Векторные диаграммы синхронного генератора

Уравнение (11.6) не дает возможности составить представление о том, как изменяется напряжение при изменении нагрузки генератора. Для выяснения этого следует построить векторные диаграммы при различных нагрузках.

Рис.  11.5. Векторные диаграммы синхронного генератора

Построение векторной диаграммы можно начать с вектора ЭДС Е₀ (рис. 11.5, а). Зная, что к генератору подключена, например, активно-индуктивная нагрузка, под углом ψ к вектору ЭДС Е₀откладываем вектор тока I. Под углом φ к вектору тока I следует провести линию ОА, на которой в дальнейшем будет расположен вектор напряжения генератора U. Так как ток I должен отставать по фазе на 90° от индуктивного падения напряжения jIx_c , то из конца вектора ЭДС Е₀ следует опустить перпендикуляр БВ на вектор тока. Точка Г определит конец и начало векторов напряжения U и падения напряжения jIx_c . В соответствии с (11.6) сумма векторов напряжения Uи падения напряжения jIx_c должна быть равна вектору ЭДС E₀ .

Учитывая, что постоянные по значению вращающиеся магнитные потоки могут быть заменены эквивалентными пульсирующими потоками, изменяющимися во времени по синусоидальному закону, на векторной диаграмме рис. 11.5, а можно изобразить векторы потоков Ф₀ и Ф_я1, а также вектор результирующего потока Ф, сцепленного с обмоткой якоря. Чтобы выяснить связь между векторами указанных потоков, обратимся к уравнению (11.6):

U = E₀ - jIx_c = Е₀ + E_я1.

ЭДС E₀ и E_я1, индуктируемые потоками Ф₀ и Ф_я1, можно заменить эквивалентной ЭДС якоряЕ, индуктируемой результирующим потоком Ф, U = E = E₀ + E_я1.

Так как ЭДС пропорциональны соответствующим магнитным потокам, то вместо последнего выражения можно написать

Ф = Ф₀ +  Ф_я1 . (11,9)

В соответствии с (11.9) на рис. 11.5, а произведено построение вектора результирующего потока Ф. Как видно, все ЭДС отстают от соответствующих потоков на 90°. Магнитный потокФ_я1 совпадает по фазе с возбуждающим его током I. Из подобия треугольников ОБГ и ОДЖ (рис. 11.5, а) вытекает, что ЭДС Е₀ сдвинута по фазе относительно напряжения U_n на такой же угол θ, на какой магнитный поток Ф₀ сдвинут по фазе относительно потока Ф. Тот же угол θ при данной нагрузке генератора существует и между пространственными векторами МДС F₀ и F (рис. 11.5, б), а значит, и между осями магнитных потоков Ф₀ и Ф генератора.

Рассмотренная диаграмма (рис. 11.5, а) соответствует активно-индуктивной нагрузке. На рис. 11.5, в и г приведены диаграммы, построенные для тех же ЭДС Е₀ и тока I, что на рис. 11.5, а, но для активной и активно-емкостной нагрузок. Диаграмма, изображенная на рис. 11.5, д, соответствует работе генератора вхолостую.

При работе генератора вхолостую приемники отключены, и в полученных ранее выражениях следует считать z_п = ∞. В этом случае I = 0, поэтому Iх_с = 0, U= Е₀, Ф = Ф₀.

Увеличение количества подключенных к генератору приемников (уменьшение сопротивленияz_п) приводит к увеличению тока I, в результате чего Iх_с и Ф_я1 также возрастают. Как видно из векторных диаграмм, при увеличении активной и особенно активно-индуктивной нагрузки магнитный поток Ф и напряжение U уменьшаются, тогда как при увеличении активно-емкостной нагрузки они возрастают. Угол θ при увеличении нагрузки генератора во всех случаях увеличивается.