48, 49, 51 Векторные диаграммы синхр. Явно- и неявнополюсных маш.

При симметричной нагрузке генератора диаграмму строят лишь для одной фазы.

Р ассмотрим порядок построения векторной диаграммы (рисунок 3.5, а). В произвольном направлении откладываем вектор ЭДС Ė и под углом  к нему - вектор тока İ. Последний разложим на составляющие: реактивную I_d=İsin и активную I_q=İcos. Далее, из конца вектора Ė откладываем векторы ЭДС Е_d=-jI_dx_ad и Е_q=-jI_qx_aq, Ė_=-İx_, -İR_a.

С оединив конец вектора -İR_a с точкой О, получим вектор напряжения , значение которого равно геометрической сумме векторов ЭДС.

Аналогично строят векторные диаграммы явнополюсного генератора при активно-емкостной нагрузке и векторную диаграмму неявнополюсного генератора.

Следует отметить, что построенные векторные диаграммы не учитывают насыщения магнитной цепи, поэтому отражают лишь качественную сторону явлений. Но, тем не менее, эти диаграммы дают возможность сделать следующие выводы: основным фактором, влияющим на изменение напряжения нагруженного генератора, является продольная составляющая магнитного потока якоря, создающая ЭДС E_ad; при работе генератора на активно-индуктивную нагрузку, т.е. с током İ, отстающим по фазе от ЭДС Ė, напряжение на выводах обмотки статора U с увеличением нагрузки уменьшается, что объясняется размагничивающим влиянием реакции якоря. При работе генератора на активно-емкостную нагрузку (с током İ, опережающим по фазе ЭДС Ė, напряжение U с увеличением нагрузки повышается, что объясняется подмагничивающим влиянием реакции якоря (рис. 20.8, г).

52-54, 59. Магнитное поле и параметры обмотки якоря

При нагрузке обмотки якоря синхронной машины током она создает собственное магнитное поле, которое называется полем реакции якоря.

В синхронной машине влияние реакции якоря на величину магнитного потока весьма значительно. Это обусловлено прежде всего тем, что в синхронной машине в общем случае возникает значительная продольная реакция якоря усиливающая или ослабляющая поток полюсов. Кроме того, поле поперечной реакции якоря синхронной машины также индуктирует значительную ЭДС в обмотке якоря.

Поэтому реакция якоря синхронной машины оказывает весьма значительное влияние на характеристики и поведение синхронной машины как при установившихся, так и при переходных режимах работы.

Индуктор (ротор) явнополюсной машины имеет магнитную несимметрию, так как ввиду наличия большого междуполюсного пространства магнитное сопротивление потоку, действующему по направлению поперечной оси q, т. е. по оси междуполюсного пространства, значительно больше магнитного сопротивления потоку, действующему по продольной оси d. Поэтому одинаковая по величине м.д.с. якоря при ее действии по продольной оси создает больший магнитный поток, чем при действии по поперечной оси. Кроме того, как ротор явнополюсной, так и ротор неявнополюсной машины имеют также электрическую несимметрию, так как их обмотки возбуждения расположены только по продольной оси d, т.е. создают поток, действующий по оси d, и сами сцепляются только с потоком якоря, действующим по этой же оси. Электрическая несимметрия индукторов синхронных машин существенным образом проявляется при несимметричных и переходных режимах их работы.

Ввиду несимметричного устройства индуктора возникает необходимость рассматривать действие реакции якоря по продольной и поперечной осям в отдельности (теория двух реакций).

Метод двух реакций основан на принципе наложения, при котором предполагается, что магнитные потоки, действующие по поперечной оси, не влияют на величину потоков, действующих по продольной оси, и наоборот. Ввиду наличия определенного насыщения участков магнитной цепи это предположение не вполне правильно. Однако учет влияния насыщения очень сложен, а определенные коррективы могут быть внесены дополнительно.

Продольная и поперечная реакция якоря. Рассмотрим действие реакции якоря многофазной синхронной машины при установившейся симметричной нагрузке (рисунок 3.3). Для наглядности будем иметь в виду двухполюсную машину и предположим, что она работает в режиме генератора. Получаемые результаты нетрудно распространить также на двигательный режим работы. Ради простоты и наглядности на рисунке 3.3 каждая фаза обмотки изображена в виде одного витка с полным шагом (А-X, В-У, С-Z), буквами N, S указана полярность поля возбуждения, а магнитные линии этого поля не показаны.

С

Рисунок 3.3 Поперечная (а), продольная размагничивающая (б) и продольная намагничивающая (в) реакция якоря синхронной машины

начала рассмотрим случай, когда угол сдвига фаз  между током якоря İ и э. д. с. Ė, индуктируемой в обмотке якоря током или полем возбуждения, равен нулю (рис. 32-9, а). Ротор вращается с электрической угловой скоростью и при положении ротора, изображенном на рисунке 3.3,а, ЭДС фазы А максимальна. Так как угол = 0, то ток этой фазы также максимален и

Направления ЭДС нетрудно установить по правилу правой руки, и они указаны на рисунке 3.3, а крестиками и точками. Направления токов i_a, i_b, i_c зависит от характера нагрузки и в данном случае совпадают с направлением ЭДС При этих направлениях токов магнитные линии поля реакции якоря в полюсах и теле якоря направлены, как показано на рисунке 3.3, а, поперек оси полюсов d. Следовательно, поток реакции якоря Ф_а действует по поперечной оси. Такой характер поля реакции якоря при =0 сохраняется при любом положении вращающегося ротора, так как ротор и поле реакции якоря вращаются синхронно.

