7. Внешняя, регулировочная и нагрузочная характеристики сг. Треугольник Потье.

В симметричном установившемся режиме работы частота тока не изменяется. Основные переменные, характеризующие работу СГ, — напряжение, ток статора и ток возбуждения. Его характеристи­ками являются зависимости между двумя из этих переменных при по­стоянной третьей и неизменном угле φ, (cosφ = const):

1. Внешняя характеристика U=f(I_a), при i_в=const

2. Регулировочная характеристика i_в=f(I), при U=const

3. Нагрузочная характеристика U=f(i_в), при I=const

Внешняя характеристика СГ U=f(I_a), i_в=const, cos φ=const, f=const

Внешние характеристики U=f(I_a), при i_в=const, cosφ=const образуют семейство характеристик, отличающихся то­ком i_в и характером нагрузки.

На рис. a представлены три внешних характеристики, снятые при токе возбуждения i_в0 и нагруз­ках R-L, R, R-C.

1- активно-индуктивная нагрузка (cos φ>0)

2 - активная нагрузка (cos φ=1)

3 - активно-емкостная нагрузка (cos φ<0)

Все кривые выходят из точки холостого хода с напряжением U = U_H. При активно-индуктивной нагрузке напряжение уменьшается с ростом тока вследствие действия продольной размагничивающей реакции якоря, а при активно-емкостной нагрузке напряжение возрастает из-за увеличения продольной намагничивающей реакции якоря. При чисто активной нагрузке R угол φ = 0, но напряжение отстаёт по фазе от ЭДС E_af на угол θ, что является причиной существования тока I_d и небольшой размагничивающей реакции якоря. Данные ха­рактеристики не проходят через номинальную точку (U_н, I_н). Чтобы каждая кривая проходила через эту точку, токи возбуждения должны быть разными — в каждом случае свой номинальный ток возбужде­ния: i_вн>i_в0 для нагрузки R, R-L и i_вн<i_в0 для нагрузки R-C, рис. б. Тогда при холостом ходе напряжения U₀ будут разными.

Изменением напряжения называется относительная величина разности напряжения в номинальной точке и при холостом ходе:

Обычно ΔU_н =25-35% и у турбогенераторов, имеющих боль­шее x_d , оно выше, чем у гидрогенераторов с меньшим значением x_d.

Регулировочная характеристика СГ i_в=f(I), U=const, cosφ=const, f=f_н=const

Регулировочные характеристики — зависимости i_в=f(I) при U=const=U_н и разных характерах на­грузки представлены на рис.

1- активно-индуктивная нагрузка (cos φ>0)

2 - активная нагрузка (cos φ=1)

3 - активно-емкостная нагрузка (cos φ<0)

При холостом ходе ток возбуждения i_в=i_в0 и создаёт напряжение U_н и требует увели­чения для компенсации продольной раз­магничивающей реакции якоря при ак­тивно-индуктивной нагрузке и уменьшения в случае намагничивающей реакции якоря при активно-емкостной нагрузке.

Чем выше , тем выше реакция якоря, тем на больший диапазон регулирования нужно будет изменять ток якоря.

Нагрузочная характеристика U=f(i_в), I=const, cosφ=const

Нагрузочные характеристики U=f(i_в), I=const, cosφ=const также образуют семейство. В нем представляет интерес нагрузочная индукционная характеристика при cosφ=0 (L) и I=const=I_н. МДС возбуждения и якоря или токи i_в и I_d’=k_idI_d постоянны и складываются алгебраически (вычитаются), а постоянные U_н и x_σaI - арифметически-векторная диаграмма представле­на на рис.а.

Треугольник Потье -

Индукционная характеристика по виду напоминает характеристику холостого хода, но из-за продольной размагничи­вающей реакции якоря она проходит ниже, рис. б. Точке корот­кого замыкания А (U = 0, I=I_н) соответствует ток i_fк. В данном слу­чае поток в зазоре, индуктирующий ЭДС E_δ=x_σaI, продольный Ф_δ=Ф_δd. Характеристику холостого хода можно рассматривать как зависимость ЭДС E_δ, от результирующей МДС F_δ=F_f-F_ad’ или то­ка i_δ=i_f-I_d’, создающих этот поток. Величины ЭДС и токов при ко­ротком замыкании представляются на рис. б отрезками: E_δ=x_σaI=BC, i_δ=OC, I_d’=CA. По условиям снятия индукционной характеристики стороны характеристического треугольника СВА и треугольников ОBА, ОВС должны быть неизменными. Тогда, если из­вестно сопротивление x_σa и характеристики XX и КЗ, то индукцион­ную характеристику можно не снимать, а построить.

При перемещении треугольника АВС параллельно самому себе- так, чтобы точка В оставалась на XXX, его вершина А опишет индук­ционную нагрузочную характеристику, линия 1 на рис. б.

Если же сопротивление рассеяния x_σa не известно, но есть опытная индукционная характеристика, считающаяся совпадающей с характеристикой, построенной указанным способом, то по этим данным можно найти сопротивление рассеяния. Для этого, например, от точки А₁, соответствующей номинальному напряжению, надо от­ложить отрезок A₁O₁ = АО и через точку О₁ параллельно начальной части характеристики холостого хода провести луч О₁В₁ до пересече­ния с XXX. в точке В₁. По длине перпендикуляра В₁С₁ находится величина x_σa.

Однако опытная индукционная характеристика не совпадает с характеристикой, построенной перемещением характеристического треугольника, а отклоняется от нее вправо, кривая 2 на рис. б, по следующей причине. С ростом i_f увеличиваются насыщение по­люсов и их магнитное сопротивление, что требует дополнительного увеличения МДС F_f. Тогда исходной точкой для построения тре­угольника будет не точка А₁, а точка А₂. Треугольник А₂В₂O₂ расположится правее А₁В₁O₁, а его высота увеличится. В результате получим:

параметр х_р называется индуктивным сопротивлением Потье или расчётным индуктивным сопротивлением рассеяния обмотки якоря:

х_р = (1,05-1,10)x_σa у неявнополюсных СМ и

х_р=(1,10-1,30)x_σa у явнополюсных СМ.

Иногда использование в расчётах х_р вместо x_σa даёт лучшее совпадение результатов расчёта и опыта.