник

Принцип работы и устройство современного автомобильного генератора

В стандартном исполнении в автомобиле существуют два источника питания – генератор и аккумулятор. Разница между ними заключается в том, что АКБ накапливает электроэнергию, а автомобильный генератор ее вырабатывает. То есть это устройство преобразует механическую энергию от двигателя в электрическую с целью дальнейшего питания всех потребителей и заряда аккумулятора.

Читайте также:  Возбуждение в современных генераторах

Функции генератора

При запуске двигателя пусковой ток на стартер подается от аккумулятора. Но сам аккумулятор не вырабатывает энергию, а только ее накапливает и потом отдает. Если использовать для питания всех потребителей только АКБ, то она быстро разрядится. Автомобильный генератор производит электроэнергию, заряжает АКБ и питает бортовую сеть автомобиля во время работы двигателя (при достижении им определенных оборотов вращения коленчатого вала).

Генератор начинает вырабатывать электрический ток начиная с частоты вращения холостого хода, однако, на оптимальный режим работы он выходит при достижении двигателем 1600-1800 об/мин и более.

Виды генераторов

Выделяют два вида автомобильных генераторов:

  • постоянного тока;
  • переменного тока.

Первый вид генераторов в настоящее время уже не используется. Такие устройства устанавливались на старых моделях автомобилей (ГАЗ-51, Победа и др.). Они имеют много недостатков, такие как:

  • малая мощность и эффективность;
  • необходимость в постоянном контроле и обслуживании;
  • небольшой срок службы.

Сейчас применяются генераторы переменного тока. Главное их отличие в том, что вне зависимости от режима работы двигателя автомобильную сеть питает постоянный ток. Это достигается благодаря полупроводниковому выпрямителю.

Устройство генератора переменного тока

Работу любого генератора можно сравнить с электродвигателем, который работает в обратном режиме, то есть не потребляет, а вырабатывает ток. По типу конструкции современные генераторы делятся на два вида: компактный и традиционный. Они имеют общее устройство, но различаются в компоновке корпуса, вентилятора, выпрямительного узла и приводного шкива. Также у современных устройств имеется три фазы.

Генератор состоит из следующих основных элементов:

  • привод со шкивом, подшипниками и валом;
  • ротор с обмоткой возбуждения и контактными кольцами;
  • статор с сердечником и обмоткой;
  • корпус, состоящий из двух крышек;
  • регулятор напряжения;
  • выпрямительный блок или диодный мост;
  • щеточный узел.

Разберем каждый элемент устройства отдельно и подробно.

Корпус

В корпусе находятся все основные элементы генератора. Он состоит из двух крышек (передняя и задняя). Крышки соединяются между собой болтами. Для изготовления крышек используют легкие сплавы алюминия, которые не намагничиваются и хорошо отводят тепло. В крышках есть вентиляционные отверстия и крепежные фланцы.

В задней крышке установлен диодный мост и щеткодержатель со щетками. Также в задней крышке расположен выводной контакт, по которому ток поступает от генератора.

Привод

Вращение от коленчатого вала передается на шкив генератора и вращает ротор. Частота вращения шкива больше частоты вращения коленвала в 2-3 раза. Крутящий момент от двигателя передается посредством ременной передачи. Могут использоваться поликлиновый и клиновый ремень в зависимости от конструкции. Поликлиновый ремень считается более универсальным и современным.

Ротор

На валу ротора находится обмотка возбуждения, которая создает магнитное поле и, по сути, представляет собой обычный электромагнит. Обмотка находится между двух полюсных половин (сердечников), необходимых для регулирования и направления магнитного поля. Каждая из половин имеет по шесть треугольных выступов, называемых клювами. Также на валу ротора расположены два медных контактных кольца. Иногда они изготавливаются из стали или латуни. Через контактные кольца на обмотку возбуждения поступает питание от аккумулятора. Контакты обмотки припаяны к кольцам.

