Тема 5.5. Параметры обмоток генератора. Векторные диаграммы.

I. Расчёт обмотки возбуждения.

Для определённой ранее величины площади сечения обмотки возбуждения определяем диаметр голого провода обмотки возбуждения:

.

Выбираем обмоточный провод марки ПЭТВ, ПЭТВ-2 и его параметры.

Уточняем число витков обмотки возбуждения:

, .

Максимально возможная величина намагничивающей силы обмотки возбуждения:

Плотность тока в обмотке возбуждения:

, [А/м²].

II. Параметры обмотки статора.

1) Активное сопротивление фазы обмотки статора:

, [Ом].

2) Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

, [Ом],

- частота ЭДС, соответствующая частоте вращения ротора;

- суммарный коэффициент удельной магнитной

проводимости рассеяния фазы обмотки статора;

- коэффициент удельной магнитной проводимости пазового

рассеяния, определяется для различных форм пазов статора

(см. Фесенко «ТКР АТЭО» с. 129-130, А-119 с. 23-26);

- коэффициент удельной магнитной проводимости лобового

рассеяния; для трёхфазной двухслойной обмотки:

; - величина относительного шага

обмотки, для

;

- коэффициент удельной магнитной проводимости рассеяния

высших гармонических составляющих ЭДС:

, где

;

;

- определяется по табл. 3, А-119, с.25;

- определяется по рис. 13 а, б, в, А-119, с.27.

3) Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси:

Ток, протекающий по обмотке статора, создаёт магнитодвижущую силу (МДС) или намагничивающую (НС) обмотки статора (якоря), которая воздействует на МДС ОВ – реакция якоря.

Влияние реакции якоря на работу синхронной машины зависит от значения и характера нагрузки.

Синхронные генераторы работают на смешанную нагрузку, активную, индуктивную, емкостную и их сочетания.

Рассмотрим случаи работы генератора при нагрузках предельного характера (активная, индуктивная, емкостная).

Общие правила: вектор ЭДС , индуцируемый магнитным потоком в обмотке возбуждения статора отстаёт по фазе от вектора магнитного потока, а следовательно и вектора МДС на 90º. Вектор тока в обмотке статора может занимать по отношению к вектору различные положения, определяемые углом в зависимости от вида нагрузки:

а) активная нагрузка .

Так как ток при активной нагрузке совпадет по фазе с ЭДС, то при указанном положении ротора и максимальны.

Такое положение (воздействие) на вызывает искажение результирующего поля машины: МП машины ослабляется под набегающим краем полюса и усиливается под сбегающим краем. Таким образом, результирующий магнитный поток ослабляется, т.е. магнитная система размагничивается, что ведёт к уменьшению ЭДС (к её несинусоидальности).

б) Индуктивная нагрузка .

Так как при чистой индуктивной нагрузке статора отстаёт по фазе от на 90º, то они достигнут своего максимального значения лишь после поворота ротора вперёд на 90º относительно его положения, соответствующего максимальному значению ЭДС . При этом МДС действует вдоль оси полюсов ротора встречно МДС возбуждения , т.е. ослабляет поле машины.

Реакция якоря в синхронном генераторе при чистой индуктивной нагрузке оказывает продольно-размагничивающее действие, при этом магнитное поле не искажается:

в) емкостная нагрузка

Так как опережает по фазе ЭДС на 90º, то своего наибольшего значения достигнет раньше, чем ЭДС. МДС действует по оси полюсов теперь уже согласно с . При чистой емкостной нагрузке реакция якоря оказывает продольно-намагничивающее действие. Таким образом, магнитное поле возбуждения усиливается. Картина магнитного поля не искажается.

г) смешанная нагрузка

Ток статора сдвинут по фазе относительно Е₀ на угол , значение которого находятся в пределах .

- продольная составляющая МДС статора;

- поперечная составляющая МДС статора;

- активная составляющая тока нагрузки;

- реактивная составляющая тока нагрузки.

д) магнитное поле статора по продольной оси:

F_ad – основная гармоника магнитного потока;

Ф_ad – основная гармоника МДС;

Ф_dd1 – первая гармоника.

Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси:

,

где - коэффициент формы поля реакции якоря по продольной оси.

,

где - коэффициент полюсного перекрытия.

Основные соотношения:

;

;

- падение напряжения на индуктивное сопротивление реакции

якоря по продольной оси;

- первая гармоника индукции поля реакции якоря по

продольной оси;

;

- первая гармоника поля возбуждения,

где

,

.

4) Индуктивное сопротивление реакции якоря по поперечной оси:

;

;

.

5) Синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям:

;

.

6) Уравнение напряжений синхронного генератора при симметричной нагрузке для каждой фазы обмотки статора:

- действующее значение напряжения фазы;

E_S – ЭДС рассеяния обмотки статора;

I₁ – действующее значение тока фазы обмотки статора;

X_ad и X_aq – индуктивные сопротивления реакции якоря по продольной и

поперечной осям;

X_S – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора;

I_1d и I_1q – продольная и поперечная составляющие тока обмотки якоря.

7) Векторная диаграмма ЭДС синхронного генератора при симметричной активно-индуктивной нагрузке (диаграмма Блонделя).