39. Векторная диаграмма напряжения явнополюсного синхронного генератора. Векторная диаграмма синхронного генератора

Рассмотрим построение несложной векторной диаграммы синхронного генератора для нагрузочного номинального режима.

На основе векторной диаграммы анализируют режим его работы, определяют величины и отношение его параметров, углы и взаимное расположение векторов в пространстве, судят о допустимости и о близости к допустимому режиму работы машины и т. д.

Векторная диаграмма явнополюсного сг

В неявнополюсных синхронных машинах воздушный зазор имеет одинаковую ширину. Магнитное сопротивление для продольного и поперечного потоков реакции статора в таких машинах также одинаково, поэтому продольное и поперечное синхронные индуктивные сопротивления равны (xd ~xq).

Явнополюсная синхронная машина обладает различными индуктивными сопротивлениями для продольной и поперечной составляющих тока.

Различие в индуктивных сопротивлениях xd и хq объясняется неодинаковым воздушным зазором по длине окружности расточки статора, что при одинаковой магнитодвижущей силе реакции статора вызывает различные магнитные потоки реакции. Магнитные сопротивления явнополюсных машин в поперечном направлении больше, чем в продольном, следовательно, поперечное синхронное индуктивное сопротивление оказывается меньше продольного (дело в том, что электрическое реактивное сопротивление статора машины во многом определяется взаимным влиянием ротора и статора. При этом влияние ротора приводит к увеличению реактивного сопротивления статора. Но чем выше магнитное сопротивление на пути протекания магнитных потоков, тем меньше это влияние и тем ниже сопротивление и наоборот.)

При построении векторной диаграммы поступают следующим образом: вместо действительной машины рассматривают фиктивную машину с одинаковыми индуктивными сопротивлениями в продольной и поперечной осях. Но эти сопротивления и э.д.с. берут такими, чтобы активная и реактивная мощности машины при одном и том же напряжении на ее выводах и угле  получились такими же, как и у действительной машины. Эти условия приблизительно удовлетворяются, если искать э.д.с. машины за сопротивлением xq. Э.д.с. такой фиктивной машины обозначают вектором ЕQ, который будет расположен на поперечной оси q. Таким образом, введя фиктивную, замещают явнополюсную машину эквивалентной ей машиной и далее строят диаграмму обычным образом.

Реальная э.д.с. синхронного явнополюсного генератора E за сопротивлением xd не будет лежать на осиq. Ее проекции на оси дадут Eq и Ed машины, причем последнюю вызывает несимметрия ротора генератора.

40. Характеристики синхронного генератора (холостого хода, внешняя и регулировочная)

Характеристика холостого хода - зависимость ЭДС статора Ев от тока возбуждения  Iв при токе статора I = 0, частоте вращения n = const, (что равносильно f = cons

t

 При холостом ходе  Ео =U. Так как Ео =4,44 f kобω Фоm = const и основной магнтный поток Фоm создается током Iв, а между  Ео и Фоm имеет место линейная зависимость, то характеристика холостого  хода генераторов Ео(Iв)имеет  вид, что и зависимость Фоm(Iв), т.е. вид кривой намагничивания.      Точка "А" соответствует номинальному режиму генератора.      Внешняя характеристика - зависимость U = f(I) при Iв = const, φ = const и f = const.

    

 Внешняя характеристика - основная эксплуатационная характеристика.  Относительное изменение напряжения    U% =  100%,  где Uo - напряжение при холостом ходе, Uном - напряжение при номинальном токе.  Изменение  напряжения  велико из-за значительной реакции якоря. 

