Книги / элмех2000

ми индуктивными сопротивлениями обмотки якоря, причем словом "синхронные"

подчеркивается, что эти сопротивления соответствуют нормальному установившемуся синхронному режиму работы с симметричной нагрузкой фаз.

Величина x a , значительно меньше xad

иxaq . Поэтому величины

xd и xq также опреде-

хронных машин указаны

втабл. 32-1.

2.5Векторные диаграммы

Явнополюсная машина.

Напряжение фазы обмотки генератора равно сумме индуктируемых в этой обмотке э.д.с. минус падение напряжения в активном сопротивлении фазы обмотки якоря ra .

Уравнение напряжения явнополюсного синхронного генера-

тора:

Э.д.с. реакции якоря и рассеяния можно выразить через соответствующие токи и индуктивные сопротивления:

Уравнение (2.3) можно прочитать также так: напряжение генератора U равно э.д.с. E0 , индуктируемой током возбуждения, минус падения напряжения в индуктивных сопротивлениях якоря

xqd и xad , индуктивное сопротивлении рассеяния якоря xa и в активном сопротивлении якоря ra .

Поскольку xa и ra , относительно малы, то при U const

величины э.д.с. E и потока Ф при изменении характера или величины нагрузки изменяются мало.

Угол между векторами и называется углом нагрузки. В генераторном режиме работы э.д.с.

всегда опережает и угол при этом считается положительным. Название этого угла происходит от того, что величина зависит от нагрузки генератора

P m U I cos .

и при уменьшении абсолютной величины составляющая тока

якоря Iq увеличивается, соответственно чему увеличивается

также Eaq и .

Векторная диаграмма называется в литературе диаграммой Блонделя.

Э.д.с. можно разложить на составляющие:

E a jx aIa jx aId jx aIq

асопротивления xad , xaq можно объединить с сопротивлением

xa в синхронные сопротивления:

xd xad x a ; xq xaq x a

Тогда вместо уравнения (2.3) получим:

Если из точек A провести перпендикулярно вектору Ia от-

резки прямых для пересечения в точке Q с вектором E или его продолжением, то длины этих отрезков будут равны xaqIa . Это

следует из того, что в прямоугольных треугольниках AQB угол при вершине A равен , и поэтому

Этим свойством можно воспользоваться для построения диаграмм в случае, когда заданы U, Ia и и необходимо найти

E0 . Тогда путем построения отрезков AQ сначала находят на-

правление вектора Eи, следовательно, угол . После того ток Ia

можно разложить на составляющие Id , Iq и построить диаграмму.

Неявнополюсная машина.

В том случае xaq xad , xq xd , поэтому нет необходимо-

сти разлагать ток Ia на составляющие Id и Iq и можно отклады-

вать на диаграмме падения напряжения jxad и jxdIa .

Для исследования некоторых вопросов явнополюсную машину иногда заменяют эквивалентной неявнополюсной машиной, у которой синхронное сопротивление по обеим осям равно xd

рассматриваемой явнополюсной машины. Такая эквивалентная машина имеет вместо э.д.с. E эквивалентную э.д.с. возбуждения Ea , причем угол нагрузки не изменяется. Необходимо иметь в

виду, что при постоянном токе возбуждения If и постоянной э.д.с.

E величина э.д.с. Ea при изменении нагрузки меняется.

3. Характеристики синхронных машин

Среди разнообразных характеристик синхронных генераторов отдельную группу составляют характеристики, которые определяют зависимость между напряжением на зажимах якоря U, током якоря Ia и током возбуждения If при f fн или n nн и

const в установившемся режиме работы. Эти характеристики

дают наглядное представление о ряде основных свойств синхронных генераторов.

3.1Характеристика холостого хода

(Х.х.х.) определяет зависимость U f(If ) при Ia 0 и f fн .

Очевидно, что в режиме холостого хода U E. Если х.х.х. различных синхронных генераторов изобразить в относительных единицах, полагая

где Ifнн - ток холостого хода при

U Uн , то эти х.х.х. будут мало

отличаться друг от друга. Поэтому при расчетах различных режимов работы энергетических систем, в которых работает много генераторов, для упрощения расчетов принимается, что х.х. всех турбогенераторов, выраженные в относительных единицах, одинаковы и соответствуют некоторым средним данным реальных характеристик генерато-

ров. Такие х.х.х. называются нормальными.

Наряду с реальной криволинейной х.х.х. рассматриваются также спрямленные ненасыщенная и насыщенная х.х.х. Нормальные насыщенные х.х.х. показаны на рис. штриховыми линиями.

Магнитные цепи турбогенераторов более насыщены, и, согласно рис. V-3.1 при E Uн для турбогенераторов Kud 1,2 и

*

для гидрогенераторов Kud 1,06 .

*

3.2Характеристика короткого замыкания (х.к.з.)

Х.к.з. снимается при замыкании зажимов всех фаз обмотки якоря накоротко (симметричное короткое замыкание) и определяет зависимость Ia f(If ) при U 0 и f fн .

Если пренебречь весьма незначительным активным сопротивлением цепи якоря в режиме короткого замыкания будет чисто

индуктивным. Поэтому, 900 , Iq 0, Id Ia .

E0 jxdIa

При коротком замыкании реакция якоря является чисто размагничивающей, э.д.с. E от результирующего потока воз-

вследствие чего поток Ф мал. Поэтому при коротком замыкании магнитная цепь не насыщена и х.к.з. Ia f(If ) прямолинейна.

