9. U и V-образные характеристики синхронного генератора.

Работа генератора с неизменным моментом. Неизменность внешнего момента на валу генератора эквивалентна неизменности его мощности Р = mUIa cos φ. При работе на сеть большой мощности U = Uс = const, следовательно, при изменении тока возбуждения остается постоянной активная составляющая тока якоря Ia cos φ = const. На векторной диаграмме (рис. 6.35, б) это условие выражается в том, что конец вектора Íа скользит по прямой АВ, перпендикулярной вектору напряжения Ú. Однако при неизменной мощности (для машины с неявновыраженными полюсами) справедливо условие

Рис. 6.36. U-образные характеристики синхронного генератора

Р = (mЕ0U/Xсн )sinθ = const. При изменении тока возбуждения остаются неизменными все величины, кроме Е0 и sin θ; следовательно, условие неизменной мощности приводит к условию Е0 sin θ = const. На диаграмме это условие выражается в том, что конец вектора É0 скользит по прямой CD, параллельной вектору напряжения Ú. Чем меньше ток возбуждения, тем меньше по модулю вектор É0, но больше угол θ. Вектор тока Iа перпендикулярен вектору падения напряжения jÍа Xсн , поэтому его можно легко построить для каждого угла θ. На рис. 6.35,б показаны положения векторов É0, Íа и jÍа Xсн для трех значений тока Iв (эти векторы имеют индексы 1,2 и 3). Минимальному значению тока Iа соответствует режим работы при cos φ = 1. Чему соответствует определенный ток возбуждения. При увеличении тока возбуждения свыше этого значения или его уменьшения ток Iа возрастает. Зависимость тока якоря от тока возбуждения, называемая U-образной характеристикой, представлена на рис. 6.36. Для каждой мощности имеется вполне определенный ток возбужде-ния, которому соответствует минимум тока якоря. Чем больше мощность, тем больше ток возбуждения, соответствующий минимальному току якоря. Штриховая кривая, проведенная через точки минимумов, соответствует режимам работы генератора с cos φ = 1.

10. Работа явнополюсного синхронного генератора под нагрузкой. Векторная диаграмма при rl-rc нагрузках.

Реакция якоря в явнополюсной машине. В этой машине воздушный зазор между статором и ротором не остается постоянным — он расширяется по направлению к краям полюсов и резко увеличивается в зоне междуполюсного пространства. Следовательно, поток якоря здесь зависит не только от значения МДС якоря Fа , но и от положения кривой распределения этой МДС Fa = f(x) относительно полюсов ротора, так как одна и та же МДС якоря в зависимости от ее пространственного положения создает различные магнитные потоки.

Так, например, при угле ψ = 0 (рис. 6.21, а), когда поток якоря направлен по поперечной оси машины (q-q), кривая распределения индукции Ва = Ваq имеет седлообразную форму, хотя МДС якоря Fa распределена синусоидально. При этом максимуму МДС Fa соответствует небольшая индукция, так как магнитное сопротивление воздушного зазора максимально. При угле ψ = 90° (рис. 6.21,б), когда поток якоря направлен по продольной оси машины, кривая распределения индукции Ва = Bad расположена симметрично относительно оси полюсов d-d. В этом случае индукция имеет большее значение, чем при ψ = 0, так как магнитное сопротивление воздушного зазора в данном месте невелико. Соответственно различные максимальные значения имеют и первые гармо-нические Bad1 и Baq1 указанных кривых (штриховые линии).

Рис. 6.22. Продольные и поперечные составляющие векторов МДС Fa и тока якоря Iа

Рис. 6.23. Векторная диаграмма потоков Фad и

Фаqи ЭДС Ead и Еаqявнополюсной машины и их

определение по характеристике холостого хода

В связи с изменением результирующего сопротивления воздушного зазора при различных режимах явнополюсной машины при анализе ее работы используют так называемый метод двух реакций. Согласно этому методу, МДС якоря Fa в общем случае представляют в виде суммы двух составляющих — продольной Fad = Fa sinψ и поперечной Faq = Fa cosψ (рис. 6.22, а), причем F→a = F→ad + F→aq . Продольная составляющая F→ad создает продольный поток якоря Фad , индуцирующий в обмотке якоря ЭДС Ead , а поперечная составляющая F→aq — поперечный поток Фaq,индуцирующий ЭДС Еaq , причем принимают, что эти потоки не оказывают влияния друг на друга. В соответствии с принятым методом ток якоря Ia создающий МДС Fa , также представляют в виде двух составляющих — продольной Iа и поперечной Iq (рис. 6.22,б).

Магнитные потоки Фad и Фaq и индуцируемые ими ЭДС Еad и Еaq (рис. 6.23, а) можно определить по кривой намагничивания машины или по спрямленной характеристике (рис. 6.23,6). Однако кривая намагничивания строится для МДС возбуждения, имеющей не синусоидальное, а прямоугольное распределение вдоль окружности якоря. Чтобы воспользоваться этой кривой или спрямленной характеристикой, МДС Fad и Faq следует привести к прямоугольной МДС возбуждения Fв, т. е. найти их эквивалентные значения F'ad и F'aq.

Установление эквивалентных значении F'ad и F'aq производят на следующем основании: МДС Fad и Faq создают в воздушном зазоре машины индукции Вad и Вaq , распределенные вдоль окружности якоря так же, как и индукции, создаваемые МДС Fa соответственно при углах ψ = 0 и ψ = 90° (см. рис. 6.21, а, б). Первые гармонические Вadl и Вaq1 кривых Bad = f(x) и Вaq = f(x) образуют магнитные потоки

Фad = Fad /Rм ad ; Фaq = Faq /Rм aq ,

где Rм ad и Rм aq — магнитные сопротивления для соответствующих потоков, учитывающие не только форму воздушного зазора, но и синусоидальность кривой распределения МДС Fad и Faq вдоль окружности якоря. МДС возбуждения может создавать такие же потоки Фad и Фaq при меньших значениях МДС F'ad и F'aq :

Фad = Fad /Rм ad = F'ad /Rм.в ;

Фaq = Faq /Rм aq = F'aq /Rм.в .

Из последних выражений можно найти коэффициенты реакции якоря kd и kq , характеризующие уменьшение эффективных значений МДС якоря:(6.8)

kd = F'ad /Fad = Rм.в /Rм ad ; kq = F'aq /Faq = Rм.в /Rм aq ,

где Rм.в — магнитное сопротивление потока возбуждения, учитывающее форму воздушного зазора по продольной оси машины и прямоугольное распределение МДС Fв вдоль окружности якоря. Коэффициенты kd и kq физически характеризуют уменьшение магнитного сопротивления для потока Фв по сравнению с потоками Фad и Фaq . Обычно kd = 0,80 ÷ 0,95; kq = 0,30 ÷ 0,65. В машине с явно выраженными полюсами ЭДС Е при работе генератора под нагрузкой можно представить как сумму трех составляющих: (6.9)

É = É0 + Éad + Éaq .

ЭДС Ead и Еaq , индуцируемые продольным Фad и поперечным Фaq потоками якоря, представляют собой по существу ЭДС самоиндукции, так как потоки Фad и Фaq создаются МДС Fad и Faq , пропорциональными токам Id и Iq . Поэтому для ненасыщенной машины можно считать, что(6.10)

Éad = -jÍd Xad ; Éaq = -jÍq Xaq ,