   Для cos φ  =0,8   U%   35-45%.   Регулировочная характеристика показывает как следует изменять ток возбуждения Iв при изменении тока I, чтобы U = const при   φ = const и f = const.  Так как при активно-индуктивной нагрузке с увеличением  тока I  от 0 до Iном напряжение  уменьшается, то для поддержания его постоянным необходимо увеличивать Iв. При  активно емкостной нагрузке на оборот

1.Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Принцип : Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Простейший трансформатор состоит из стального магнитопровода 2 (рис. 212) и двух расположенных на нем обмоток 1 и 3. Обмотки выполнены из изолированного провода и электрически не связаны. К одной из обмоток подается электрическая энергия от источника переменного тока. Эту обмотку называют первичной. К другой обмотке, называемойвторичной, подключают потребители (непосредственно или через выпрямитель).

Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток (рис. 1.2), размещенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала. Применение ферромагнитного магнитопровода позволяет усилить электромагнитную связь между обмотками, т.е. уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток трансформатора. Первичную обмотку 1 подключают к источнику переменного тока – электрической сети с напряжением сети u₁. К вторичной обмотке 2 присоединяют сопротивление нагрузки Zн.

Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а низкого напряжения – обмоткой низшего напряжения (НН). Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и Х; обмотки НН – буквами а и х.

При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток i₁, который создаёт переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС – е₁ и е₂ пропорциональные, согласно закону Максвелла, числам витков w₁и w₂ соответствующей обмотки и скорости изменения потока dФ/dt.

Рис. 1.2

Таким образом, мгновенные значения ЭДС, индуцированные в каждой обмотке.

Следовательно, отношение мгновенных и действующих ЭДС в обмотках определяется выражением

1. E₁ / E₂ = e₁ / e₂ = w₁ / w₂ .

Если пренебречь падениями напряжения в обмотках трансформатора, которые обычно не превышают 3-5 % от номинальных значений U₁ и U₂, и считать E₁≈U₁ и E₂≈U₂, то получим

2. U₁ / U₂ ≈ w₁ / w₂ .

Следовательно, подбирая соответствующим образом числа витков обмоток, при заданном напряжении U1 можно получить желаемое напряжение U2. Если необходимо повысить вторичное напряжение, то число витков w2 берут больше числа w1; такой трансформатор называют повышающим. Если требуется уменьшить напряжение U2, то число витков w2 берут меньшим w1; такой трансформатор называют понижающим.

Отношение ЭДС E_вн обмотки высшего напряжения к ЭДС Е_нн обмотки низшего напряжения (или отношение их чисел витков) называют коэффициентом трансформации

3. 

Коэффициент n всегда больше единицы.

В системах передачи и распределения энергии в ряде случаев применяют трёхобмоточные трансформаторы, а в устройствах радиоэлектроники и автоматики – многообмоточные трансформаторы. В таких трансформаторах на магнитопроводе размещают три или большее число изолированных друг от друга обмоток, что даёт возможность при питании одной из обмоток получать два или большее число различных напряжений (U₂, U₃, U₄ и т.д.) для электроснабжения двух или большего числа групп потребителей. В трехобмоточных силовых трансформаторах различают обмотки высшего, низшего и среднего (СН) напряжения.

В трансформаторе преобразуются только напряжения и токи. Мощность же остаётся приблизительно постоянной (она несколько уменьшается из-за внутренних потерь энергии в трансформаторе). Следовательно, полная мощность потребляемая из сети S₁ = U₁ I₁ ,

практически полностью выделяется на нагрузке S₁ = U₁ I₁ ≈ S₂ = U₂ I₂ .

Отсюда следуют соотношения между токами и напряжениями на первичной и вторичной обмотках трансформатора.

4. U₁ / U₂ = I₂ / I₁ = w₁ / w₂ = n .

При уменьшении вторичного напряжения в n раз по сравнению с первичным, ток i₂ во вторичной обмотке соответственно увеличится в n раз.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если первичную обмотку трансформатора подключить к источнику постоянного тока, то в его магнитопроводе образуется магнитный поток, постоянный во времени по величине и направлению. Поэтому в первичной и вторичной обмотках в установившемся режиме не индуцируются ЭДС, а, следовательно, не передаётся электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Такой режим опасен для трансформатора, так как из-за отсутствия ЭДС E₁ в первичной обмотке ток I₁ = U₁ / R₁ весьма большой.