С ледовательно, при =0 реакция якоря синхронной машины является чисто поперечной.

Поперечная реакция якоря вызывает искажение кривой поля в воздушном зазоре, как и в машинах постоянного тока, но в син­хронной машине действие ее не ограничивается этим, так как вращающееся поле поперечной реакции якоря индуктирует также ЭДС в обмотке якоря. Величина этой ЭДС определяется ниже.

Если ток İ отстает от э. д. с. Ė на = 90°, то максимум тока в фазе А наступает по сравнению со случаем на рис. 32-9,а на четверть периода позднее, когда ротор повернется на 90° по часовой стрелке (рис. 32-9, б). Токи фаз на рисунке 3.3, б имеют такие же значения, как и на рисунке 3.3, а, вследствие чего и ориентация магнитного потока якоря в пространстве является такой же.

Как видно из рисунка 3.3, б, при отстающем токе и =90° реакция якоря действует по продольной оси и является по отношению к полю возбуждения чисто размагничивающей (продольная размагничивающая реакция якоря).

Если ток İ опережает ЭДС Ė на =-90°, то максимум тока в фазе А наступает по сравнению со случаем на рисунке 3.3, а на четверть периода раньше и в этот момент времени ротор занимает по сравнению с рисунком 3.3, а положение, повернутое на 90° против направления вращения (рисунок 3.3, в). Токи фаз на рисунке 3.3, б имеют такие же значения, как и на рисунке 3.3, а.

Из рисунка 3.3, в видно, что при опережающем токе и =-90°, реакция якоря также действует по продольной оси, но является по отношению к полю возбуждения чисто намагничивающей, т.е. она увеличивает поток по продольной оси машины (продольная намагничивающая реакция якоря).

Как следует из рисунка 3.3,а ток İ совпадающий по фазе с ЭДС Ė, создает поперечную реакцию якоря, а ток İ, сдвинутый относи­тельно Ė на =90°, создает продольную реакцию якоря.

I_d=I sin; I_d= I cos. (3.1)

Поэтому в общем случае, когда  0° и  90°, ток İ можно разложить на две составляющие (рисунок 3.4): первая из которых называется продольной состав­ляющей тока или продольным током якоря и создает продольную реакцию якоря, а вторая называется поперечной составляющей тока или попе­речным током якоря и создает поперечную реакцию якоря. Угол  считается положительным, когда İ отстает от Ė.

Магнитные поля и ЭДС продольной и поперечной реакции якоря. Рассмотрим основные гармоники м.д.с якоря при симметричной нагрузке

Продольный ток I_d создает продольную м.д.с якоря с амплитудой а поперечный ток I_q создает поперечную м.д.с якоря с амплитудой

Н. с. F_ad и F_aq можно также рассматривать как составляющие полной н. с. Якоря по осям dиq, причем

Магнитодвижущие силы реакции якоря по продольной F_d и поперечной F_q осям создают в магнитопроводе синхронной ма­шины магнитные потоки реакции якоря. Основные гармоники этих потоков: по продольной оси Ф_d и по поперечной оси Ф_q.

В неявнополюсной машине воздушный зазор по периметру расточки статора равномерен, а поэтому магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям равны.

Магнитные потоки реакции якоря, сцепляясь с обмоткой статора, наводят в этой обмотке ЭДС реакции якоря:

по продольной оси Ė_d=-jİ_dx_ad и по поперечной оси Ė_q=-jĖ_qx_aq.

Здесь и x_aq — индуктивные сопротивления реакции якоря явнополюсной машины по продольной оси и по поперечной оси.

x_d =x_ad+x_, и x_aq= x_aq +x_ - синхронные индуктивные сопротивления явнополюсной машины по продольной оси и по поперечной оси.

5 5. Отношение КЗ синхронного генератора. Один из важных параметров синхронной машины — отношение короткого замыкания (ОКЗ), которое представляет собой отношение тока возбуждения i_В0HOМ, соответствующего номинальному напряжению при х.х., к току возбуждения i_ВКHOМ, соответствующему номинальному току статора при опыте к.з. (рисунок 3.7) ОКЗ = i_В0HOМ / i_ВКHOМ. (3.5)

Для турбогенераторов ОКЗ=0,44-0,7; для гидрогенераторов ОКЗ =1,0-1,4.

ОКЗ имеет большое практическое значение при оценке свойств синхронной машины: машины с малым ОКЗ менее устойчивы при параллельной работе (см. гл. 21), имеют значительные колебания напряжения при изменениях нагрузки, но такие машины имеют меньшие габариты и, следовательно, дешевле, чем машины с большим ОКЗ.