pdf.php@id=6159.pdf

§32-5. Магнитные поля и параметры успокоительной обмотки

Внормальных установившихся режимах работы многофазной синхронной машины основная гармоника н. с. реакции якоря вращается синхронно с ротором, неизменна По величине и по­ этому токов в успокоительной или пусковой обмотке, располо­ женной в полюсных наконечниках, не индуктирует.

При этих условиях относительно небольшие токи в стержнях ус­ покоительной обмотки индуктируются только в результате действия

высших гармоник н. с. обмотки якоря и зубцовых пульсаций маг­ нитного поля. Эти токи вызывают добавочные потери, которые учи­ тываются при определении к. п. д.

Однако при неустановившихсЯ, несимметричных и других особых режимах работы потоки основных гармоник поля реак­ ции якоря Фа4 и Ф„9 изменяются или пульсируют во времени и индуктируют в успокоительной обмотке значительные по ве­ личине токи.

Распределение этих токов в стержнях успокоительной или пус­ ковой обмотки показано на рис. 32-17, а и 32-18, а. Эти токи создают в воздушном зазоре магнитные поля определенной формы, которые можно разложить на основную и высшие гармоники (рис. 32-17, б и 32-18, б). Основные гармоники поля успокоительной обмотки

обусловливают явление взаимной индукции с обмоткой якоря, а высшие гармоники образуют поле дифференциального рассеяния успокоительной обмотки. Кроме того, существуют также поля па­ зового и лобового рассеяния успокоительной обмотки.

Ротор явнополюсной синхронной машины в магнитном отно­ шении несимметричен. Кроме того, его успокоительная или пуско­ вая обмотка несимметрична и в электрическом отношении, так как контуры токов, составляемые стержнями и участками торцевых

как отдельную обмотку или отдельную цепь тока. Для каждого такого контура по отдельности можно составить уравнение напря­ жения или второе уравнение Кирхгофа, причем эти уравнения будут независимы друг от друга, а сопротивления и индуктивности каждого контура различны. В уточненной теории переходных про­ цессов и других особых режимов действие успокоительной обмотки учитывается именно так. Однако для большинства практических целей задачу можно упростить, и рассматривать по каждой оси одну эквивалентную успокоительную обмотку, с эквивалентными токами /у^, / у, и эквивалентными параметрами. Можно считать, что такие эквивалентные обмйтки представляют собой короткозамкнутые витки с полным шагом (рис. 32-19). Активные сопротив­ ления гуй, Гуд и индуктивности Ьуя эквивалентных успокоитель­ ных обмоток по разным осям различны.

То ки и параметры успокоительных обмоток также можно привести

кобмотке якоря. При этом взаимная индуктивность с обмоткой яко­ ря для продольной оси будет равна Ьаа, а для поперечной оси Ьад- Полные приведенные собственные индуктивности успокоительной обмотки будут:

где Ь'ауа и Ь’ауд — приведенные индуктивности рассеяния успокои­ тельной обмотки соответственно для продольной и поперечной осей.

мотки протекает ток, равный сумме продольного и поперечного токов стержня (рис. 32-17 и 32-18), и ввиду разных направлений этих токов суммарные токи стержней, расположенных симметрично относительно центра полюсного наконечника, различны.

Неявнополюсные синхронные машины имеют массивный ро­ тор, обычно лишены специальной успокоительной обмотки, и роль последней играет само тело ротора. Это же справедливо для явнополюсных машин с массивными полюсами. Действие мас­ сивного ротора и массивных полюсов также можно заменить действием эквивалентных успокоительных обмоток.

Для неявнополюсной машины, имеющей цилиндрический ротор, параметры таких обмоток для обеих осей можно принять одинако­

выми. Ввиду поверхностного эффекта параметры г'ул, г'УЯ, Ь'аУ4 и Ь.'ау9 переменны и зависят от частоты или скорости изменения токов 1уа, 1уч. Строго говоря, это же справедливо и для обычных успо­ коительных и пусковых обмоток, так как сечение стержней этих обмоток достаточно велико.

Некоторое действие оказывают также вихревые токи, индукти­ руемые при изменении Фай и Фад в элементах магнитной цепи ротора явнополюсной машины, имеющей полюсы из листовой ста­ ли. Это эквивалентно наличию некоторой дополнительной успокои­ тельной обмотки. Однако этот эффект мал и обычно не учитывается.

Следует отметить также, что приведенная взаимная индуктив­ ность между обмоткой возбуждения н успокоительной больше,

арассеяние между ними Меньше, чем между этими двумя обмотками

иобмоткой якоря. Это обусловлено тем, что указанные две обмотки расположены на индукторе поблизости и неподвижны относителвно друг друга. Ввиду последнего обстоятельства взаимная индуктив­ ность обмоток возбуждения и успокоительной обусловлена также

высшими гармониками их полей в воздушном зазоре. То же самое характерно и Для двухклеточного асинхронного двигателя, в кото­ ром взаимная индуктивность между обмотками ротора также больше, чем между обмотками ротора и обмоткой статора (см. § 27-2 и рис. 27-6). Однако в синхронных машинах этим обстоятельством часто пренебрегают.

Необходимо также подчеркнуть, что взаимная индукция между поперечной успокоительной обмоткой и обмоткой возбуждения отсутствует.

Вопросы расчета параметров успокоительных обмоток рассматри­ ваются в пособиях по проектированию и в более обширных руковод­ ствах и монографиях по электрическим машинам [21 — 23, 49, 631.

