સિંક્રનસ જનરેટરના સંચાલનના મોડ્સ, જનરેટરની ઓપરેટિંગ લાક્ષણિકતાઓ

સિંક્રનસ જનરેટરને દર્શાવતા મુખ્ય જથ્થાઓ છે: ટર્મિનલ વોલ્ટેજ U, ચાર્જિંગ I, સ્પષ્ટ પાવર P (kVa), રોટર રિવોલ્યુશન પ્રતિ મિનિટ n, પાવર ફેક્ટર cos φ.

સિંક્રનસ જનરેટરની સૌથી મહત્વપૂર્ણ લાક્ષણિકતાઓ નીચે મુજબ છે:

• નિષ્ક્રિય લાક્ષણિકતા,

• બાહ્ય લાક્ષણિકતા,

• નિયમનકારી લાક્ષણિકતા.

સિંક્રનસ જનરેટરની નો-લોડ લાક્ષણિકતા

જનરેટરનું ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ ઉત્તેજના પ્રવાહ iv દ્વારા બનાવેલ ચુંબકીય પ્રવાહ Ф ની તીવ્રતા અને જનરેટરના રોટરની પ્રતિ મિનિટ ક્રાંતિની સંખ્યાના પ્રમાણસર છે:

E = cnF,

જ્યાં s — પ્રમાણસરતા પરિબળ.

સિંક્રનસ જનરેટરના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળની તીવ્રતા રોટરની ક્રાંતિની સંખ્યા પર આધારિત હોવા છતાં, રોટરના પરિભ્રમણની ગતિને બદલીને તેને સમાયોજિત કરવું અશક્ય છે, કારણ કે ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળની આવર્તન સંખ્યા સાથે સંબંધિત છે. જનરેટરના રોટરની ક્રાંતિ, જે સતત રાખવી આવશ્યક છે.

તેથી, સિંક્રનસ જનરેટરના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળની તીવ્રતાને સમાયોજિત કરવાનો એકમાત્ર રસ્તો રહે છે - આ મુખ્ય ચુંબકીય પ્રવાહ F માં ફેરફાર છે. બાદમાં સામાન્ય રીતે ઉત્તેજના સર્કિટમાં રજૂ કરાયેલ રિઓસ્ટેટનો ઉપયોગ કરીને ઉત્તેજના પ્રવાહ iw ને સમાયોજિત કરીને પ્રાપ્ત થાય છે. જનરેટરનું. આ સિંક્રનસ જનરેટર સાથે સમાન શાફ્ટ પર સ્થિત ડાયરેક્ટ કરંટ જનરેટરમાંથી ઉત્તેજના કોઇલને કરંટ પૂરો પાડવામાં આવે તેવી સ્થિતિમાં, સિંક્રનસ જનરેટરના ઉત્તેજના પ્રવાહને ડાયરેક્ટ કરંટ જનરેટરના ટર્મિનલ્સ પર વોલ્ટેજ બદલીને એડજસ્ટ કરવામાં આવે છે.

ઉત્તેજના પ્રવાહ પર સિંક્રનસ જનરેટરના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ Eની અવલંબન સતત નજીવી રોટર ગતિ (n = const) પર અને શૂન્ય (1 = 0) ના સમાન ભારને જનરેટરની નિષ્ક્રિય લાક્ષણિકતા કહેવામાં આવે છે.

આકૃતિ 1 જનરેટરની નો-લોડ લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે. અહીં, વળાંકની ચડતી શાખા 1 દૂર કરવામાં આવે છે કારણ કે વર્તમાન iv શૂન્યથી ivm સુધી વધે છે, અને વળાંકની ઉતરતી શાખા 2 — જ્યારે iv ivm થી iv = 0 માં બદલાય છે.

ચોખા. 1. સિંક્રનસ જનરેટરની નિષ્ક્રિય લાક્ષણિકતા

ચડતી 1 અને ઉતરતી 2 શાખાઓ વચ્ચેના તફાવતને અવશેષ ચુંબકત્વ દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે. આ શાખાઓ દ્વારા બંધાયેલો વિસ્તાર જેટલો મોટો છે, તેટલું વધારે ચુંબકીયકરણ રિવર્સલ સિંક્રનસ જનરેટરના સ્ટીલમાં ઊર્જાનું નુકસાન.

