9.4. Внешняя характеристика

Внешняя характеристика определяется зависимостью при , , . В курсовом проекте внешняя характеристика строится при токе возбуждения и коэффициенте мощности . Внешнюю характеристику можно получить из построения ряда диаграмм Потье при различных токах нагрузки. Построение диаграмм представлено на рис. 9.4.

Рис. 9.4. К построению внешней характеристики

Построение диаграмм осуществляется следующим образом.

Строится диаграмма Потье для номинального режима работы генератора (обозначена цифрами 4). Через начало координат радиусом, равным номинальному току возбуждения , проводится дуга JJ. Учитывается, что ток реакции якоря и падение напряжения на индуктивном сопротивлении Потье пропорциональны току нагрузки.

Далее, например, для тока нагрузки (построение обозначено цифрами 2) под углом к оси абсцисс проводится луч 0K и откладывается отрезок параллельно току (отрезок ) до пересечения с лучом 0K и дугой JJ.

Через точку проводится вертикальная пунктирная линия до пересечения с ХХХ в точке . Через точку проводится горизонтальная пунктирная линия . Затем берется отрезок , равный номинального режима, и перемещается параллельно до совмещения с горизонтальной линией в точке и осью ординат в точке 2. Точка 2 на оси ординат соответствует напряжению генератора при токе нагрузки .

Построения диаграмм для остальных нагрузок генератора проводятся аналогично и обозначены цифрами: ; ; ; ; (рис. 9.4). Токи нагрузки и соответствующие им напряжения генератора из построения диаграмм представлены в табл. 9.2. На основании данных табл. 9.2 строится внешняя характеристика турбогенератора, представленная на рис. 9.5.

Рис. 9.5. Внешняя характеристика турбогенератора

Таблица 9.2

, о.е.	0	0,25	0,5	0,75	1,0	1,25
, о.е.	1,32	1,27	1,18	1,13	1,0	0,70

Внешняя характеристика показывает, как изменяется напряжение с изменением нагрузки при постоянстве тока возбуждения [9, с. 663]. С ростом нагрузки напряжение на зажимах генератора падает из-за падения напряжения на индуктивных сопротивлениях обмотки статора и размагничивающего действия реакции якоря.

9.5. Нагрузочная характеристика

Нагрузочная характеристика (НХ) определяется зависимостью при , , , [9, с. 665–666]. В курсовом проекте нагрузочная характеристика строится на основании диаграмм Потье, соответствующих току нагрузки , коэффициенту мощности при различных напряжениях генератора.

Построения диаграмм Потье к нагрузочной характеристике представлены на рис. 9.6 при напряжениях на зажимах генератора: (режим короткого замыкания); ; ; ; ; ; . Точки НХ обозначены соответственно напряжениям.

Сначала строится диаграмма Потье для номинального режима работы генератора (обозначена цифрами 6). На пересечении горизонтальной линии и вертикальной пунктирной линии определяется точка 6 НХ. Так как ток нагрузки , то падение напряжения на индуктивном сопротивлении Потье и ток реакции якоря для всех диаграмм Потье, соответствующих разным напряжениям, остаются постоянными и соответствуют номинальному режиму работы турбогенератора.

В качестве примера рассмотрим построение диаграммы Потье при напряжении .

На оси ординат из точки проводится вектор равный и параллельный . Получаем точку . Отрезок характеризует ЭДС за индуктивным сопротивлением Потье при напряжении . Перпендикулярно линии через начало координат проводится луч .

Через точку проводится горизонтальная пунктирная линия до пересечения с ХХХ в точке , а затем – вертикальная пунктирная линия до пересечения с линией в точке . Из точки откладывается вектор , равный и параллельный вектору тока номинального режима.

Рис. 9.6. К построению нагрузочной характеристики

Вектор 07 является током возбуждения, соответствующим напряжению . Вектор тока возбуждения 07 сносится на ось абсцисс и из точки пересечения его с осью абсцисс проводится вертикальная пунктирная линия до пересечения в точке 7 с горизонтальной линией, соответствующей напряжению . Точка 7 является точкой НХ. Аналогично получают и остальные точки НХ.

Следует отметить, что характеристика холостого хода является частным случаем нагрузочной характеристики при токе нагрузки .

9.6. U-образная характеристика

U-образная характеристика определяется зависимостью при , и , где – активная мощность генератора. В курсовом проекте U-образные характеристики строятся при , и .

Для построения U-образной характеристики при , создаётся табл. 9.3 с указанием токов нагрузки и соответствующих режимов работы турбогенератора.

Графические построения для U-образной характеристики с целью определения тока возбуждения при токах нагрузки табл. 9.3, представлены на рис. 9.7.

Рис. 9.7. К построению U-образных характеристик турбогенератора

Согласно табл. 9.3 построения (рис. 9.7) проводятся при токах нагрузки: о.е. (обозначены цифрами 3); (обозначены цифрами 2 в режиме перевозбуждения и 4 – в режиме недовозбуждения); (обозначены цифрами 1 в режиме перевозбуждения и 5 – в режиме недовозбуждения). Построения (рис. 9.7) проводятся в масштабе для напряжения мм/о.е. и для тока – мм/о.е.