Глава тридцать третья

РАБОТА МНОГОФАЗНЫХ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ПРИ СИММЕТРИЧНОЙ НАГРУЗКЕ

§ 33-1. Основные виды векторных диаграмм напряжений синхронных генераторов

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

При этом диаграммй рис. 33-1 можно несколько видоизменить, как показано на рис. 33-2. На диаграммах рис. 33-2, кроме того, направ­ ления векторов падений напряжения изменены на обратные. По­ этому диаграмма рис. 33-2 соответствует уравнению напряжения вида

которое получается из уравнения (33-5) путем переноса соответ­ ствующих членов из одной части уравнения в другую. Векторные диаграммы рис. 33-2 и уравнение (33-6) читаются так: э. д. с. Е, индуктируемая в обмотке якоря синхронного генератора током или магнитным полем возбуждения, равна напряжению на зажимах генератора плюс падения напряжения в сопротивлениях обмотки якоря. При исследовании режимов работы синхронной машины

вэнергетических системах обычно пользуются диаграммами вида рис. 33-2.

Необходимо указать на следующие примечательные свойства диаграмм рис. 33-1 и 33-2. Если из точек А на рис. 33-1 и 33-2 про­ вести перпендикулярно вектору 1 отрезки прямых до пересечения

вточке С с вектором Ё или его продолжением (штриховые линии на рис. 33-1 и 33-2), то длины этих отрезков на рис. 33-1 будут равны хад1, а на рис. 33-2 раны хд1. Это следует из того, что в прямоуголь­

ных треугольниках А0.В (рис. 33-1 и 33-2) угол при вершине А равен т|>, и поэтому для рис. 33-1

Этим свойством можно воспользоваться для построения диа­ грамм в случае, когда заданы V, I и ф и необходимо найти Е. Тогда путем построения отрезков АО, сначала находят направление век­ тора Ё и, следовательно, угол 1]з. После этого ток / можно раз­ ложить на составляющие 1а, 1д и построить всю диаграмму.

На рис. 33-3 наряду с построением отрезка АО = хд1 показаны также некоторые другие дополнительные построения и величины получаемых при этом отрезков, что дает более полное представление о соотношениях, характерных для векторной диаграммы явнопо­ люсной синхронной машины.

Неявнополюсная машина. В этом случае хад — хаа, хд — ха, поэтому нет необходимости разлагать ток / на составляющие / й

и /„ и можно откладывать на диаграмме падения напряжения \х аЛ1 и ]ха1. Вместо диаграмм рис. 33-1, а и 33-2, а тогда получим диаграммы рис. 33-4, а и б.

Для исследования некоторых вопросов явнополюсную машину иногда заменяют эквивалентной неявнополюсной машиной, у ко­ торой синхронное сопротивление по обеим осям равно х ч рассмат­ риваемой явнополюсной машины. Такая эквивалентная мащина

Рис 33-3 Характерные соотРис. 33-4. Векторные диаграммы напряженошения в диаграмме иапряний неявнополюсного синхронного геПеражений явнополюсного синтора

хронного генератора

имеет вместо э. д. с. Е эквивалентную э. д. с. возбуждения Е 0 (см. рис. 33-3), причем угол нагрузки в не изменяется. Необходимо иметь в виду, что при постоянном токе возбуждения и постоянной

э.д. с. Е величина э. Д. с. при изменении нагрузки меняется. Векторные диаграммы рис. 33-1 — 33-4 справедливы для любого

установившегося режима работы синхронного генератора, если в каждом случае пользоваться значениями параметров ха<г, хач или ха, х ч, соответствующими реальному состоянию насыщения магнитной цепи в рассматриваемом режиме работы. Однако при различных режимах работы насыщение магнитной цепи различно и определение точных насыщенных значений указанных параметре» связано с определенными трудностями. Подробнее этот вопрос из­ ложен в § 33-3.

§ 33-2. Характеристики синхронных генераторов

Среди разнообразных характеристик синхронных генераторов отдельную группу составляют характеристики, которые опре­ деляют зависимость между напряжением на зажимах якоря (/, током якоря I и током возбуждения 1Г при / = или п = па и ф = сош( в установившемся режиме работы. Эти характери­ стики дают наглядное представление о ряде основных свойств синхронных генераторов.

Они могут быть построены по расчетным данным, с помощью векторных диаграмм, нлн по данным соответствующих опытов.

Рис. 33-Б. Схемы для опытного определения характеристик синхрон­ ных генераторов

Характеристики явнополюсных и неявнополюсных генераторов в основном одинаковы.

Схемы для снятия рассматриваемых ниже характеристик опыт­ ным путем изображены на рис. 33-5. На рис. 33-5, а обмотка якоря Я нагружается с помощью симметричных регулируемых нагрузоч­ ных сопротивлений 2ИТ (например, трехфазный реостат и трехфаз­ ная индуктивная катушка, включаемое параллельно).

На рис. ЗЗ-б, б генератор нагружается на сеть IIс через индук­ ционный регулятор напряжения (см. § 29-1), или регулируемый трехфазный трансформатор, или автотрансформатор РТ. Активная мощность генератора в обоих случаях регулируется путем изме­ нения момента двигателя, вращающего генератор. В схеме рис. 33-5,6 воздействие на РТ изменяет напряжение генератора и его реактив­ ную мощность или соз <р, На практике удобно пользоваться схемой рис. 33-5, б.

На рис. 33-5 предполагается, что обмотка возбуждения ОВ пи­ тается ог-постороннего источника. Регулирование тока в обоих