§ 6.7. Диаграммы э, д. С. Синхронных генераторов

Изменение нагрузки синхронного генератора вызывает изменение напряжения на его зажимах. Изменение напряжения происходит под влиянием реакции якоря, воздействующей на основной магнитный поток; потока рассеяния в статоре и активного сопротивления обмотки статора.

Изменение напряжения на зажимах синхронного генератора при изменении нагрузки является одной из основных величин, определяющих свойства генератора. Факторы, влияющие на величину напряжения синхронного генератора, проще всего изобразить графически в виде основной диаграммы э. д. с. При построёнии этой диаграммы условно принимается, что продольный и поперечный потоки реакции якоря и и поток рассеяния , независимы как от основного потока Ф, так и друг от друга, и наводят в обмотке статора соответствующие э. д. с. и . Если еще учесть э. д. с. активного сопротивления и геометрически сложить все э. д. с., то будет получено напряжение U на зажимах генератора.

Диаграмма строится в следующем порядке (рис. 6.14). Вертикально вверх откладывается вектор тока . Предположим, что э. д. с. опережает ток на некоторый угол , отложим вектор э. д. с. под заданным углом против часовой стрелки. Ток I может быть разложен на его составляющие: активную , создающую поперечную м. д. с. реакции якоря; и индуктивную , создающую продольную м. д. с. реакции якоря. Потоки и , совпадают по фазе с токами и . Каждый из этих потоков создает свою э. д. с. и , которые отстают на от соответствующих магнитных потоков.

Поток рассеяния создается токомI и совпадает с ним по фазе, а наводимая им э. д. с. отстает по фазе от тока на 90°. Э. д. с. активного сопротивления создается током I и ее вектор сдвинут

относительно вектора тока на 180°.

Если теперь сложить все э. д. с. в определенной последовательности: , то .будет получен вектор напряжений . Угол сдвига фаз между токомI и напряжением U определяется углом , зависящим от нагрузки.

С помощью основной диаграммы могут быть построены упрощенные диаграммы для определения изменения напряжения. При этом надо иметь в виду, что э. д. с. и , наводимые потоками и могут быть выражёны через соответствующие токи исоздающие эти потоки, и сопротивленияи. Они будут равны:

,

,

где и— соответственно индуктивные сопротивления поперечной и продольной реакций якоря.

Э. д. с. , создаваемая потоком рассеяния , может быть разложена на две составляющие: одну, направленную вдоль вектора, и вторую, направленную перпендикулярно к ней. Угол bас между векторами и второй составляющей равен углу . Откуда

,

.

Из диаграммы следует, что

,

.

Суммарные сопротивления иназываются продольным и поперечным синхронными индуктивными сопротивлениями машины.

У ненасыщенных машин с неявновыраженными полюсами параметры и можно считать постоянными. Однако при насыщении стали машины параметр уменьшается, так как продольная составляющая реакции якоря проходит по более длинному пути в стали, чем поперечная, которая большую часть пути проходит по воздуху и поэтому не зависит от насыщения стали. Основная диаграмма э. д. с. может быть преобразована и представлена в более простом виде (рис. 6.15). При построении этой диаграммы пренебрегают активным сопротивлением обмотки статора из-за его незначительной величины (рис. 6.15, а). При индуктивной нагрузке э. д. с. направлена навстречу э. д. с, , так как продольная м. д. с. реакции якоря размагничивает генератор. В результате этого с увеличением нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается.

При емкостной нагрузке (рис. 6.15, б) э. д. с. направлена согласно э. д. с. , так как продольная м. д. с. в этом случае намагничивает генератор, и напряжение его на зажимах увеличивается.

Для ненасыщенного генератора с неявновыраженными полюсами, у которого , может быть составлена упрощенная диаграмма (рис. 6.16). Если известно синхронное индуктивное сопротивление генератора , то при его работе с номинальной нагрузкой диаграмма строится следующим образом. Вектор тока откладывается вертикально вверх. Под угломк вектору тока

откладывается вектор напряжения . Из конца этого вектора перпендикулярно вектору откладывается вектор. Тогда замыкающий вектор Od будет представлять собой э. д. с. на зажимах генератора, поэтому

.

Если из конца вектора опустить перпендикулярfa на вектор , то получится прямоугольный треугольник afd со сторонами: гипотенуза , катет и катет , угол .

У генераторов с явновыраженными полюсами и у насыщенных машин действительное значение меньше, чем у ненасыщенных машин. В этом случае для определения изменения напряженияза синхронное индуктивное сопротивлениеможет быть принято насыщенное значение, определяемое по характеристике холостого хода и нагрузочной характеристике.

Векторные диаграммы э. д. с. синхронного генератора позволяют изучить работу машины под нагрузкой, определить необходимую величину э. д. с. при различных режимах работы и нагрузках [,;].