15.4. Уравнение электрического состояния фазы синхронного генератора

Магнитное поле нагруженной синхронной машины возбуждается не только постоянным током в обмотке ротора, но и переменными токами в фазных обмотках статора (якоря). Следовательно, в синхронных машинах, как и в машинах постоянного тока (см. § 13.6), имеет место реакция якоря — воздействие МДС якоря на главное магнитное поле машины.

Физически в синхронной машине существует лишь одно результирующее поле, складывающееся из постоянного магнитного поля вращающегося с угловой скоростью w ротора, магнитного поля рассеяния статора (см. рис. 14.13) и вращающегося синхронно с ротором магнитного поля реакции якоря. Но, пренебрегая влиянием гистерезиса и насыщения магнитопровода (линейная цепь), целесообразно рассматривать эти магнитные поля как существующие независимо друг от друга, создающие с фазной обмоткой статора независимые потокосцеплепия и индуктирующие в пей соответствующие ЭДС [см. (2.33)]. При этом для анализа процессов в синхронной машине можно воспользоваться комплексным методом.

В нагруженном синхронном генераторе потокосцепление поля ротора с фазной обмоткой статора Y₀ [см. (14.106)] индуктирует в ней ЭДС

E.₀ = –jwY.₀, , (15.2a)

равную ЭДС холостого хода, потокосцепление рассеяния Y_рас индуктирует ЭДС

E._рас = –jwY._рас = –jx_расI., (15.26)

где I. – ток в обмотке статора; x_рас — индуктивное сопротивление

рассеяния, и, наконец, потокосцепление реакции якоря Y_р.я индуктирует в обмотке статора ЭДС

E._р.я = –jwY._р.я = –jx_яI., (15.2в)

где x_я — индуктивное сопротивление якоря.

При таком истолковании процессов ЭДС E.₀, индуктируемая в фазной обмотке потокосцеплением Y.₀, равна сумме напряжений jx_расI., jx_яI. и r_вI. на индуктивных х и -v и активном г сопротивлениях фазной обмотки и напряжения между выводами фазной обмотки синхронного генератора U. Следовательно, уравнение электрического состояния фазы статора синхронного генератора записывается в виде

E.₀ = U. + [r_в + j(х_рас + x_я)]I. = U. + (r_в + jх)I., (15.3)

где x_рас + x_я = x — индуктивное сопротивление фазной обмотки статора, называемое синхронным реактивным (индуктивным) сопротивлением. У синхронной машины с ненасыщенным магнитопроводом это — относительно постоянная величина.

Падение напряжения на синхронном реактивном сопротивлении xI неявнополюсных синхронных машинах составляет при номинальной нагрузке до 20% номинального фазного напряжения. Значительное синхронное реактивное сопротивление полезно, так как в случаях коротких замыканий между выходными выводами генератора оно ограничивает ток. Активное сопротивление фазной обмотки статора весьма мало. Обычно падение напряжения на активном сопротивлении фазной обмотки при номинальной нагрузке составляет для генераторов большой мощности 1–2% номинального фазного напряжения. В большинстве расчетов им можно поэтому пренебречь; будем учитывать его лишь в некоторых случаях.