તેના પ્રારંભિક સીધા વિભાગમાં નિષ્ક્રિય વળાંકના ઉદયની તીવ્રતા સિંક્રનસ જનરેટરના ચુંબકીય સર્કિટને દર્શાવે છે. જનરેટર એર ગેપમાં એમ્પ-ટર્ન ફ્લો રેટ જેટલો ઓછો હશે, અન્ય પરિસ્થિતિઓમાં જનરેટર નિષ્ક્રિય લાક્ષણિકતા વધુ હશે.

જનરેટરની બાહ્ય લાક્ષણિકતાઓ

લોડ થયેલ સિંક્રનસ જનરેટરનું ટર્મિનલ વોલ્ટેજ જનરેટરના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ E, તેના સ્ટેટર વિન્ડિંગના સક્રિય પ્રતિકારમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ, ડિસીપેશન સેલ્ફ-ઇન્ડક્શન ઇલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ Es ને કારણે વોલ્ટેજ ડ્રોપ અને વોલ્ટેજ ડ્રોપ પર આધારિત છે. આર્મેચર પ્રતિક્રિયા.

તે જાણીતું છે કે ડિસીપેટિવ ઇલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ Es ડિસિપેટિવ મેગ્નેટિક ફ્લક્સ Fc પર આધાર રાખે છે, જે જનરેટર રોટરના ચુંબકીય ધ્રુવોમાં પ્રવેશતું નથી અને તેથી જનરેટરના ચુંબકીયકરણની ડિગ્રીમાં ફેરફાર થતો નથી. જનરેટરનું વિઘટનશીલ સ્વ-ઇન્ડક્શન ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ Es પ્રમાણમાં નાનું છે અને તેથી તેની વ્યવહારીક અવગણના કરી શકાય છે. તદનુસાર, જનરેટરના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળનો તે ભાગ જે ડિસીપેટિવ સ્વ-ઇન્ડક્શન ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ Es માટે વળતર આપે છે તે વ્યવહારીક રીતે શૂન્યની બરાબર ગણી શકાય. .

આર્મચર પ્રતિભાવ સિંક્રનસ જનરેટરના સંચાલનના મોડ પર અને ખાસ કરીને, તેના ટર્મિનલ્સ પરના વોલ્ટેજ પર વધુ નોંધપાત્ર અસર કરે છે. આ પ્રભાવની ડિગ્રી માત્ર જનરેટરના લોડના કદ પર જ નહીં, પણ લોડની પ્રકૃતિ પર પણ આધારિત છે.

ચાલો સૌ પ્રથમ સિંક્રનસ જનરેટરની આર્મચર પ્રતિક્રિયાની અસરને ધ્યાનમાં લઈએ જ્યાં જનરેટર લોડ સંપૂર્ણપણે સક્રિય હોય. આ હેતુ માટે આપણે ફિગમાં બતાવેલ વર્કિંગ સિંક્રનસ જનરેટરના સર્કિટનો ભાગ લઈએ છીએ. 2, એ. આર્મેચર વિન્ડિંગ પર એક સક્રિય વાયર સાથે સ્ટેટરનો એક ભાગ અને તેના કેટલાક ચુંબકીય ધ્રુવો સાથે રોટરનો એક ભાગ અહીં બતાવવામાં આવ્યો છે.

ચોખા. 2. લોડ હેઠળ આર્મેચર પ્રતિક્રિયાનો પ્રભાવ: a — સક્રિય, b — પ્રેરક, c — કેપેસિટીવ પ્રકૃતિ

પ્રશ્નની ક્ષણે, રોટર સાથે ઘડિયાળની વિરુદ્ધ દિશામાં ફરતા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટમાંથી એકનો ઉત્તર ધ્રુવ સ્ટેટર વિન્ડિંગના સક્રિય વાયરની નીચેથી પસાર થાય છે.

આ વાયરમાં પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ ડ્રોઇંગના પ્લેન પાછળ અમારી તરફ નિર્દેશિત થાય છે. અને જનરેટર લોડ સંપૂર્ણપણે સક્રિય હોવાથી, આર્મેચર વિન્ડિંગ વર્તમાન Iz ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ સાથે તબક્કામાં છે. તેથી, સ્ટેટર વિન્ડિંગના સક્રિય વાહકમાં, ડ્રોઇંગના પ્લેનને કારણે પ્રવાહ આપણી તરફ વહે છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટ દ્વારા બનાવેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર રેખાઓ અહીં નક્કર રેખાઓમાં બતાવવામાં આવી છે, અને આર્મેચર વિન્ડિંગ વાયર વર્તમાન દ્વારા બનાવેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર રેખાઓ અહીં બતાવવામાં આવી છે. - એક ડોટેડ લાઇન.