На переднем конце вала ротора находится приводной шкив, а на другом крепится крыльчатка вентилятора. Их может быть две. Они нужны для охлаждения внутренних деталей генератора. Также на обоих концах ротора установлены необслуживаемые шариковые подшипники.

Статор

Конструктивно статор имеет форму кольца. Это основная деталь, служащая для создания переменного тока от магнитного поля ротора. Состоит из обмотки и сердечника. В свою очередь, сердечник состоит из соединённых стальных пластин, в которых образуются 36 пазов. В пазы навивается три обмотки, которые образуют трехфазное соединение. Может быть две схемы соединения обмоток: «звезда» и «треугольник». По схеме «звезда» концы каждой из трех обмоток соединены в одной точке. По схеме «треугольник» концы обмоток выводятся отдельно.

Выпрямительный блок или диодный мост

Выпрямительный блок выполняет задачу по преобразованию переменного тока генератора в постоянный, который необходим для питания бортовой сети автомобиля. Другими словами, он выдает напряжение стабильной и одинаковой величины.

Блок также называют диодным мостом, который состоит из двух радиаторных пластин (положительной и отрицательной) и диодов. На каждую фазу приходится по два диода. Сами диоды герметично вмонтированы в пластины. Диодный мост имеет форму подковы.

С обмотки статора ток поступает на диодный мост, затем «выпрямляется», и подается на выводной контакт на задней крышке.

Через диоды ток проходит только в одном направлении, при этом отсекаются токи обратной полярности. Диодный мост может находиться в корпусе генератора, а может быть вынесен за корпус. Но чаще всего он крепится на внутренней стороне задней крышки.

Регулятор напряжения

Регулятор поддерживает напряжение генератора в определенных пределах. В современных моделях применяются полупроводниковые электронные регуляторы напряжения. Они устанавливаются сверху блока щеткодержателей.

Регулятор напряжения и щеточный узел

Когда двигатель работает на больших оборотах, то напряжение на обмотке статора может доходить до 16В. Такое напряжение не должно поступать в бортовую сеть. Чтобы это исключить, регулятор напряжения, получая ток от АКБ, будет снижать его значение. Малый ток на обмотке ротора будет создавать такое же малое магнитное поле. Это значит, что на обмотке статора будет понижаться напряжение.

Читайте также:  Электронный генератор виды генераторов

Щеточный узел

Щеточный узел в современных генераторах объединен с регулятором напряжения в один неразборный механизм. Он передает ток возбуждения на медные контактные кольца ротора. Это простая конструкция, которая состоит из щеткодержателя, двух графитовых щеток и прижимающих пружин.

Принцип работы

Теперь разберем подробнее работу генератора переменного тока в автомобиле. При включении зажигания, на щеточный узел подается ток от аккумуляторной батареи. Через щеточный узел он попадает на медные контактные кольца, а затем на обмотку возбуждения ротора. Напомним, что ротор, по сути, является электромагнитом, который создает магнитное поле. Коленчатый вал через шкив и ременную передачу начинает вращать ротор. Вокруг ротора расположен статор, который от вращения начинает вырабатывать переменный ток. Когда вращение ротора достигает определенной частоты, обмотка возбуждения питается от самого генератора.

Через диодный мост переменный ток “выпрямляется” и преобразуется в постоянный, необходимый для питания бортовой сети. Так автомобильный генератор обеспечивает питание потребителей и подзаряжает аккумулятор. Регулятор напряжения изменяет работу обмотки возбуждения при возрастании частоты вращения ротора. Таким образом поддерживается стабильная нагрузка.

В салоне автомобиля на приборной панели есть контрольная лампа генератора, которая показывает состояние устройства. Например, лампа может загореться при обрыве ремня. Тогда питание сети будет идти только через аккумулятор. Продолжительность работы в этом случае будет зависеть от уровня заряда АКБ.

Параметры генератора

Работу генератора оценивают по нескольким параметрам:

  • номинальный ток и номинальное напряжение;
  • номинальная частота возбуждения;
  • частота самовозбуждения;
  • коэффициент полезного действия (КПД).

