3. Векторная диаграмма неявнополюсного генератора с учетом насыщения

Для построения векторной диаграммы необходимо знать характеристику холостого хода, индуктивное сопротивление рассеяния обмотки якоря x_σ и активное сопротивление этой обмотки r_σ. Характеристика холостого хода и параметры могут быть заданы как в относительных, так и в именован­ных единицах. Предполагается, что заданы ток якоря I, на­пряжение якоря U и угол между ними φ (обычно задается соsφ). Требуется определить МДС возбуждения F_B. По­строение векторной диаграммы для активно-индуктивной нагрузки (φ>0) показано на. рис. 3. При построении диаграммы будем исходить из уравнений, описывающих ра­бочий процесс в машине при нагрузке.

М агнитный поток в воздушном зазоре Ф_σ при нагрузке машины создается результирующей МДС F_σ, равной гео­метрической сумме МДС обмотки возбуждения F_B и обмот­ки якоря F_α. Поток Ф_σ индуцирует в обмотке якоря ЭДС Е_σ. Для результирующей МДС Е_σ можно записать следую­щее уравнение:

здесь F_a и F_B - 1-е гармоники соответствующих МДС:

Значение F_σ для заданного режима работы находят по E_σ из характеристики холостого хода E=f(F_B) (рис. 1):

При пренебрежении магнитными потерями МДС и соз­данный ею магнитный поток совпадают по фазе. Так как магнитный поток опережает индуцированную им ЭДС на угол π/2, то F_σ и E_σ на векторной диаграмме рис. 1 име­ют такой же сдвиг.

Рис. 3. Построение векторной диаграммы неявнополюсного генерато­ра при активно-индуктивной нагрузке.

МДС якоря F_a создается током I и совпадает с ним по фазе. Если известны обмоточные данные якоря генератора, то F_a определяется расчетным путем.

Исходя из уравнения, графическим путем опре­деляется искомая МДС обмотки возбуждения:

По полученной МДС F_B из характеристики холостого хода находят ЭДС Е₀, которая будет индуцироваться в об­мотке якоря при холостом ходе машины. На векторной ди­аграмме эта ЭДС должна быть отложена под углом 90° к МДС F_B в сторону отставания.

При помощи векторной диаграммы можно определить процентное изменение напряжения генератора ΔUпри пе­реходе от заданной нагрузки к холостому ходу:

Если при построении векторной диаграммы используется характеристика холостого хода, представленная в виде за­висимости ЭДС якоря не от F_B, а от пропорционального ей тока возбуждения I_В, то в этом случае по этой характери­стике следует определять токи, пропорциональные соответ­ствующим МДС. Так, по Е_σ находится ток I_σ, пропорциональный F_σ, по току I, используя характеристику холостого хода E=f(I_B) и характеристику трехфазного короткого за­мыкания I_K=f(I_B), находят ток I_α, пропорциональный F_α. В заключение по токам I_σ и I_α находят иско­мый ток возбуждения: I_B=I_σ+I_α.

Ток возбуждения, соответствующий точке с U_H0М при I_H0М и cosφ_H0М, называется номинальным током возбужде­ния I_B,H0М.

Рассмотренное построение векторной диаграммы для неявнополюсного генератора вполне приемлемо для прак­тических расчетов.

Рис. 4. Построение векторной диаграммы неявнополюсного генерато­ра при активно-емкостной нагрузке.

На рис. 4 приведена векторная диаграмма генератора при работе его на активно-емкостную нагрузку (ток I опе­режает напряжение U). Последовательность ее построения такая же, как и в предыдущем случае. Как можно видеть из рис. 4, при активно-емкостной нагрузке может ока­заться, что U>E₀, и, следовательно, .