ફિગ માં નીચે. 2, a ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટના ઉત્તર ધ્રુવની ઉપર સ્થિત પરિણામી ચુંબકીય ક્ષેત્રના ચુંબકીય ઇન્ડક્શનનો વેક્ટર ડાયાગ્રામ બતાવે છે. અહીં આપણે જોઈએ છીએ કે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટ દ્વારા બનાવેલ મુખ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રનું ચુંબકીય ઇન્ડક્શન V રેડિયલ દિશા ધરાવે છે, અને આર્મેચર વિન્ડિંગ પ્રવાહના ચુંબકીય ક્ષેત્રના ચુંબકીય ઇન્ડક્શન VI ને જમણી તરફ નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે અને વેક્ટર V પર લંબ છે.

પરિણામી ચુંબકીય ઇન્ડક્શન કટ ઉપર અને જમણી તરફ નિર્દેશિત થાય છે. આનો અર્થ એ છે કે ચુંબકીય ક્ષેત્રોના ઉમેરાને પરિણામે અંતર્ગત ચુંબકીય ક્ષેત્રની કેટલીક વિકૃતિ આવી છે. ઉત્તર ધ્રુવની ડાબી બાજુએ તે કંઈક અંશે નબળું પડ્યું, અને જમણી બાજુએ તે થોડું વધ્યું.

તે જોવાનું સરળ છે કે પરિણામી ચુંબકીય ઇન્ડક્શન વેક્ટરનું રેડિયલ ઘટક, જેના પર જનરેટરના પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળની તીવ્રતા આવશ્યકપણે આધાર રાખે છે, બદલાયું નથી. તેથી, જનરેટરના સંપૂર્ણ સક્રિય લોડ હેઠળ આર્મેચર પ્રતિક્રિયા જનરેટરના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળની તીવ્રતાને અસર કરતી નથી.આનો અર્થ એ છે કે જો આપણે લિકેજ સેલ્ફ-ઇન્ડક્શન ઇલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સની અવગણના કરીએ તો સંપૂર્ણ રીતે સક્રિય લોડ સાથે જનરેટર પર વોલ્ટેજ ડ્રોપ ફક્ત જનરેટરના સક્રિય પ્રતિકારમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપને કારણે છે.

ચાલો હવે ધારીએ કે સિંક્રનસ જનરેટર પરનો ભાર સંપૂર્ણપણે ઇન્ડક્ટિવ છે. આ કિસ્સામાં, વર્તમાન Az એ ઇલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ E થી π / 2 ના ખૂણાથી પાછળ રહે છે... આનો અર્થ એ છે કે મહત્તમ ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ કરતાં વાહકમાં મહત્તમ પ્રવાહ થોડો પાછળથી દેખાય છે. તેથી, જ્યારે આર્મેચર વિન્ડિંગ વાયરમાં વર્તમાન તેના મહત્તમ મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે, ત્યારે ઉત્તર ધ્રુવ N હવે આ વાયર હેઠળ રહેશે નહીં, પરંતુ રોટરના પરિભ્રમણની દિશામાં થોડું આગળ વધશે, જેમ કે ફિગમાં બતાવ્યા પ્રમાણે. 2, બી.

આ કિસ્સામાં, આર્મેચર વિન્ડિંગના ચુંબકીય પ્રવાહની ચુંબકીય રેખાઓ (ડોટેડ રેખાઓ) બે નજીકના વિરોધી ધ્રુવો N અને S દ્વારા બંધ થાય છે અને ચુંબકીય ધ્રુવો દ્વારા બનાવેલ જનરેટરના મુખ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રની ચુંબકીય રેખાઓ તરફ નિર્દેશિત થાય છે. આ એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે મુખ્ય ચુંબકીય માર્ગ માત્ર વિકૃત નથી, પણ થોડો નબળો પણ બને છે.

અંજીરમાં. 2.6 ચુંબકીય ઇન્ડક્શનનો વેક્ટર ડાયાગ્રામ બતાવે છે: મુખ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર B, આર્મેચર પ્રતિક્રિયા Vi ને કારણે ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને પરિણામી ચુંબકીય ક્ષેત્ર Vres.

