8. Векторные диаграммы сг при насыщенном магнитопроводе. Диаграмма Потье.

Учёт насыщения при построении векторных диаграмм позволяет более точно проанализировать режимы работы генераторов. Такой учёт представляется необходимым для современных генераторов, характеризующихся повышенной интенсивностью магнитных полей и процессов.

Сложившиеся методики учёта насыщения базируются, как правило, на использовании основных кривых намагничивания и насыщенных значений индуктивных параметров машины.

Методика построения векторных диаграмм для насыщенных неявнополюсных генераторов.

При построении диаграммы используется математическая модель машины с насыщенным магнитопроводом, уравнения которой для неявнополюсной машины принимают вид:

(1)

(2)

(3)

(4)

Исходными данными при построении диаграммы считаем векторы и . Обычно диаграмма строится на плоскости графика, где построена характеристика холостого хода, при этом полюс диаграммы совмещён с началом координат. Такая диаграмма называется диаграммой Потье, по фамилии автора. Вид диаграммы Потье, построенной при I=I_н и допущении r_a=0, показан на рис.

Рис. Диаграмма Потье для неявнополюсного генератора

Диаграмма Потье

Диаграмма Потье строится следующим образом. Сначала на плоскость чертежа наносим исходные векторы и , согласуя масштаб напряжения с характеристикой холостого хода. Затем, реализуя уравнение (1) при принятом допущении, находим вектор

Перенося этот вектор на ось ординат и пользуясь характеристикой холостого хода, находим значение - результирующую МДС ( ), выраженную в масштабе тока возбуждения. Заметим, что величина , определяемая ординатой точки С’ на характеристике холостого хода, определяет степень насыщения магнитной цепи в данном режиме работы. После определения и приступаем к построению треугольника МДС в соответствии с (4). Для этого к концу вектора прибавляем вектор - МДС реакции якоря выраженной в масштабе тока возбуждения. Обратим внимание на то, что этот вектор сдвинут относительно тока на угол из-за предварительного поворота на этот угол вектора . Разность двух векторов, и (на диаграмме и - ), согласно (4), и будет определять искомое значение МДС возбуждения , а точнее, искомый ток возбуждения в принятых масштабах измерения. Перенеся вектор на ось абсцисс и пользуясь характеристикой холостого хода, найдем напряжение на зажимах генератора после сброса нагрузки U₀. Если диаграмму построить для номинального тока якоря, то разность U₀-U= ΔU_н определит номинальное изменение напряжения, а значит, и жёсткость внешней характеристики генератора для заданной нагрузки. Аналогично, по разности определяется жесткость регулировочной характеристики генератора при заданной нагрузке.

Обычно при построении диаграммы Портье вместо используют x_p, что даёт более точные результаты, так как при этом учитывается дополнительное насыщение магнитной цени индуктора от потоков рассеяния возбуждения.

Построение векторных диаграмм для насыщенных явнополюсных синхронных генераторов весьма затрудняется тем, что исходная математическая модель должна учитывать взаимное влияние потоков и , на насыщение магнитопровода по осям d и q. В литературе излагаются различные методы и подходы для учёта указанных обстоятельств. Однако практически каждый из них является приближенным. Наиболее грубым, но, тем не менее, дающим удовлетворительные результаты является такой метод, согласно которому векторная диаграмма для явнополюсной машины строится так же, как и для машины неявнополюсной. Это означает, что условия насыщения для результирующего магнитного потока в зазоре принимаются такими же, как и для потока по продольной оси .