Zagryadtskiy_elektr_mashiny_3

wf − число витков обмотки возбуждения на полюс; p − число пар полюсов;

α =γπ / 2 − угол, соответствующий обмотанной части ротора в пределах половины полюсного деления;

γ = Zз2 Z2 −коэффициент;

Z з2 −число пазов, заполненных обмоткой возбуждения; Z2 −полное число пазовых делений.

МДС возбуждения при постоянном токе возбуждения является неизменной во времени. Вследствие высокой магнитной проницаемости стали, можно считать, что вся МДС приходится на воздушный зазор и распределяется в пространстве по синусоидальному закону.

Радиальная составляющая магнитной индукции магнитного поля возбуждения в воздушном зазоре повторяет распределение МДС.

При холостом ходе явнополюсной машины магнитное поле создается сосредоточенной обмоткой возбуждения. Кривая распределения магнитного поля в воздушном зазоре зависит от конструкции полюсных наконечников ротора. Их конструкция (п.1.1.2.) должна обеспечить приближение кривой поля в воздушном зазоре к синусоидальной кривой для того, чтобы наводимая в обмотке якоря ЭДС также была синусоидальной.

1.5.Работа генератора под нагрузкой. МДС реакции якоря синхронного генератора

Неявнополюсная синхронная машина. Уравнение для амплитуды МДС первой гармоники статора трехфазной асинхронной машины, при условии пренебрежения высшими гармониками, приведено ранее [7]. Это выражение будет справедливо и для синхронной машины ввиду того, что ее статор выполнен по конструкции, близкой к конструкции статора асинхронной машины. Поэтому амплитуда основной гармоники МДС якоря синхронной машины Fa

где w1 − число витков фазы обмотки статора;

kоб1 − обмоточный коэффициент обмотки статора; р − число пар полюсов;

I − действующее значение тока фазы.

20

Вектор МДС обмотки якоря совпадает с вектором создающего ее тока.

Результирующий магнитный поток Фδ в воздушном зазоре созда-

Обычно на практике за вектор МДС обмотки возбуждения на полюс берется вектор

Кривая намагничивания машины Ф0 = f (Ff ) строится для МДС Ff , имеющей не синусоидальное, а трапецеидальное распределение

вдоль полюсного деления. Чтобы воспользоваться указанной кривой, необходимо МДС якоря F&a привести к МДС обмотки возбуждения.

Тогда вместо МДС F&a нужно записать

реакции якоря в масштабе МДС возбуждения. Его величина состав-

ляет 0,8…0,95.

янной. В этом режиме напряжение генератора принимаем синусоидально изменяющемся во времени.

Неявнополюсный генератор. При работе синхронного генератора на холостом ходу в фазах трехфазной обмотки статора возникает ЭДС. Значение ЭДС фазы обмотки якоря равно

где Фf − магнитный поток обмотки возбуждения в пределах одного

полюсного деления; коб1 − обмоточный коэффициент обмотки якоря;

f – частота напряжения генератора; w1 − число витков обмотки статора.

Магнитный поток зависит от МДС (тока) возбуждения машины. Эта зависимость выражается кривой намагничивания Фf = f (Ff ).

Нагрузка генератора сопровождается появлением новых ЭДС и падением напряжения.

Неявнополюсный генератор. При протекании тока в обмотке воз-

аналогичное индуктивному сопротивлению рассеяния асинхронной машины.

Поток рассеяния замыкается в основном по воздуху, поэтому его величина невелика, также невелика и ЭДС рассеяния.

ЭДС реакции якоря Е&а, индуктируемая потокосцеплением реакции якоря

На пути потока реакции якоря имеется только воздушный зазор машины, в то время как поток рассеяния замыкается по воздуху. Поэтому величина потока реакции якоря значительно больше величины потока рассеяния. Из сказанного вытекает, что xa >> xσ .

