Уравнение баланса напряжений и эдс и векторная диаграмма сг.
Уравнение баланса СГ:
Эта формула соответствует неявнополюсной конструкции СГ. Для явнополюсной конструкции ЭДС реакции якоря:
Ead-соответствующая ЭДС реакции якоря по продольной оси (совпадающей с осью полюсов).
Eaq- соответствующая ЭДС реакции якоря по поперечной оси (проходит по середине межполюсного пространства).
E0-ЭДС холостого хода, создаваемая потоком обмотки возбуждения.
Неявнополюсный СГ:
Явнополюсный СГ:
ЭДС снижения напряжения на активных сопротивлениях обмотки якоря:
На основании уравнения баланса можно построить векторную диаграмму СГ. Векторная диаграмма позволяет без проведения испытаний СГ определять величину изменения выходного напряжения , род нагрузки (cosφ) и величину отдаваемой полезной мощности СГ в сеть.
выбираем направление осей d и q. С осью d совпадает по фазе магнитный поток Фm.
соответствующие токи Iad и Iaq располагаем по соответствующим осям, по ним строится результирующий ток Ia.
ЭДС Eaq и Ead опережают по фазе соответствующие токи на 90˚. ЭДС Er в противофазе с результирующим вектором Ia. Eσ как всегда отстает от результирующего тока на 90˚.
Складывая геометрически вектора всех ЭДС в соответствии с уравнением баланса, получаем величину вектора выходного напряжения генератора Uг.
Кроме того, получаем угол φ, характеризующий род нагрузки и величину выходной мощности.
Замечания.
для построения ВД величиной Ia можно задаваться, а значения параметров СГ (ra, xa,xσ) нужно знать (определять).
данная ВД построена с графическим искажением ( величина Uг обычно 70-90 % от E0).
ВД строится как в прямом ( от E0 к Uг), так и в обратном направлении.
ВД строится в масштабе токов и напряжений.
данная ВД построена для случая активно-индуктивной нагрузки. В этом случае реакция якоря является размагничивающей.
Магнитное поле синхронных машин (см) при симметричной нагрузке.
Магнитное поле, в работающей под нагрузкой синхронной машиной (СМ), образуется током в ее обмотке возбуждения, а также симметричной системой токов в трех фазной обмотке якоря. В образовании основного магнитного поля, соответствующего первой гармонике магнитной индукции, принимает участие намагничивающая сила обмотки возбуждения с амплитудой
а
также первая гармоника намагничивающей
силы обмотки якоря с амплитудой
(8)
Если синхронная машина (СМ) имеет ненасыщенную магнитную систему, то можно принимать допущения о том, что магнитное сопротивление имеет лишь одну составляющую – сопротивление воздушного зазора. В этом случае магнитная цепь синхронной машины (СМ) можно считать линейной, и основное магнитное поле можно представить в виде суммы двух полей.
На
рисунке направление намагничивающей
силы обмотки возбуждения Ff
и потока
обмотки возбуждения Фf
совпадает с
осью полюсов d
и определяется током обмотки возбуждения
If.
ЭДС обмотки возбуждения Еf
, индуктированная
в обмотке якоря полем обмотки возбуждения,
как всегда отстает от соответствующего
потока Фf
на 90°. Намагничивающая сила якоря Fa
совпадает
по направлению с током якоря Ia
и зависит
от величины и рода нагрузки, на которую
включена синхронная машина (СМ). В
зависимости от нагрузки угол
может
быть равен от 0 до 2
(180°).
В неявнополюсной синхронной машине (СМ) разницы между продольными и поперечными осями нет, так как зазор между статором и ротором по всей окружности одинаковый. Поэтому токи и намагничивающая сила на составляющие по осям не раскладываются.
Векторная диаграмма и схема замещения для рассматриваемого случая имеют следующий вид:
Влияние нагрузки на поле якоря, а, следовательно, и на результирующее поле синхронной машины (СМ), просмотрим на примере упрощенных векторных диаграмм для различных видов нагрузки.
активная нагрузка чисто индуктивная нагрузка
чисто емкостная нагрузка