3.3Опытное определение xd

Опытные х.х.х. и х.к.з. позволяют определить опытное значение продольного синхронного сопротивления xd . Обычно находят ненасыщенное значение этого сопротивления xd , которое в отличие от насыщенного значения xd для каждой машины вполне определенное. Чтобы определить xd , для какоголибо значения тока возбуждения, на-

Если E и Ia выражены в относительных единицах, то и xd получается в этих же единицах.

Если вместо E подставить значение E для той же вели-

чины I , то отношение

Гл. 3 Характеристики синхронных машин 207

будет определять насыщенное значение xd при таком насыще-

нии магнитной цепи, которое соответствует значению E .

3.4Отношение короткого замыкания (о.к.з.)

Отношением короткого замыкания о.к.з., согласно ГОСТ 183-66, называется отношение установившегося тока короткого замыкания Ik0 при токе возбуждения, который при холостом ходе

В соответствии с изложенным выше

где xd - насыщенное значение продольного синхронного сопро-

тивления, соответствующее E Uн .

На основании выражений (3.6) и (3.7)

то есть о.к.з. равно обратному значению xd* . У многих машин xd* 1, и тогда ОКЗ 1, т.е. ток короткого замыкания в указанных

условиях меньше номинального. Отсюда можно сделать вывод, что установившийся ток короткого замыкания синхронных генераторов вообще относительно не

очень велик, что объясняется

сильной размагничивающей реакцией якоря.

Если If0 и Ifk - соответственно токи возбуждения на холо-

стом ходу, когда Ik Iн, и при остановившемся коротком замыка-

нии, когда Ik Iн, то на основании подобия треугольников OAC и

ОВД .

Как будет показано ниже, величина о.к.з., как и величина, определяет предельную величину нагрузки, которую способен нести генератор при установившемся режиме работы, причем, чем больше о.к.з., тем больше предельная нагрузка.

Поэтому о.к.з. является важным параметром синхронных машин. У гидрогенераторов обычно ОКЗ 0,8 1,8 , а у турбогенераторов ОКЗ 0,4 1,0.

Величина о.к.з. тем больше, чем больше величина зазора между статором и ротором. Поэтому машины с большим о.к.з. дороже.

3.5Внешняя характеристика

машины U при изменении величины нагрузки и неизменном токе возбуждения.

Величина тока возбуждения отрегулирована так, что при

Вид внешних характеристик синхронного генератора объясняется характером действия реакции якоря. При отстающем токе существует значительная продольная размагничивающая реакция якоря, которая растет с увеличением тока нагрузки Ia , и

поэтому U с увеличением Ia уменьшается. При чисто активной нагрузке также имеется продольная размагничивающая реакция якоря, но угол между E и U меньше, чем в предыдущем случае, поэтому продольная размагничивающая реакция слабее и уменьшение U с увеличением Ia происходит медленнее. При опережающем токе возникает продольная намагничивающая реакция якоря и поэтому с увеличением Ia напряжение U растет.

рактером действия реакции якоря. При отстающем токе (кривая 1) продольная реакция якоря является размагничивающей и для компенсации ее влияния на вели-

чины и U с увеличением необходимо значительно увеличивать ток возбуждения If .

При чисто активной нагрузке (кривая 2) размагничивающая продольная реакция якоря слабее и требуется меньшее увели-

чение If . При опережающем токе (кривая 3) продольная реакция якоря стремится увеличивать Ф и U, вследствие чего для со-

хранения U const необходимо с увеличением Ia уменьшать If .

Обычно cos н 0,8 и поэтому при переходе от холостого хода

U Uн , ia 0 к номинальной нагрузке U Uн , Ia Iaн необходимо значительно (до 1,7-2,2 раза) увеличить ток возбуждения. Это увеличение тем больше, чем больше xd .

3.8Нагрузочная характеристика (н.х.)

Определяет зависимость U f(If ) при Ia const , cos const , f const и показывает, как изменяется напряжение генератора U с изменением тока возбуждения If при условии постоянства тока нагрузки Ia и cos н . Из числа разнообразных

нагрузочных характеристик наибольший практический интерес представляет так называемая индукционная нагрузочная характеристика, которая соответствует чисто индуктивной нагрузке

Из этой диаграммы видно, что в режиме индукционной характеристики существует чисто продольная размагничивающая реакция якоря Iq Ia ,cos 0 , Id Ia ,sin 1. Поэтому индукцион-

ная характеристика (кривая 2) идет ниже характеристики холостого хода (кривая 1). Точка A на рис. соответствует симметричному установившемуся короткому замыканию генератора при Ia Iaн ,

когда U 0 и также 900 . Так как 900 , то в режиме индукционной характеристики н.с. возбуждения и якоря складываются алгебраически, а Uн - арифметически.

Рисунок V-3.6

3.9 Реактивный треугольник, или треугольник Потье

Реактивным треугольником синхронной машины называется СВА , вертикальный катет СВ которого равен падению напряжения в сопротивлении рассеяния якоря x a , а горизонталь-

ный катет СА равен н.с. реакции якоря в масштабе тока возбуждения kid Iн . Если известны: I) ток возбуждения Ifk OA при ко-

ротком замыкании и Ia Iaн , 2) сопротивление x a и 3) начальная прямолинейная часть х.х.х., то реактивный треугольник СВА нетрудно построить. Составляющая ОС тока возбуждения при коротком замыкании ОА индуктирует э.д.с. E a x a Ia . другая составляющая этого тока СА компенсирует размагничивающее действие реакции якоря, и поэтому СА kid Iaн .