Неявнополюсный генератор

В ненасыщенной машине магнитная цепь является линейной, поэтому при расчете результирующего магнитного поля можно применять метод наложения. МДС обмотки возбуж­дения F _f создает магнитный поток Ф _f, который, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней ЭДС Eo. МДС обмотки статора F_a1 создает поток реакции якоря Фа и поток рассеяния Фσ. Каждый из этих потоков сцеплен с обмоткой статора и наводит в ней ЭДС Ёа и Eσ соответственно. Сумма ЭДС, действующих в обмотке статора, определяет напряжение гене­ратора за вычетом падения напряжения на активном сопротивлении,

(5.6)

Действующее значение ЭДС холостого хода Еo можно определить по спрямленной характеристике холостого хода (рис. 5.6), а ЭДС реакции якоря Ёа можно выразить через ток якоря I₁:

где х_а - индуктивное сопротивление реакции якоря.

Аналогичные выражения можно получить для ЭДС рассеяния Ёσ

где х_σ - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора.

С учетом полученных выражений для ЭДС Еа и Еσ уравнение (5.6) преобразуется к виду

(5.7)

Рис.5.11

где х_с - полное индуктивное сопротивление якоря; z_c - внутрен­нее сопротивление генератора.

Согласно уравнению (5.7) синхронный генератор можно представить источником ЭДС Ео с внутренним сопротивлением z_c (ряс. 5.11). Геометрической интерпретацией этого уравнения

являются векторные диаграммы, приведенные на рис. 5.12.

Как следует из схемы замещения и векторных диаграмм, в нерегулируемом генераторе (I _f = сonst, Eо = const) напряжение U₁ зависит от величины и характера нагрузки. Если нагрузка активно-индуктивная, то на­пряжение U₁ снижается с увеличением нагрузки вследствие размагничивающего действия поля реакции якоря (рис. 5.12, а). Если нагрузка активно-емкостная, то напряжение генера­тора U₁ возрастает, так как реакция якоря носит намагничивающий характер (рис. 5.12, б). Чтобы поддержать напряжение генератора U₁ при изменении нагрузки постоянным, регули­руют ток возбуждения I _f, увеличивая его при активно-индуктивной нагрузке и уменьшая при активно-емкостной нагрузке.

Угол Θ между векторами Ёо и U₁ называют углом нагрузки. В генераторном режиме вектор Eo всегда опережает вектор U₁,и угол Θ считается положительным.

При расчетах различных режимов генератора уравнение (5.7) записывают в относи­тельных единицах, принимая в качестве базисного напряжения u_б номинальное фазное на­пряжения U_Hф., а в качестве базисного тока i_б - номинальный фазный ток I_Hф.. Величина базисного сопротивления z_б определяется отношением

Для современных генераторов с неявновыраженными полюсами (турбогенераторы) па­раметры в относительных единицах имеют следующие значения:

Рис.5.12

Явнополюсный генератор

При составлении уравнения напряжений ненасыщенного явнополюсного генератор можно также использовать метод наложения. Здесь МДС обмотки возбуждения F _f, как как и в случае неявнополюсного генератора, создает поток Ф _f, который, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней ЭДС Eo. Магнитный поток обмотки статора представим в виде суммы трех составляющих -Ф_аd, Ф_aq„ и Ф_σ. Каждый из этих потоков, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в вей ЭДС E_ad, Ё_aq и Eσ соответственно. Напряжение генератора в этом случае будет равно геометрической сумме этих ЭДС минус падение напряжения на активном сопротивлении

Модуль ЭДС Ео определяется по спрямленной характеристике холостого хода (рис.5.6) при заданном значении тока возбуждения I _f. Для определения ЭДС реакции якоря

E_ad и Ё_аq разложим ток статора I₁ на продольную I_1d и поперечную I_1q составляющие:

Току I_1d соответствует МДС F_1d = -F₁ sinψ₁, определяющая поток продольной ре­акции якоря, а току I_1q соответствует МДС F_1q = F₁ cosψ₁, определяющая поток попереч­ной реакции якоря. Поэтому выражения для ЭДС Ё_аd, и Е_аq можно представить в виде

где х_ad, - индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси; х_aq„ - индуктивное

сопротивление реакции якоря по поперечной оси.

ЭДС рассеяния определяется полным током статора

Выразив ЭДС E_ad, Ё_aq„ и Еσ через соответствующие индуктивные сопротивления и токи, преобразуем уравнение (5.8) к виду

Принимая во внимание, что I₁ = I_1d. +I_1q, получим

(5.9)

где x_d - полное индуктивное сопротивление якоря по продольной оси; x_q - полное индук­тивное сопротивление якоря по поперечной оси.

Уравнению (5.9) соответствуют векторные диаграммы для активно-индуктивной (рис. 5.13, а) и активно-емкостной (рис. 5.13, б) нагрузки.

Так же, как и в неявнополюсном генераторе, напряжение явнополюсного генератора U₁ снижается с увеличением активно-индуктивной нагрузки и растет при увеличении активно-емкостной нагрузки.

Рис.5.13

Формально уравнение (5.9) можно сметя к уравнению неявнополюсной машины, заменив в нем ток I_1d на I_1q =I₁ – I_1d,:

или

(5.10)

Рис.5.14

где E_Q Eo-j(x_d -x_q)I_1d - эквивалентная ЭДС явнополюсного генератора. Замена ЭДС Eо на E_Q позволяет вос­пользоваться простой схемой замещения явнополюсного синхронного генератора (рис. 5.14) при аналитических рас­четах его режимов работы.

Внутреннее сопротивление явнополюсного генератора в этом случае определяется ве­личиной

Рис.5.15

На рис. 5.15 приведена векторная диаграмма, построенная по уравнению (5.10) для активно-индуктивной нагрузки. При упрощенных расчетах ЭДС E_Q принимают постоянной, пренебрегая ее изменением при изменении тока I_1d.

Параметры современных синхронных генера­торов явнополюсного исполнения в относительных единицах имеют следующие значения: