Вопросы и задания

1. Как выводятся упрощенные уравнения явнополюсного и неявнополюсного СГ?

2. Поясните построения векторных диаграмм для явнополюсного и неявнополюсного СГ.

4.6 Характеристики холостого хода,

нагрузочная и короткого замыкания СГ

Среди разнообразных характеристик синхронных генераторов отдельную группу составляют характеристики, которые определяют зависимость между напряжением на зажимах якоря U, током якоря I и током возбуждения I_f при f=f_ном или п=п_ном и φ=const в установившемся режиме работы. Эти характеристики дают наглядное представление о ряде основных свойств синхронных генераторов и могут быть построены по расчетным данным, с помощью векторных диаграмм, или по данным соответствующих опытов. Характеристики явнополюсных и неявнополюсных генераторов в основном одинаковы.

Характеристика холостого хода (х.х.х.) определяет зависимость Е=f(I_f) при I=0 и f=f_ном. Если х.х.х. различных синхронных генераторов изобразить в относительных единицах, то они будут мало отличаться друг от друга. Такие х.х.х. называются нормальными (рис.4.8). Форма х.х.х. повторяет форму безгистерезисной кривой намагничивания электротехнической стали магнитопровода обмотки возбуждения СГ.

Характеристика короткого замыкания (х.к.з.) снимается при замыкании зажимов всех фаз обмотки якоря накоротко (симметричное короткое замыкание) и определяет зависимость I=f(I_f) при U=0 и f=f_ном.

Если пренебречь весьма незначительным активным сопротивлением якоря (R_а=0), то сопротивление цепи якоря в режиме короткого замыкания будет чисто индуктивным. Поэтому φ=90°, 1_q=0, I_d=I (рис.4.3,б) и на основании выражения (4.12)

(4.14)

Уравнению (4.14) соответствуют схема замещения рис.4.9,а и векторная диаграмма рис.4.9,б.

При коротком замыкании реакция якоря является чисто размагничивающей, поток Ф_а мал. Поэтому при коротком замыкании магнитная цепь не насыщена и х.к.з. I=f(I_f) прямолинейна (рис.4.10).

По х.х.х. и х.к.з. (рис.4.10) можно рассчитать:

1. Значение продольного синхронного сопротивления х_d. Обычно находят ненасыщенное значение этого сопротивления x_d∞, которое в отличие от насыщенного значения x_d для каждой машины вполне определенное. Чтобы определить x_d∞, для какого-либо значения тока возбуждения, например I_f=ОА по спрямленной ненасыщенной х.х.х. А" находят E_∞= АА" и по х.к.з. - ток I, после чего в соответствии с равенством (4.14) вычисляют

Если вместо Е_∞ в равенство (4.14) подставить значение Е=АА' для того же значения I_f, то насыщенное значение x_d­

(4.15)

2. Отношение короткого замыкания (о.к.з.). Отношением короткого замыкания k_о.к.з. называется отношение к номинальному току якоря I_ном установившегося тока короткого замыкания I_к.з.у при токе возбуждения, который при холостом ходе и п=п_ном дает Е=U_ном:

(4.16)

При Е=U_ном и в соответствии (4.15)

(4.17)

На основании выражений (4.16) и (4.17)

(4.18)

то есть о.к.з. равно обратному значению х_d(o.e). У большинства машин х_d(o.e)>1, и тогда k_о.к.з<1, ток короткого замыкания в указанных условиях меньше номинального. Отсюда можно сделать вывод, что установившийся ток короткого замыкания синхронных генераторов с режима холостого хода вообще не очень велик, что объясняется сильной размагничивающей реакцией якоря.

Поэтому параметр о.к.з. является важным параметром синхронных машин. У судовых СГ обычно k_о.к.з=0,5...1,2.

Нагрузочная характеристика определяет зависимость U=f(I_f) при I=const, cosφ=const и f=const и показывает, как изменяется напряжение генератора U с изменением тока возбуждения I_f при условии постоянства тока нагрузки I и cosφ. Из числа разнообразных нагрузочных характеристик наибольший практический интерес представляет так называемая индукционная нагрузочная характеристика (кривая 2 на рис.4.11,а), которая соответствует чисто индуктивной нагрузке генератора, когда cosφ=0 (инд.), снимаемая при I=I_ном.

Векторная диаграмма синхронного генератора при cosφ=0 (инд.) изображена на рис.4.11,б, причем принято R_a=0. Из этой диаграммы видно, что в режиме индукционной характеристики существует чисто продольная размагничивающая реакция якоря (I_q=I·cosφ=0, I_d=I·sinφ=1). Поэтому индукционная характеристика (кривая 2 на рис.4.11,а) идет ниже характеристики холостого хода (кривая 1). Точка А соответствует симметричному установившемуся короткому замыканию генератора при I=I_ном, когда U=0.

По совокупности х.х.х. и нагрузочной характеристики можно рассчитать внешние и регулировочные характеристики СГ.