24

Кроме ЭДС Е&0 , Е&σ , Е&а в генераторе имеет место падение напряжения I&ra , где ra − активное сопротивление фазы обмотки якоря.

Для фазы обмотки якоря по второму закону Кирхгофа выражение для напряжения U на зажимах генератора запишется

где xc − синхронное индуктивное сопротивление якоря генератора.

На рис. 1.13, а показано схематично поле реакции якоря и поле рассеяния неявнополюсного генератора, а на рис. 1.13, б – схема замещения сопротивления.

В неявнополюсной машине величина воздушного зазора по отношению к ротору является практически одинаковой, поэтому сопротивление xc имеет примерно одинаковую величину по осям d и q.

Явнополюсный генератор. При нагрузке генератора, помимо ЭДС Е&0, , Е&σ и активного падения

напряжения I&ra , появляются ЭДС

по поперечной оси. ЭДС по продольной оси и по поперечной оси индуктируются соответственно по-

токами Фad и Фaq, которые созда- Рис. 1.13. Поле реакции якоря и поле рассеивания (а), схема замещения (б)

ются МДС Fad и Faq

где xad − продольное индуктивное сопротивление реакции якоря, xaq − поперечное индуктивное сопротивление реакции якоря.

25

В явнополюсном генераторе существует неравенство индуктивных сопротивлений xad > xaq, что обусловлено разными величинами

воздушного зазора между якорем и ротором.

Уравнение напряжения фазы явнополюсного синхронного генератора при нагрузке будет

Уравнения напряжений для неявнополюсного (1.21) и явнополюсного (1.25) генератора справедливы для ненасыщенных машин, т.е. машин, имеющих постоянные величины сопротивлений xс, xad , xaq, xσ ,ra.

Активные и индуктивные сопротивления обмоток якоря и ротора синхронной машины называют ее параметрами.

1.7.Векторные диаграммы напряжений синхронного генератора при симметричной нагрузке

Векторные диаграммы дают наглядное представление о процессах в синхронной машине, а также позволяют рассчитать изменение напряжения генератора при изменении величины и характера нагруз-

На практике для качественного рассмотрения процессов в неявнополюсных генераторах

иприближенных расчетов используются

упрощенные векторные диаграммы ЭДС и МДС. Одна из таких диаграмм приведена на рис. 1.15. Она построена при условии, что сопротивление ra = 0 и сопротивление xs = 0.

В упрощенной диаграмме угол ϑ является углом между векторами результирующей МДС

Исходя из упрощенной векторной диаграммы, можно получить следующие полезные для практики соотношения

27

Приведенные формулы характеризуют режим синхронной машины с напряжением U , током I, углом сдвига фаз между напряжением и током ϕ, ЭДС E0 , синхронным сопротивлением xc.

Для построения векторной диаграммы насыщенного неявнополюсного генератора (диаграмма Потье) для заданных значений величин U, I, cosφ и параметров необходимо знание характеристики холостого хода. Диаграмма строится следующим образом (рис. 1.16). Откладывается вертикально вектор U& и под углом ϕ к нему вектор тока I&. Из

F&f = F&δ + (−F&a′).

28

Откладываем его величину по оси абсцисс и, пользуясь кривой намагничивания, определяем величину ЭДС Е0. По направлению

вектор ЭДС перпендикулярен вектору

Явнополюсный генератор. Векторная диаграмма ЭДС и МДС насыщенного явнополюсного генератора (диаграмма Блонделя) при активно-индуктивной нагрузке приведена на рис. 1.17, а. Пусть заданы напряжение U , ток I якоря, коэффициент мощности cosϕ, а также параметры генератора.

Вначале строится вектор U& и под углом ϕ к нему откладывается вектор тока I&. Затем к вектору напряжения прибавляем

начальному прямолинейному участку характеристики холостого хо-

(рис. 1.17, а) перпендикуляр АС на эту линию, то он будет представлять ЭДС

Зная величины отрезков АБ и Eaq , можно найти cosψ и величину