Номинальное напряжение для бортовой сети автомобиля от генератора 12В или 24В. Токоскоростная характеристика показывает зависимость силу тока от частоты вращения генератора.

Характеристика генератора

Напряжение генератора можно измерить мультиметром. При всех выключенных потребителях без нагрузки на холостом ходу мультиметр должен показывать напряжение в пределах 14,3В – 15,5В. Если напряжение после запуска двигателя свыше 14В, то это может говорить о разряде АКБ и зарядке его генератором. При поочередном включении потребителей (фары, подогрев, кондиционер и т.д.) напряжение уменьшается примерно на 0,2 после каждого включения. Но в итоге напряжение не должно снижаться ниже 12,8В. Если значение меньше, то аккумулятор начнет разряжаться. Если напряжение, наоборот, сильно высокое (14В и выше), то это может привести к выходу АКБ из строя. При этом на выходе самого аккумулятора напряжение должно быть в пределах 12,6В – 12,7В.

Напряжение генератора под нагрузкой может отличаться от номинальных значений 12В. После включения всех потребителей тока значение должно быть в пределах 13,5В – 14В. Если ниже, то это может указывать на неисправность устройства. Допустимым пределом считается 13В.

На картинке ниже показана подробная схема подключения генератора в автомобиле.

Схема подключения генератора

Мощность автогенератора

Если включить все энергоемкие приборы в автомобиле, то генератор может не справляться с нагрузкой и часть энергии будет отдавать аккумулятор.

Чтобы рассчитать мощность генератора достаточно воспользоваться простой формулой из школьного курса P = I * U, где Р – мощность, I – сила тока, U – напряжение.

Мы узнали, что напряжение на выходе генератора должно быть в районе 13,5В – 14,2В. Сила тока у разных моделей может отличаться. В среднем это от 80А до 140А. Возьмем среднее значение в 100А.

По формуле получаем 13,5В*100А = 1 350 Вт или 1,35 КВт. Это и есть мощность генератора, которая измеряется в Ваттах. Нужно также учитывать, что это максимальное значение, которое достигается при определенных оборотах двигателя, как правило, от 3000 об/мин и выше. На холостом ходе выдаваемая мощность равняется 75% от максимально возможной. Считается, что для автомобиля хватает 80А. Если применить более мощный автогенератор, то бортовая сеть может не справиться с нагрузкой. Нужно это учитывать. Большая мощность не всегда идет на пользу.

Основные неисправности

Устройство довольно надежное и должно работать продолжительное время, но некоторые компоненты могут выходить из строя по разным причинам. Неисправности могут иметь механический или электрический характер.

Механические неисправности

Главной возможной поломкой может быть обрыв приводного ремня. В этом случае вращение от коленвала на ротор не будет передаваться. Всю нагрузку на себя берет аккумулятор, который начнет разряжаться. Это покажет контрольная лампа в салоне автомобиля. Чтобы избежать обрыва ремня, нужно периодически проверять его состояние и натяжение.

Также может случиться простой износ графитовых щеток. В этом случае надо менять весь щеточный узел.

Электрические неисправности

Неполадки с электрикой в генераторе случаются нередко, и заметить их трудно. Может возникнуть замыкание в обмотках возбуждения ротора или статора, обрыв обмотки. Может выйти из строя регулятор напряжения, что чревато большими проблемами для всей электроники и АКБ. Также случается так называемый пробой диодного моста по различным причинам. Нельзя отключать генератор или АКБ во время работы двигателя. Также нужно следить за надежностью соединений, чистить клеммы и т.д.

Каждому водителю нужно знать устройство и принцип работы автомобильного генератора. Это поможет избежать многих проблем, которые могут возникнуть с устройством. Нужно регулярно следить за компонентами генератора. Проверять натяжение и состояние приводного ремня, крепление устройства, напряжение и другое. При правильной эксплуатации устройство прослужит исправно долгие годы.

Источник

Adblock
detector