7.4.2. Явнополюсный сг

В явнополюсных СГ зазоры по продольной и поперечной оси различны, поэтому амплитуда поля зависит от положения оси поля относительно оси полюсов. Смещение оси поля определяется реакцией якоря.

Как отмечено в разделе 7.2, для учета влияния реакции якоря в явнополюсных СГ используется метод двух реакций, основанный на разложении МДС якоря на две МДС – продольную и поперечную, действующие соответственно по продольной и поперечной осям машины.

Запись уравнений равновесия и построение векторной диаграммы такого СГ осуществляется из представления о существовании независимых магнитных потоков по осям машины и соответствующих им ЭДС:

Уравнение ЭДС явнополюсного СГ имеет вид

или

, (7.30)

где х_d =x_ad + х_s, х_q=x_aq + х_s

Исходными величинами для построения векторной диаграммы по этому уравнению целесообразно выбрать величины , , или cosφ, (cosφ=), r_a, x_s и х_а. Кроме того, необходимо знать величину угла ψ.

Для проведения качественного анализа работы неявнополюсного СГ строят упрощенную векторную диаграмму. Для этого вводят понятие составляющих ЭДС рассеяния по продольной и поперечной осям и определяют составляющие ЭДС E_d и E_q

(7.31)

При построении упрощенной векторной диаграммы падением напряжения на активном сопротивлении пренебрегают, . На рисунке 7.12 упрощенные векторные диаграммы построены для двух режимов – активно-индуктивной (рисунок 7.12,а) и активно-емкостной (рисунок 7.12,б) нагрузке.

К

Рисунок 7.12 - Упрощенные векторные диаграммы явнополюсного СГ при работе: а) на активно – индуктивную нагрузку; б) на активно – емкостную нагрузку

ак видно, во втором случае напряжение генератора при нагрузке больше, чем ЭДС при холостом ходе, что обусловлено подмагничивающим действием реакции якоря.

7.4.3. Векторная диаграмма насыщенного неявнополюсного СГ

(диаграмма Потье)

Рассмотрение процессов преобразования энергии в СМ усложняется факторами, важнейшим из которых является зависимость параметров (в первую очередь индуктивного сопротивления реакции якоря х_а) от насыщения. Дело в том, что при насыщенной магнитной цепи принцип наложения магнитных потоков при построении ВД неприемлем, поскольку магнитное сопротивление стальных участков непостоянно. Соответственно не будут постоянными параметры машины. Это значит, что уравнения ЭДС генератора становятся уравнениями с переменными коэффициентами и их решение усложняется. Поэтому используют приближенные методы расчета и анализа, в частности графоаналитический метод с использованием магнитной характеристики или характеристики холостого хода , с которой совмещают векторную диаграмму (см. рисунок 7.13). Целью построения такой векторной диаграммы, часто называемой практической диаграммой, является определение тока возбуждения при номинальной нагрузке и величину изменения напряжения ΔU при сбросе нагрузки.

И

Рисунок 7.13 – Практическая векторная диаграмма СГ (диаграмма Потье)

сходными величинами для построения практической векторной диаграммы являются данные номинального режима , ,, параметры , и характеристика холостого хода. Ясно, что каждому току нагрузки и значению cosφ будет соответствовать своя векторная диаграмма.

Порядок построения. Вначале в координатной системе Е и I_в (или ) строят характеристику холостого хода (в относительных единицах). По оси ординат откладывают вектор U_н и под углом φ к нему – вектор тока I_ан. Величина соответствует МДС или току возбуждения, при которых Е_о=U_н. Далее определяют внутреннюю ЭДС , для чего к вектору пристраиваются векторы и .

Сопротивление x_p – это индуктивное сопротивление Потье, которое несколько больше, чем сопротивление рассеяния x_s. Оно рассчитывается по определенным соотношениям и учитывает, что для получения напряжения U_н при номинальной нагрузке необходимо иметь больший ток возбуждения, чем при холостом ходе, а это приводит к увеличению рассеяния обмотки возбуждения и соответствующему увеличению рассеяния обмотки якоря. В среднем имеет место соотношение х_р ≈ (1,05…1,15)х_s.

По значению и характеристике холостого хода находят результирующую МДС воздушного зазора , вектор которой фактически опережает вектор ЭДС на угол . Далее, зная МДС реакции якоря (при токе ), коэффициент реакции якоря k_d, модуль и направление МДС определяют МДС обмотки возбуждения при нагрузке , для чего к вектору пристраивают вектор . Обращаясь к характеристике холостого хода, по определяют величину вектора , отстающего от на угол .