МОиН РФ

Омский государственный технический университет

Кафедра «Теоретическая и общая электротехника»

Электрические машины

ЛЕКЦИЯ: “Работа синхронных генераторов при симметричной нагрузке. Векторные диаграммы синхронных машин с учетом и без учета насыщения. Индуктивные сопротивления обмотки якоря. Характеристики и энергетическая диаграмма синхронных генераторов”.

Омск 2005

1. Основные термины и определения (гост 27471-87 “Машины электрические вращающиеся”).

1. Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси синхронной машины - отношение установившегося значения основной гармоники электродвижущей си­лы, индуктируемой в обмотке якоря син­хронной машины полным магнитным пото­ком, обусловленным составляющей тока в этой обмотке по продольной оси, к этой составляющей тока при синхронной час­тоте вращения

2. Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси синхронной машины - отношение установившегося значения ос­новной гармоники электродвижущей силы, индуктируемой в обмотке якоря синхрон­ной машины полным магнитным потоком, обусловленным составляющей тока в этой обмотке по поперечной оси, к этой состав­ляющей тока при синхронной частоте вращения

3. Индуктивное сопротивле­ние Потье синхронной машины - индуктивное сопротивление, вычисляе­мое по реактивному треугольнику и ис­пользуемое для определения тока возбуж­дения при работе синхронной машины с нагрузкой с помощью диаграмм электро­движущих и магнитодвижущих сил

4. Внешняя характеристика электромашинного генератора - зависимость напряжения на обмотке якоря электромашинного генератора от то­ка нагрузки в заданных условиях при но­минальной частоте вращения и неизменных внешних сопротивлениях в цепях обмоток, возбуждения

5. Нагрузочная характеристи­ка электромашинного генератора - зависимость напряжения на выводах це­пи обмотки якоря электромашинного гене­ратора от тока возбуждения при неизмен­ных токах нагрузки, частоте вращения. Примечание. Для генератора пе­ременного тока должен быть неизменным также и коэффициент мощности

6. Регулировочная характе­ристика электромашинного гене­ратора - зависимость тока в обмотке независимо­го возбуждения или тока в обмотке парал­лельного возбуждения от тока нагрузки при неизменном напряжении на выводах обмотки якоря и номинальной частоте вра­щения ротора электромашинного генера­тора. Примечание. Регулировочная ха­рактеристика синхронного генератора оп­ределяется при неизменном коэффициен­те мощности нагрузки

7. Рабочие характеристики электромашинного генератора - зависимости генерируемой мощности, тока в обмотке якоря, напряжения на вы­водах обмотки якоря, коэффициента полез­ного действия и коэффициента мощности электромашинного генератора от полезной мощности на валу при неизменных частоте вращения и токе возбуждения. Примечание. Коэффициент мощ­ности определяется только для генера­торов переменного тока

2. Векторная диаграмма неявнополюсного генератора без учета насыщения

Количественный учет влияния реакции якоря на работу машины производится с помощью векторных диаграмм. Обычно с помощью векторных диаграмм определяется МДС обмотки возбуждения (или ток I_B), необходимая для того, чтобы обеспечить заданный режим работы. Режим работы задается током якоря при данных значениях соsφ и напря­жения на выводах генератора U.

Несмотря на то, что в установившемся режиме МДС об­мотки возбуждения и МДС якоря, а также поля, ими соз­данные, неизменны во времени, они на векторных диаграм­мах изображаются как векторные величины. Это связано с тем, что все эти величины вращаются в пространстве и соз­дают переменное потокосцепление с обмоткой рассматрива­емой фазы, подобно тому, как переменные во времени, но неподвижные в пространстве МДС и поля.

Векторные диаграммы различны для явнополюсных и неявнополюсных генераторов.

При качественном рассмотрении процессов в генераторе в целях упрощения построений целесообразно пользовать­ся более простой векторной диаграммой, построенной без учета насыщения.

При построении такой диаграммы будем исходить из метода наложения, согласно которому считается, что в ма­шине существуют два независимых потока: возбуждения и якоря. Каждый из этих потоков индуцирует в обмотке якоря ЭДС. Исходя из второго закона Кирхгофа, можно записать

где Е₀, Е_α — ЭДС, индуцируемые в обмотке якоря от пото­ков возбуждения и реакции якоря соответственно; Z_НГ — сопротивление нагрузки; U=IZ_НГ — напряжение генера­тора.

В ненасыщенной машине поток якоря и индуцируемая им ЭДС будут пропорциональны току якоря I, т. е.

где х_α — коэффициент пропорциональности, который в дальнейшем будем называть индуктивным сопротивлением реакции якоря.

Перепишем (33.3) в комплексном виде:

Подставляя (33.4) в (33.2), получаем

где х_C=х_σ+х_α— синхронное индуктивное сопротивление. Исходя из (33.5), по заданным U, I и соsφ (φ>0) на рис. 1 построена векторная диаграмма. Ток возбуждения , соответствующий найденной ЭДС Е₀, определяется по спрямленной части характеристики холостого хода (рис. 2).

Рис. 1. Упрощенная векторная диаграмма неявнополюсного генера­тора без учета насыщения.

Рис. 2. Определение тока возбуждения по спрямленной части характеристики холостого хода.

В относительных единицах параметры неявнополюсных синхронных машин: синхронное индуктивное сопротивление x_C*=1,2÷2,4, индуктивное сопротивление реакции якоря x_α*=l,l÷2,3, индуктивное сопротивление рассеяния обмот­ки якоря x_σ*=0,08÷0,15, активное сопротивление обмотки якоря r_α*=0,002÷0,02. При переводе параметров машины в относительные единицы за базовое сопротивление приня­то отношение фазного номинального напряжения якоря к фазному номинальному току якоря.

Из приведенных данных следует, что активное сопротив­ление якоря очень мало по сравнению с индуктивными со­противлениями. Поэтому при построении векторных диаграмм вектором Ir_α обычно пренебрегают.