અહીં આપણે જોઈએ છીએ કે પરિણામી ચુંબકીય ક્ષેત્રના ચુંબકીય ઇન્ડક્શનનો રેડિયલ ઘટક ΔV મૂલ્ય દ્વારા મુખ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રના ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B કરતા નાનો બન્યો છે. તેથી, પ્રેરિત ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ પણ ઘટે છે કારણ કે તે ચુંબકીય ઇન્ડક્શનના રેડિયલ ઘટકને કારણે છે.આનો અર્થ એ છે કે જનરેટર ટર્મિનલ્સ પરનો વોલ્ટેજ, અન્ય વસ્તુઓ સમાન હોવાને કારણે, સંપૂર્ણ સક્રિય જનરેટર લોડ પરના વોલ્ટેજ કરતાં ઓછું હશે.

જો જનરેટર પાસે સંપૂર્ણ કેપેસિટીવ લોડ હોય, તો તેમાંનો પ્રવાહ π/2ના ખૂણાથી ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળના તબક્કા તરફ દોરી જાય છે... જનરેટરના આર્મેચર વિન્ડિંગના વાયરમાંનો પ્રવાહ હવે ઇલેક્ટ્રોમોટિવ કરતાં મહત્તમ વહેલા સુધી પહોંચે છે. બળ E. તેથી, જ્યારે એન્કર (ફિગ. 2, c) ના વિન્ડિંગના વાયરમાં પ્રવાહ તેના મહત્તમ મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે, ત્યારે N નો ઉત્તર ધ્રુવ હજી પણ આ વાયરને સમાવી શકશે નહીં.

આ કિસ્સામાં, આર્મેચર વિન્ડિંગના ચુંબકીય પ્રવાહની ચુંબકીય રેખાઓ (ડોટેડ રેખાઓ) બે નજીકના વિરોધી ધ્રુવો N અને S દ્વારા બંધ કરવામાં આવે છે અને જનરેટરના મુખ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રની ચુંબકીય રેખાઓ સાથે માર્ગ પર નિર્દેશિત થાય છે. આ એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે જનરેટરનું મુખ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર માત્ર વિકૃત નથી, પણ કંઈક અંશે વિસ્તૃત પણ છે.

અંજીરમાં. 2, c ચુંબકીય ઇન્ડક્શનનું વેક્ટર ડાયાગ્રામ બતાવે છે: મુખ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર V, આર્મચર પ્રતિક્રિયા Vya ને કારણે ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને પરિણામી ચુંબકીય ક્ષેત્ર Bres. આપણે જોઈએ છીએ કે પરિણામી ચુંબકીય ક્ષેત્રના ચુંબકીય ઇન્ડક્શનનો રેડિયલ ઘટક ΔB ની રકમ દ્વારા મુખ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રના ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B કરતા વધારે બન્યો છે. તેથી, જનરેટરનું ઇન્ડક્ટિવ ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ પણ વધ્યું છે, જેનો અર્થ છે કે જનરેટર ટર્મિનલ્સ પરનો વોલ્ટેજ, અન્ય તમામ સ્થિતિઓ સમાન હોવાને કારણે, શુદ્ધ ઇન્ડક્ટિવ જનરેટર લોડ પરના વોલ્ટેજ કરતાં વધુ બનશે.

વિવિધ પ્રકૃતિના લોડ માટે સિંક્રનસ જનરેટરના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ પર આર્મેચર પ્રતિક્રિયાના પ્રભાવને સ્થાપિત કર્યા પછી, અમે જનરેટરની બાહ્ય લાક્ષણિકતાઓને સ્પષ્ટ કરવા આગળ વધીએ છીએ.સિંક્રનસ જનરેટરની બાહ્ય લાક્ષણિકતા એ છે કે તેના ટર્મિનલ્સ પર વોલ્ટેજ U ની અવલંબન I પર સતત રોટર ગતિ (n = const), સતત ઉત્તેજના પ્રવાહ (iv = const) અને પાવર ફેક્ટર (cos φ =) ની સ્થિરતા. const).

અંજીરમાં. 3 વિવિધ પ્રકૃતિના લોડ માટે સિંક્રનસ જનરેટરની બાહ્ય લાક્ષણિકતાઓ આપવામાં આવી છે. વળાંક 1 સક્રિય ભાર હેઠળ બાહ્ય લાક્ષણિકતાને વ્યક્ત કરે છે (cos φ = 1.0). આ કિસ્સામાં, જનરેટર ટર્મિનલ વોલ્ટેજ ઘટે છે જ્યારે લોડ નિષ્ક્રિયથી રેટેડમાં 10 - 20% નો-લોડ જનરેટર વોલ્ટેજની અંદર બદલાય છે.

