Характеристики синхронного генератора

Рис. 20.7. Реакция якоря при смешанной нагрузке

Рис. 20.6. Магнитное поле синхронного генератора при активной нагрузке

Вследствие насыщения магнитной цепи результирующее магнитное поле машины несколько ослабляется. Объясняется это тем, что размагничивание набегающих краев полюсных наконечников и находящихся над ними участков зубцового слоя статора происходит беспрепятственно, а подмагничивание сбегающих краев полюсных наконечников и находящихся над ними участков зубцового слоя статора ограничивается магнитным насыщением этих элементов магнитной цепи. В итоге результирующий магнитный поток машины ослабляется, т.е. магнитная система несколько размагничивается. Это ведет к уменьшению ЭДС машины Е₁.

Индуктивная нагрузка (y₁ = 90°). При чисто индуктивной нагрузке генератора ток статора I₁ отстает по фазе от ЭДС Е₀ на 90°. Поэтому он достигает максимального значения лишь после поворота ротора вперед на 90° относительно его положения, соответствующего максимуму ЭДС Е₀ (см. рис. 20.5, б). При этом МДС F₁ действует вдоль оси полюсов ротора встречно МДС возбуждения F_в0. В этом мы также убеждаемся, построив векторную диаграмму.

Такое действие МДС статора F₁ ослабляет поле машины. Следовательно, реакция якоря в синхронном генераторе при чисто индуктивной нагрузке оказывает продольно-размагничивающее действие.

В отличие от реакции якоря при активной нагрузке в рассматриваемом случае магнитное поле не искажается.

Емкостная нагрузка (y₁ = -90°). Так как ток I₁ при емкостной нагрузке опережает по фазе ЭДС Е₀ на 90°, то своего наибольшего значения он достигает раньше, чем ЭДС, т.е. когда ротор займет положение, показанное на рис. 20.5, в. Магнитодвижущая сила статора F₁ так же, как и в предыдущем случае, действует по оси полюсов, но теперь уже согласно с МДС возбуждения F_в0.

При этом происходит усиление магнитного поля возбуждения. Таким образом, при чисто емкостной нагрузке синхронного генератора реакция якоря оказывает продольно-намагничивающее действие. Магнитное поле при этом не искажается.

Смешанная нагрузка.При смешанной нагрузке синхронного генератора ток статора I₁, сдвинут по фазе относительно ЭДС Е₀ на угол y₁, значения которого находятся в пределах 0 < y₁< ±90° . Для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря при смешанной нагрузке воспользуемся диаграммами МДС, представленными на рис. 20.7.

 

 

 

При активно-индуктивной нагрузке (рис. 20.7, а) вектор F₁, отстает от вектора Е₀ на угол 0< y₁<90° . Разложим вектор F₁ на две составляющие: продольную составляющую МДС статора F_1d = F₁siny₁, и поперечную составляющую МДС статора F_1q = F₁cosy₁. Такое же разложение МДС якоря F₁ на составляющие можно сделать в случае активно-емкостной нагрузки (рис.20.7, б). Поперечная составляющая МДС статора F_1q, представляющая собой МДС реакции якоря по поперечной оси, пропорциональна активной составляющей тока нагрузки Iq = I₁ cosy₁, т.е.

F_1q= F₁cosy₁ (20.13)

а продольная составляющая МДС статора (якоря) F_1d, представляющая собой МДС реакции якоря по продольной оси, пропорциональна реактивной составляющей тока нагрузки Id = I₁sin y₁, т.е.

F_1d= F₁siny₁, (20.14)

При этом если реактивная составляющая тока нагрузки отстает по фазе от ЭДС Е₀ (нагрузка активно-индуктивная), то МДС F_1d размагничивает генератор, если же реактивная составляющая тока I_d опережает по фазе ЭДС Е₀ (нагрузка активно-емкостная), то МДС F_1d подмагничивает генератор.

Направление вектора F_1d относительно вектора F_в0 определяется характером реакции якоря, который при токе нагрузки I₁, отстающем по фазе от ЭДС Е₀, является размагничивающим, а при токе I₁, опережающем по фазе ЭДС Е₀, - подмагничивающим.

 

 

 

 

Свойства синхронного генератора определяются характеристиками холостого хода, короткого замыкания, внешними и регулировочными.

Характеристика холостого хода синхронного генератора.Представляет собой график зависимости напряжения на выходе генератора в режиме х.х. U₁ = E₀ от тока возбуждения I_в0 при n₁ = const. Схема включения синхронного генератора для снятия характеристики х.х. приведена на рис. 20.9, а. Если характеристики х.х. различных синхронных генераторов изобразить в относительных единицах Е* = f(I*в), то эти характеристики мало отличаются друг от друга и будут очень схожи с нормальной характеристикой х.х. (рис. 20.9, б), которую используют при расчетах синхронных машин:

Здесь Е* = E₀/U_1ном - относительная ЭДС фазы обмотки статора; I_в* = I_в0/ I_{в0 ном} относительный ток возбуждения; I_{в0 ном} - ток возбуждения в режиме х.х., соответствующий ЭДС х.х. E₀ = U_1ном.

Характеристика короткого замыкания. Характеристику трехфазного к.з. получают следующим образом: выводы обмотки статора замыкают накоротко (рис. 20.10, а) и при вращении ротора с частотой вращения n₁ постепенно увеличивают ток возбуждения до значения, при котором ток к.з. превышает номинальный рабочий ток статорной обмотки не более чем на 25% (I_1к = l,25I_1ном). Так как в этом случае ЭДС обмотки статора имеет значение, в несколько раз меньшее, чем в рабочем режиме генератора, и, следовательно, основной магнитный поток весьма мал, то магнитная цепь машины оказывается ненасыщенной. По этой причине характеристика к.з. представляет собой прямую линию (рис. 20.10, б). Активное сопротивление обмотки статора невелико по сравнению с ее индуктивным сопротивлением, поэтому, принимая r₁≈0, можно считать, что при опыте к.з. нагрузка синхронного генератора (его собственные обмотки) является чисто индуктивной. Из этого следует, что при опыте к.з. реакция якоря синхронного генератора имеет продольно-размагничивающий характер.