7.2.5. Схема замещения и векторная диаграмма фазы

синхронного генератора

Уравнению электрического состояния фазы статора синхронного генератора (7.31) соответствует схема замещения на рис. 7.33, а.

Построим векторную диаграмму фазы синхронного генератора. В качестве исходного выберем вектор магнитного потокосцепления

(направлен влево по оси абсцисс на рис. 7.33, б). Вектор ЭДС , индуктируемой потокосцеплением , отстает от вектора на 90°. Вектор тока статора (якоря) отстает от на угол φ₀, определяемый соотношением реактивных и активных сопротивлений:

(7.32)

где Х_н и R_н — индуктивное и активное сопротивления цепи нагрузки генератора.

Рис. 7.33

Вектор напряжения совпадает по фазе с вектором тока , а

вектор напряжения опережает этот вектор на 90°. Чтобы определить положение вектора напряжения между выводами фазной обмотки генератора, вычтем из вектора сумму векторов напряжений на активном и реактивном сопротивлениях фазной обмотки: . Соединив концы векторов и , получим треугольник напряжений на активном и индуктивном сопротивлениях фазы генератора с гипотенузой . Отметим, что для наглядности диаграммы преувеличена длина вектора напряжения .

7.2.6. Характеристики синхронного генератора

Характеристика холостого хода. Характеристика холостого хода, дающая зависимость E₀=f(i_B), снимается в восходящей и нисходящей ветвях. Площадь, ограниченная этими кривыми, определяется величиной гистерезиса магнитной цепи ротора. При пользовании характеристикой холостого хода для построения диаграмм напряжения и других характеристик рекомендуется брать нисходящую ветвь с нулем, помещенным в точке пересечения кривой с осью абсцисс (рис. 7.34, сплошная кривая).

Рис. 7.34. Характеристика холостого хода синхронного генератора

Характеристика холостого хода, а также и другие характеристики

синхронного генератора могут быть построены в относительных единицах, чем достигается лучшая оценка свойств машины.

Однако при построении характеристики холостого хода за единицу обычно принимается не ток возбуждения i_вн, а ток возбуждения i_в0, соот­ветствующий по характеристике холостого хода номинальному напряжению (рис. 7.34).

Характеристики короткого замыкания. Характеристика трехфазного короткого замыкания (рис. 7.35) дает зависимость:

I_кз = f(i_в) при f = const и U = 0.

Характеристика короткого замыкания совместно с характеристикой

холостого хода позволяет определить реактивный треугольник. Так как ре­зультирующий поток машины Ψ₀ при коротком замыкании создает лишь небольшую э. д. с. Е, то магнитная система машины оказывается ненасыщенной, и поэтому характеристика короткого замыкания носит прямолинейный характер и имеет изгиб только при величинах тока, значительно превышающих номинальный ток I_н.

Рис. 7.35. Характеристика короткого замыкания синхронного генератора

Получающиеся при двухфазном и однофазном коротком замыкании зависимости I_k1 f(i_в), I_k2 f(i_в) носят также прямолинейный характер, но вследствие уменьшения величины реакции якоря характеристика I_k2 f(i_в) проходит выше характеристики I_kзf(i_в), а характеристика I_k1 f(i_в) проходит выше характеристики I_k2f(i_в) (рис. 7.35).

Нагрузочные характеристики. Нагрузочные характеристики дают зависимость:

U = f(i_B) при I = const, f= const и cosφ = const.

Наибольшее практическое значение имеет нагрузочная характеристика при соsφ 0 и φ π/2>0 (рис. 7.36), так как она даёт возможность определить индуктивное сопротивление фазной обмотки машины X.

Нагрузочные характеристики при cosφ = 0,8 (φ>0) и cosφ=1 проходят выше характеристики cosφ = 0 и не являются параллельными по отношению к характеристике холостого хода E_o=f(i_в). Характеристики при cos φ = 0,8 и соsφ = 0, но при опережающем токе (φ<0) проходят выше характеристики холостого хода. При этом характеристика при соsφ= 0 может быть получена также перемещением реактивного треугольника по характеристике холостого хода, но при перевернутом положении треугольника, так как в этом случае падение напряжения в индуктивном сопротивлении +jХ вызывает повышение напряжения, а реакция якоря производит намагничивающее действие (рис. 7.36).

Рис. 7.36 Нагрузочные характеристики синхронного генератора

Внешние характеристики. Внешние характеристики дают зависимость:

U = f(I) при i_в = const, f = const и cosφ = const.

При индуктивной нагрузке 0<φ<π/2 реакция якоря и падение напряжения (R_в + jX_рас ) вызывают уменьшение напряжения, поэтому внешняя характеристика имеет резко падающий характер (рис. 7.37), причем с уменьшением величины соsφ возрастает величина падения напряжения.

При опережающем соsφ, что соответствует 0>π>π/2, указанные факторы действуют в сторону повышения напряжения, поэтому с уменьшением соsφ увеличивается возрастание напряжения. При U = 0 (короткое замыкание) все характеристики пересекаются в одной точке, соответствующей значению тока трехфазного короткого замыкания

В неявнополюсных синхронных машинах типа турбогенераторов относительная величина реакции якоря обычно больше, чем в явнополюсных (например, гидрогенераторах), поэтому относительное падение напряжения при индуктивной нагрузке и повышение напряжения при емкостной нагрузке получаются в первом случае больше.

Рис. 7.37. Внешние характерис- Рис. 7.38. Регулировочные харак-

тики синхронного генератора ристики синхронного генератора

Регулировочные характеристики. Регулировочные характеристики дают зависимость:

i_в = f(I) при U = const, f = const и cosφ = const.

Для поддержания напряжения U = const при возрастании индуктивной нагрузки потребуется увеличение тока возбуждения, а при емкостной нагрузке — уменьшение тока возбуждения, как это следует из рассмотрения внешних характеристик. При уменьшении соsφ требуется соответственно большее изменение тока возбуждения, поэтому регулировочные характеристики для различных значений cosφ=const носят характер, представленный на рис. 7.38.