2.Приведенный трансформатор. Схема замещения. Векторная диаграмма.  В общем случае параметры 1-ой и 2-ой обмотки отличны друг от друга, причём это отличие тем больше, чем больше коэффициент трансформации трансформатора. Это затрудняет расчёт и построение векторных диаграмм. Для устранения этого несоответствия все параметры трансформатора приводят к одинаковому числу витков, например к ?1, т.е. n=?1/?2. n'=?1/?’2 при этом ?2’=?1, n’=1. Этот трансформатор называется приведённым. Имеется ввиду, что приведение вторичных параметров не должно изменить энергетических показателей трансформатора, т.е. все мощности и фазовые сдвиги во 2-ой обмотке приведённого трансформатора остаются такими же что и у реального. Пример: Е2I2=E2'I2'; I2’=I2*(?2/?1), подставив полученное уравнение пересчитаем ЭДС через приведённый трансформатор? Е2’=E2*n U2I2=U2’I2’ =>U2’=U2*n I22R2=I2’2R2’ ? R2’=R2*n2 I22X2=I2’2X2’ ?X2’=X2*n2 Zн’= Zн*n2 Электрическая составляющая привед. трансформатора определяют следующие формулы:1-ая цепь?U1=-E1+I1R1+I1jX1 ?I1=I0+(-I2’) 2-ая цепь U2’=E2’-I2’R2’-I2’jX2’=I2Zн’ Схема замещения трансфор-ра. Для облегчения исследования трансформатора в различных режимах работы, а также расчёта применяется схема замещения трансф. Обратимся к предыдущему рисунку, здесь R1X1 и R2’X2’ условно вынесены за обмотку, т.к. по условию привед-ого трансф-ра коэф. трансф-ции n’=1, очевидно E1=E2’,?потенциалы точек А и а и соответственно потенциалы точек X и x одинаковы, что позволяет представить эту схему в виде Т-образной схемы замещения.  Эта схема имеет ветвь с параметрами R0 X0, которыми заменили магнитную связь с цепями трансформатора. Эта схема удовлетворяет системе уравнений электрических составляющих приведенного трансф-ра и включает в себя 3 ветви: 1.) Первичная ветвь z1=R1+jX1 2.) Магнитная ветвь z0=R0+jX0 3.) Вторичная ветвь ?z2’=R2’+jX2’ ?Zн’=Rн’+jХн’ Параметры 2.) определяются в режиме х.х. Векторная диаграмма трансформатора под нагрузкой. Графическое отображение основных уравнений приведённого трансф-ра. Построение начинается с вектора амплитудного значения основного магнитного потока: Фcм= ((0,9…0,95)U1)/(U1Unf?) Строим вектор намагн. Тока I0, этот вектор опережает магн. Поток на угол магнитного запаздывания. ЭДС:E1=E2 отстают на угол 900 (для приведённого трансформатора они равны). Строим вектор приведённого тока I2’. Этот вектор отстаёт от ЭДС (для RL нагрузки) на ??2=arctg(X2’+Xн’)/(R2’+Rн’) Определим положение вектора U2’. Обратимся к уравнению для электрической составляющей для вторичной цепи: U2’=E2’-I2’R2’-I2’jX2’ Проводим перпендикуляр к вектору I2’ от конца вектора Е1 откладываем на нём “-I2’jX2”, затем со знаком “-” параллельно I2’ “I2’R2’” и от нуля до конца вектора –I2’R2’ и получаем U2’ Вектор от конца U2’ до конца E1(-I2’Z2’) А треугольник называется падением напряжения во вторичной обмотке трансформатора угол фи2=(I2’^U2’) угол фи2=arctg(Xн’/Rн) угол кси2=arctg(X2’+Xн’)/(R2’+Rн’) U1’=-E1’+I1’R1’-I1’jX1’