При построениях учитывается, что при активной мощности генератора с изменением токов нагрузки активная составляющая токов нагрузки должна оставаться постоянной, т.е. .

Сначала строится характеристика холостого хода (ХХХ). Из построения диаграммы Потье для номинального режима работы (см. подп. 6.1.1, 6.2.2) вектор тока реакции якоря и в масштабе соответствует номинальному току о.е. Вектор тока (на рис. 9.7 обозначен как ) откладывается под углом к оси ординат. Через точку (конца вектора ) проводится пунктирная горизонтальная линия АА. Из начала координат радиусом проводится дуга до пересечения с горизонтальной линии АА в точке (конца вектора ). Вектор соответствует номинальному току о.е. при работе генератора в режиме недовозбуждения.

Рассчитываются модули векторов мм, соответствующие току нагрузки о.е. Из начала координа радиусом или проводится дуга до пересечения с горизонтальной линией АА в точке (конца вектора ) и в точке (конца вектора ). Вектор тока соответствует работе генератора в режиме перевозбуждения, а вектор – в режиме недовозбуждения с током нагрузки о.е.

Проекции векторов токов на ось ординат дают активную составляющую тока (вектор тока ). Вектор тока соответствует току нагрузки о.е. при работе генератора с заданным коэффициентом мощности .

Из построения диаграммы Потье для номинального режима работы (см. подп. 6.1.1) падение напряжения на индуктивном сопротивлении Потье мм. Падения напряжений на индуктивном сопротивлении Потье откладываются из точки (на оси ординат при напряжении ) пропорционально и под углом 90° к соответствующим векторам тока нагрузки.

Проводятся (равные ) вектор под углом 90° к вектору тока и вектор под углом 90° к вектору тока . Проводятся (равные ) вектор под углом 90° к вектору тока и вектор под углом 90° к вектору тока . Под углом 90° к вектору тока проводится вектор , равный .

Строятся вектора 01, 02, 03, 04, 05 – ЭДС за индуктивным сопротивлением Потье. На рис. 9.7 представлен только вектор 02 (обозначен как ).

Рассмотрим определение тока возбуждения , соответствующего номинальному току о.е. при работе генератора в режиме перевозбуждения. Построения (рис. 9.7) обозначены цифрами 2.

Через начало координат под углом 90° к вектору проводится луч . Через точку 2 (конец вектора ) проводится пунктирная горизонтальная линия до пересечения с ХХХ, а затем и вертикальная пунктирная линия до пересечения с осью абсцисс в точке .

Радиусом проводится дуга до пересечения с лучом в точке . Вектор является вектором тока возбуждения, составляет =122 мм и соответсвует нагрузочному току о.е. при работе генератора в режиме перевозбуждения. Аналогичными построениями определяются токи возбуждения 153 мм, 83 мм, 64 мм, 69 мм.

Чтобы получить значение тока возбуждения в относительных единицах, необходимо ток возбуждения, полученный в миллиметрах, поделить на масштаб токов Например, ток возбуждения (вектор ) в относительных единицах

Значения токов возбуждения, рассчитанные в относительных единицах, заносятся в табл. 9.3 соответственно токам нагрузки и режимам работы генератора.

Таблица 9.3

, о.е.	1,0	1,25	0,80	1,0	1,25
, о.е.	2,44	3,06	1,66	1,28	1,38
Режим работы	перевозбуждение			недовозбуждение

U-образная характеристика при активной мощности соответствует работе генератора в режиме холостого хода с коэффициентом мощности . Ток турбогенератора носит реактивный характер, а его величина зависит от суммы векторов , где – ЭДС генератора, – напряжение сети, причём ЭДС генератора и напряжение сети находятся в противофазе.

Если напряжение сети остаётся постоянным и равным номинальному напряжению ( о.е.), то ЭДС генератора в зависимости от тока обмотки возбуждения определяется по характеристике холостого хода. Ток генератора рассчитывается как , где – синхронное индуктивное сопротивление, =1,763 о.е. (подп. 5.1.14).

Ток возбуждения , ЭДС генератора , расчёты напряжения и тока генератора представлены в табл. 9.4.

Таблица 9.4

,о. е.	0,0	1,0	1,2	1,32	1,4
, о. е.	0,0	1,0	1,68	2,44	2,9
, о. е.	1,0	0,0	0,2	0,32	0,4
, о. е.	0,567	0,0	0,113	0,18	0,23

U-образные характеристики турбогенератора строятся на основании данных табл. 9.3 (при ) и табл. 9.4 (при ). Представлены на рис. 9.8.

Рис. 9.8. U-образные характеристики турбогенератора

При и токе возбуждения < 1 (рис. 9.8) генератор работает в режиме недовозбуждения, а при токе – в режиме перевозбуждения. В режиме недовозбуждения генератор потребляет из сети реактивную мощность, а режиме перевозбуждения отдает её в сеть. По отношению к напряжению сети ток генератора в режиме недовозбуждения является индуктивным и носит отстающий характер, а в режиме перевозбуждения – ёмкостным и носит опережающий характер.