Возбуждение синхронных машин

Функции системы возбуждения: питание обмотки возбуждения постоянным током, регулирование тока возбуждения и напряжения на якоре генератора или реактивной мощности, автоматическая форсировка возбуждения АФВ при удаленных коротких замыканиях и снижении напряжения на зажимах генератора, автоматическое гашение поля АГП при внутренних коротких замыканиях.

Схемы возбуждения:

Рис. 3.6.Схема возбуждения синхронного генератора с возбудителем

постоянного тока (приводной двигатель не показан)

Рис.3.7. Схема бесконтактного возбуждения синхронного

генератора с вращающимся выпрямителем

Рис. 3.8. Схема возбуждения синхронного генератора от независимого

источника постоянного тока - тиристорного возбудителя

Рис.3.9. Схема самовозбуждения синхронного генератора

Рис.3.10. Схема возбуждения синхронного генератора с компаундированием со стабилизацией напряжения, с обратными связями по току и напряжению генератора

Лекция 3.2. Электромагнитные процессы при холостом ходе и нагрузке. Реакция якоря

Магнитное поле (магнитный поток возбуждения ) синхронной машины при холостом ходе создается индуктором (обмоткой возбуждения) и проходит по магнитной цепи: полюсный сердечник, полюсный наконечник ротора (индуктора), воздушный зазор между статором и ротором, зубцовая зона статора, спинка (ярмо) статора, зубцовая зона статора, воздушный зазор, полюсный наконечник ротора, полюсный сердечник.

Рис.3.11. Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе и нагрузке

Воздушный зазор синхронной машины вдоль окружности якоря - неравномерен, и магнитное сопротивление прохождению магнитного потока различно на различных участках магнитной цепи (продольная и поперечная оси машины). Поэтому индукция в зазоре распределяется несинусоидально. При расчете машины важно выделить действие основной гармоники кривой магнитного поля. Отношение амплитуды основной гармоники индукции от поля возбуждения к максимальному значению несинусоидальной кривой – это коэффициент формы поля возбуждения

.

Его величина зависит от: , , . При

При неявнополюсном роторе близкая к синусоидальной форма кривой индукции достигается выбором соотношений длин обмотанной и необмотанной частей ротора. Коэффициент формы поля возбуждения

.

При

При нагрузке машины трехфазная система токов статора (якоря) создает вращающееся магнитное поле реакции якоря (магнитный поток реакции якоря ), которое вращается синхронно с ротором, взаимодействует с полем возбуждения и создает единое магнитное поле машины. Характер взаимодействия полей зависит от характера нагрузки.

При чисто активной нагрузке ЭДС и ток якоря совпадают по фазе, ЭДС и ток имеют максимальное значение в витках под серединой полюса, а МДС поля реакции якоря направлена по поперечной оси машины и является поперечной по отношению к МДС поля возбуждения.

Рис.3.12. Поперечная реакция якоря при активной нагрузке генератора

Рис.3.13. Продольная размагничиваю-щая реакция якоря при индуктивной нагрузке генератора

При индуктивной нагрузке ток отстает от ЭДС на 90 град во времени, а МДС и магнитный поток поля реакции якоря отстает от МДС и магнитного потока поля возбуждения на 180 град в пространстве и направлена вдоль продольной оси машины в направлении, противоположном МДС поля возбуждения, т.е. размагничивает машину. Реакция якоря характеризуется как продольно - размагничивающая.

При емкостной нагрузке ток якоря опережает ЭДС на 90 град во времени, а МДС и поток поля реакции якоря совпадает с МДС и потоком поля возбуждения в пространстве и направлена вдоль продольной оси машины в том же направлении, что и МДС поля возбуждения, т.е. подмагничивает машину. Реакция якоря характеризуется как продольная подмагничивающая.

В общем случае активно-индуктивной или активно-емкостной нагрузки ток и созданную им МДС вращающегося магнитного поля раскладывают на две составляющие: продольную и поперечную

А процесс рассматривают отдельно по продольной оси машины d и поперечной оси q.

Рис.3.14. Метод двух реакций

Магнитное поле синхронной машины при нагрузке машины состоит из поля возбуждения, созданного индуктором, и поля реакции якоря. Индукция в зазоре также, как и при холостом ходе, несинусоидальна. Отношение амплитуды основной гармоники индукции от поля реакции якоря к максимальному значению несинусоидальной кривой – это коэффициент формы поля реакции якоря.

Коэффициенты формы поля продольной и поперечной реакции якоря

зависят от отношения геометрических размеров машины: , и .

МДС продольной и поперечной реакции якоря проводят свои магнитные потоки по продольной и поперечной осям и , а эти потоки наводят в обмотке якоря (статора) ЭДС продольной реакции якоря

и ЭДС поперечной реакции якоря

.

Векторные диаграммы магнитных потоков и ЭДС неявнополюсной и явнополюсной машин поясняют происходящие процессы.

Рис.3.15 Векторная диаграмма магнитных потоков и ЭДС неявнополюсного синхронного генератора при активно-индуктивной нагрузке

Рис.3.16. Векторная диаграмма магнитных потоков и ЭДС явнополюсного синхронного генератора при активно-индуктивной нагрузке

Результирующий магнитный поток в воздушном зазоре

определяет степень насыщения магнитной цепи машины и положение рабочей точки на кривой намагничивания ее магнитной цепи.

Аналогично результирующая ЭДС от результирующего магнитного потока косвенно определяет степень насыщения машины

.

Для удобства анализа ЭДС продольной и поперечной реакции якоря явнополюсной машины заменяют произведениями составляющих токов на некоторые индуктивные сопротивления, которые называют сопротивлениями продольной и поперечной реакции якоря,

и .

Величина этих сопротивлений зависит от геометрических размеров и обмоточных данных машины

и .

ЭДС поля рассеяния представляют тоже в виде произведения тока якоря на некоторое индуктивное сопротивление, которое называют индуктивным сопротивлением рассеяния

Результирующие синхронные ЭДС

,

где (или ) – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора, которое состоит из пазового рассеяния, рассеяния лобовых частей, дифференциального рассеяния,

и - продольное и поперечное индуктивные синхронные сопротивления.

Для неявнополюсной машины эти соотношения принимают вид:

Параметры синхронных генераторов в относительных единицах:

Параметры явнополюсных СГ в о. е.

Параметры неявнополюсных СГ в о. е.

где: , , .