વળાંક 2 પ્રતિરોધક-ઇન્ડક્ટિવ લોડ (cos φ = 0, આઠ) સાથે બાહ્ય લાક્ષણિકતાને વ્યક્ત કરે છે. આ કિસ્સામાં, આર્મેચર પ્રતિક્રિયાની ડિમેગ્નેટાઇઝિંગ અસરને કારણે જનરેટર ટર્મિનલ્સ પરનો વોલ્ટેજ ઝડપથી ઘટે છે. જ્યારે જનરેટર લોડ નો-લોડથી રેટેડમાં બદલાય છે, ત્યારે વોલ્ટેજ 20 - 30% નો-લોડ વોલ્ટેજની અંદર ઘટી જાય છે.

વળાંક 3 સક્રિય-કેપેસિટીવ લોડ (cos φ = 0.8) પર સિંક્રનસ જનરેટરની બાહ્ય લાક્ષણિકતાને વ્યક્ત કરે છે. આ કિસ્સામાં, આર્મેચર પ્રતિક્રિયાની ચુંબકીય ક્રિયાને કારણે જનરેટર ટર્મિનલ વોલ્ટેજ કંઈક અંશે વધે છે.

ચોખા. 3. વિવિધ લોડ માટે અલ્ટરનેટરની બાહ્ય લાક્ષણિકતાઓ: 1 — સક્રિય, 2 — પ્રેરક, 3 કેપેસિટીવ

સિંક્રનસ જનરેટરની નિયંત્રણ લાક્ષણિકતા

સિંક્રનસ જનરેટરની નિયંત્રણ લાક્ષણિકતા જનરેટરના ટર્મિનલ્સ (U = const) પર વોલ્ટેજના સતત અસરકારક મૂલ્ય સાથે લોડ I પર જનરેટરમાં જનરેટરમાં ફિલ્ડ કરંટ i ની અવલંબનને વ્યક્ત કરે છે, રોટરની ક્રાંતિની સતત સંખ્યા. જનરેટર પ્રતિ મિનિટ (n = const) અને પાવરના પરિબળની સ્થિરતા (cos φ = const).

અંજીરમાં.4 સિંક્રનસ જનરેટરની ત્રણ નિયંત્રણ લાક્ષણિકતાઓ આપવામાં આવી છે. વળાંક 1 એ સક્રિય લોડ કેસનો સંદર્ભ આપે છે (કારણ કે φ = 1).

ચોખા. 4. વિવિધ લોડ માટે વૈકલ્પિક નિયંત્રણ લાક્ષણિકતાઓ: 1 — સક્રિય, 2 — પ્રેરક, 3 — કેપેસિટીવ

અહીં આપણે જોઈએ છીએ કે જેમ જેમ જનરેટર પરનો ભાર I વધે છે તેમ તેમ ઉત્તેજના પ્રવાહ વધે છે. આ સમજી શકાય તેવું છે, કારણ કે લોડ I માં વધારા સાથે, જનરેટરના આર્મેચર વિન્ડિંગના સક્રિય પ્રતિકારમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ વધે છે, અને ઉત્તેજના પ્રવાહને વધારીને જનરેટરના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ Eને વધારવું જરૂરી છે iv. વોલ્ટેજ સતત U રાખો.

વળાંક 2 એ cos φ = 0.8 પર સક્રિય-ઇન્ડક્ટિવ લોડના કેસનો સંદર્ભ આપે છે... આ વળાંક 1 કરતાં વધુ ઝડપથી વધે છે, આર્મેચર પ્રતિક્રિયાના ડિમેગ્નેટાઇઝેશનને કારણે, જે ઇલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ E ની તીવ્રતા ઘટાડે છે અને તેથી જનરેટરના ટર્મિનલ્સ પર વોલ્ટેજ U.

વળાંક 3 એ cos φ = 0.8 પર સક્રિય-કેપેસિટીવ લોડના કેસનો સંદર્ભ આપે છે. આ વળાંક બતાવે છે કે જેમ જેમ જનરેટર પરનો ભાર વધે છે તેમ, તેના સમગ્ર ટર્મિનલ્સમાં સતત વોલ્ટેજ જાળવવા માટે જનરેટરમાં ઓછો ઉત્તેજના પ્રવાહ i જરૂરી છે. આ સમજી શકાય તેવું છે, કારણ કે આ કિસ્સામાં આર્મેચર પ્રતિક્રિયા મુખ્ય ચુંબકીય પ્રવાહને વધારે છે અને તેથી જનરેટરના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ અને તેના ટર્મિનલ્સ પરના વોલ્ટેજમાં વધારો કરવામાં ફાળો આપે છે.