17. Векторная диаграмма неявнополюсного синхронного генератора с учетом насыщения (диаграмма Потье)

В насыщенной машине характеристики намагничивания нелинейные. Поля от различных МДС нельзя считать независимыми.

Для построения необходимо знать магнитную характеристику или характеристику холостого хода машины и параметры обмотки якоря: индуктивное сопротивление рассеяния, индуктивное и активное сопротивление обмотки, количество витков и обмоточный коэффициент.

Задаются напряжением U₁, током якоря I₁, cos .

Построение производится согласно уравнению напряжений фазы якоря. Так как исходным вектором является заданный вектор напряжения U₁, то уравнение напряжений удобно представить в следующем виде:

Без учета изменения потока рассеяния порядок построения следующий:

1. Откладывают в масштабе векторы под углом друг к другу.

2. Прибавив к вектору напряжения вектор падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора и вектор ЭДС рассеяния , получим ЭДС , которая наведена совместным действием потоков обмотки возбуждения и потоком рассеяния .

3. Отложив на оси ординат значение , получим на оси абсцисс значение МДС . Направление вектора – под углом 90˚ к вектору в сторону опережения.

4. Определим приведенную к обмотке возбуждения МДС реакции якоря с помощью характеристического треугольника или по формуле:

где — коэффициент формы поля возбуждения.

Рис.1. Векторная диаграмма Потье неявнополюсного синхронного генератора

при активно-индуктивной нагрузке без учета изменения потока рассеяния

5. От конца вектора отнимаем вектор МДС реакции якоря , направление которого совпадает с направлением вектора тока .

6. Соединив точку 0 с концом вектора , получим вектор МДС обмотки возбуждения .

7. Значение ЭДС определяется по характеристике, а направление под углом 90˚ к вектору .

По данным диаграммы можно определить процентное повышение напряжения при сбросе нагрузки:

.

С целью косвенно учесть увеличение потока рассеяния при нагрузке вместо сопротивления используют индуктивное сопротивление Потье

Более точный расчет производиться с учетом изменения потока рассеяния с помощью частичных характеристик намагничивания: Ф=f(F_f), переходной характеристики намагничивания Ф=f(F₁), характеристики намагничивания сердечника ротора Ф_m =f(F₂) и характеристики намагничивания для потока рассеяния Ф_f =f(F₁), где Ф_{f } = Ф_m – Ф.

18. Векторная диаграмма явнополюсного синхронного генератора с учетом насыщения

Явнополюсная машина имеет большой воздушный зазор в поперечной оси, поэтому проводимость потока, определяющего сопротивление х_aq, мало зависит от насыщения. В продольной оси зазор небольшой, и проводимость потока, определяющая сопротивление х_ad, зависит от насыщения.

Для построения диаграммы необходимо иметь характеристику холостого хода.

Построение производится согласно уравнению напряжений фазы якоря:

Порядок построения:

1. Задаются режимом работы генератора: U₁, I₁, cos .

2. Откладывают в масштабе векторы под углом .

3. Прибавив к вектору напряжения вектор и вектор ЭДС рассеяния , получим ЭДС , которая наведена совместным действием потоков обмотки возбуждения и потоком рассеяния .

Рис.1. Векторная диаграмма явнополюсного синхронного генератора

при активно-индуктивной нагрузке без учета изменения потока рассеяния

4. От конца вектора Е_ перпендикулярно вектору тока I₁ откладывают вектор jI₁x_aq. Прямая, проходящая через начало вектора U₁ и конец вектора jI₁x_aq определяет направление вектора ЭДС Е_f, зная которое можно разложить ток якоря на продольную составляющую I_1d и поперечную составляющую I_1q.

5. От конца вектора Е_ откладывают вектор jI_1qx_aq перпендикулярно вектору поперечной составляющей тока якоря I_1q. Получим вектор продольной ЭДС воздушного зазора Е_d.

6. Отложив на оси ординат характеристики намагничивания значение Е_d, получим на оси абсцисс значение МДС F_d. Направление вектора F_d – под углом 90˚ к вектору Е_d в сторону опережения.

Согласно уравнению напряжений фазы якоря:

Е_f = Е_d+ Е_аd.

откуда Е_d = Е_f - Е_аd

Поток взаимоиндукции обмотки возбуждения и поток реакции якоря проходят по одним и тем же путям. Поэтому можно считать, что Е_f и уменьшаются вследствие насыщения на одну и ту же величину. Тогда равная их разности ЭДС Е_d не зависит от насыщения.

Исходя из этого, по аналогии с выражением для ЭДС напишем уравнение МДС, направленных по продольной оси:

F_f = F_d+ F_d

7. Определяем приведенную к обмотке возбуждения МДС F_аd по формуле (где — коэффициент реакции по продольной оси) или при помощи характеристического треугольника (считая, что F_аd =F_а).

8. Из конца вектора F_d откладываем вектор F_d и получаем вектор F_{f .}

9. Значение ЭДС определяется по характеристике, а направление под углом 90˚ к вектору .