12.4. Ерс синхронного генератора

Істотною ознакою, за якою розрізняють неявно і явнополюсні синхронні машини, є різний магнітний опір для потоку якоря,діючого по поздовжній і поперечніймагнітними осями. Така різниця пояснюється розміром повітряного проміжку: рівномірному по всьому колі у неявно полюсній машині і різко зростаючої у явнополюсній за полюсним башмаком у зоні між полюсного простору (див. рис. 12.1).

Ця обставина змушує у явнополюсній машині умовно розділяти результуючий магнітний потік якоря Ф_я на складові по осяхі, вважаючи, що діючи по них потоки, відповідноінаводять "власні" ЕРСі.

.Як і в трансформаторах (див. п. 8.4) існує потік розсіювання , а наводить ЕРСЕ_роз.

Таким чином повна ЕРС навантаженого неявнополюсного генератора

(12.2)

де ЕРС пропорційна потоковіФ_я, тобто струмові. На основі цього ЕРСЕ_я можна розглядати як ЕРС самоіндукції, індуковану в обмотці якоря, і представити у виглядідеіндуктивний опір, зумовлений потоком реакції якоря. Аналогічно розсіювання, де, - індуктивний опір зумовлений потоком розсіювання.

Отже, рівняння (12.2) дістає вигляд

(12.3)

де - синхронний індуктивний опір.

Згідно другого закону Кірхгофа напруга неявнополюсного генератора, де- опір обмотки статора. Величина звичайно дуже незначна, тому можна прийняти; тоді

(12.4)

У навантаженого явнополюсного генератора ЕРС

(12.5)

а напруга

(12.6)

Це рівняння можна перетворити, ввівши, аналогічно попередньому, поняття про індуктивні опори по повздовжній () і поперечній () осям і прийнявши.

12.5. Характеристики і зміна напруги синхронного генератора

Зовнішні характеристики синхронного генератора представляють залежність при незмінному струмі, і частоті обертання. Побудуємо їх для неявнополюсного генератора за допомогою векторних діаграм згідно рівняння (12.4).

Підбираючи значення струму збудження домагаємося положення, при якому номінальному струму , відповідає номінальна напруга. Знижуючи струм навантаження до нуля, отримуємо напругу при холостому ході. Побудувавши векторні діаграми для різних характеристик навантаження, побачимо, як відрізняються відповідні їм значення.

При активному навантаженні (рис 12.4а) вектори струму і напруги, співпадають за фазою (); під кутом 90° проведений вектор, а вектор є гіпотенузою прямокутного трикутника, тобто, або

Рис 12.5. Зовнішні (а) і регулювальні (б) характеристики синхронного генератора

Рис. 12.4. Векторні діаграми неявнополюсного синхроного двигуна

При активно-індуктивному навантаженні (рис. 12.4б) вектор

відстає від вектора на кут, а вектордобудований до кінця вектора напруги, перпендикулярно до вектора струму. Отриманий вектор зріс ще більше у порівнянні з попереднім випадком; знову.

При активно-ємнісному навантаженні (рис. 12.4в) вектор випереджує векторна кут; аналогічно попередньому проведений вектор. Тепер вже, тобто

Викладене дозволяє побудувати зовнішні характеристики при різних характеристиках навантаження (рис. 12.5а).

Отже, при чисто активному і активно-індуктивному навантаженняхнапруга генератора зі зростанням струму зменшується, а при активно-ємнісном навантаженні- зростає. Це пояснюється тим, що в останньому випадку діє поздовжньо-намагнічувальна реакція якоря, що збільшує магнітний потік, а у двох перших - повздовжньо-розмагнічувальна, що зменшує потік. При чисто активному навантаженніобмотка статора володіє значною індуктивністю.

Номінальною зміною напруги синхронного генератора називається зміна напруги на виводах окремо працюючого генератора при зміні навантаження від номінального до холостого ходу.

При активно-ємнісному навантаженнні зміна напруги буде від'ємною величиною.

Зміна напруги синхронних генераторів достатньо велика: , що ускладнює роботу споживачів. В даний час досконалі швидкодіючі регулятори дозволяють підтримувати заданий рівень напруги З їх допомогою за необхідним законом змінюється струм збудження, а значить і магнітний потік. Як потрібно регулювати струм збудження, щоб при зміні навантаження напруга синхронного генератора залишалася незмінною ,показують регулювальні характеристики.

Регулювальні характеристики представляють собою залежність струму збудження від струму навантаження при. Вигляд регулювальних характеристик при різному характері навантаження показаний на рис. 12.5, причому вважається, що у всіх трьох випадках напруга.однакова.

Вигляд регулювальних характеристик пояснюється також характером дії реакції якоря. При відстаючому струмідля компенсації її впливу на потік і напругу зі збільшенням струму навантаження зі збільшенням струму навантаженнянеобхідно збільшувати струм збудженняПри чисто активному навантаженнірозмагнічуюча повздовжня реакція якоря слабка і вимагається менше збільшення. При випереджаючому струмідля збереження постійності напруги необхідно зі збільшенням струмузменшити струм.