УстрАСУ / Конспект УАСУ

312

машины получено выражение электромагнит-

(статора для классической СМ). В классической СМ ведущим звеном в генераторном режиме является вращающийся индуктор и ось его полюсов по направлению вращения на

знакасопровождается изменением знака электромагнитного момента, т. е. режима работы СМ (генератор—двигатель или наоборот). Угловые характеристики позволяют выяснить все принципиально возможные режимы работы СМ. Не рассматривая здесь детально вопросы параллельной работы СМ с сетью, предположим, что исследуемая СМ подключена к сети бесконечной мощности,

характеризуемой Если рассматриваемая СМ приводится во вращение с синхронной частотой

электромагнитную мощность, которую он отдает в сеть на общую нагрузку совместно с другими генераторами этой сети. Электромагнитный момент при этом является моментом сопротивления по отношению к внешнему приводу. Примагнитные линии при

312

313

синхронном вращении полюсов проходят не радиально, как показано на рис. 7.8, и вызывают силу магнитного тяжения (тангенциальную составляющую электромагнитной

приобретает скорость выше синхронной, как говорят, выходит из синхронизма. Участок

характеризуют устойчивую работу СМ с сетью. Критерием статической устойчивости является, ПриСМ выпадает из синхронизма и теряет работоспособность. Очевидно, что явно-полюсные СМ обладают большей, Перегрузочная способность

313

314

характеризует запас статической устойчивости и для неявнополюсной СМ в соответствии с (7.18) определяется при и как

оси. Синхронизирующая мощность и перегрузочная способность в равной мере относятся и к двигательному режиму

Режим называют режимом идеального XX, при котором(момент сопротивления на валу для привода также"

равен нулю). При этом активная составляющая тока статора равна нулю, а реактивная

нагрузкой емкостного характера, используется в качестве синхронного компенсатора для повышения коэффициента мощности сети с потребителями индуктивного характера.

синхронный компенсатор представляет собой перевозбужденную СМ в режиме реального

314

315

работоспособность. Критерий устойчивости и перегрузочная способность, как и для генератора, определяются соотношениями (7.23) и (7.24), и пути их повышения те же. Если при некотором значении момента сопротивления существенно меньшем номинального значения, снижать ток возбуждения и довести его до нуля, то двигатель переходит в режим синхронного реактивного. Модель реактивного .синхронного двигателя, поясняющая физическую картину возникновения силы магнитного тяжения и электромагнитного момента, представлена на рис. 7.9. Здесь же показано отсутствие добавочного параметрического момента в неявнополюсной СМ, что следует и из соотношения (7.21) при =, Синхронный реактивный двигатель развивает только момент так как . Предельной нагрузкой реактивного двигателя является ■, при При двигатель выходит из синхронизма. Критерием статической устойчивости является а перегрузочная способность

7.2.ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СГ

Свойства синхронных генераторов в установившемся режиме описываются его характеристиками — графическими зависимостями между основными характерными величинами.

315

подобна магнитной характеристике, получаемой в результате расчета магнитной цепи на основе закона полного тока. На рис. 7.10 приведены экспериментальная (1)

генератора (рис. 7.Ц). На рис. 7.12 приведены векторные диаграммы ЭДС для режима

является потоком рассеяния). В силу этого магнитная система не насыщена, и

Прииз (7.26) и рис. 7.12 получаем:

- на рис. 7.11: (используется ненасыщенный участок

характеристики XX, так как при КЗ магнитная цепь не насыщена). Если в режиме КЗ установить такой ток возбуждения при котором в режиме холостого хода то при КЗ токубудет соответствовать ток КЗ . Отношение

называют отношением короткого замыкания (ОКЗ). Если ввести относительное

316

Практически используется нагрузочная характеристика при (рис. 7.13, а, кривая 1). Она позволяет совместно с характеристикой холостого хода получить зависимость от насыщения магнитной цепи: Из векторной диаграммы рис. 7.13, б следует,

что позволяет построить зависимость как показано на рис. 7.13, а (с увеличением насыщенияпадает вследствие снижения магнитной проводимости по продольной оси).

Внешниехарактеристики—зависимостипри

= (независимое возбуждение от посторонней сети постоянного тока) и которые являются эксплуатационными характеристиками (рис. 7.14, а). При активной нагрузке (кривая /) поперечная реакция якоря при насыщенной магнитной системе оказывает небольшое

размагничивающее действие. Напряжение снижается в результате некоторого снижения магнитного потока при поперечной реакции якоря и падения напряжения в . При активно-индуктивной нагрузке (кривая 2) возникает продольно-размагничивающая реакция якоря, результирующий магнитный поток снижается в большей

степени, и характеристика проходит ниже, чем при активной нагрузке. При активно-

емкостной нагрузке (кривая 3) имеет место подмагничивающий эффект реакции якоря, результирующий магнитный поток возрастает, что приводит к увеличению напряжения по сравнению с ЭДС XX. При этом увеличение потока ограничено насыщением, а падение напряжения с увеличением тока-не ограничено. В результате кривая 3 имеет максимум. При переменной частоте вращения каждой частоте соответствует свое семейство внецших характеристик. изменяется пропорционально частоте вращения, а ток КЗ в машинах большой мощности не зависит от частоты, как это следует из (7.27). В машинах малой мощности с изменением частоты вращения и частоты тока ток КЗ изменяется в соответствии с (7.26).

317

318

(рис. 7.14, б). Они непосредственно связаны с внешними характеристиками и определяют закон изменения тока возбуждения (посредством автоматического регулятора) для поддержания стабильного напряжения в условиях изменения величины и характера нагрузки. Изменение напряжения по внешним характеристикам компенсируется изменением магнитного потока посредством регулирования потока возбуждения. Авиационные синхронные генераторы работают в условиях изменения нагрузки и ее характера, а потребители электроэнергии требуют стабилизированного напряжения. Поэтому генераторы снабжаются автоматическими регуляторами напряжения, которые автоматически регулируют ток возбуждения, с определенной точностью воспроизводя регулировочные характеристики, и тем самым стабилизируют напряжение в установившемся режиме работы. Регулировочные характеристики являются одними из важнейших для авиационных синхронных генераторов, так как они определяют тип, схему и конструкцию автоматических регуляторов.

В автономно работающих СГ возбуждение регулируется с целью стабилизации напряжения, а в СД — с целью повышения синхронизирующей мощности за счет и динамической устойчивости синхронной работы при ударных (скачкообразных) нагрузках.

" Рассмотренные выше регулировочные характеристики СГ являются статическими, в соответствии с которыми автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) после переходного процесса устанавливают необходимый для стабилизации напряжения в установившемся режиме работы СГ ток возбуждения, зависящий от нагрузки и ее характера. Изменение нагрузки и изменение частоты вращения сопровождаются переходными процессами, в которых отклонение напряжения от заданного номинального уровня определяется динамическими свойствами генератора и АРВ. С точки зрения теории автоматического регулирования в системах электроснабжения ЛА СГ является объектом регулирования, описываемым сложной системой дифференциальных уравнений высокого порядка (7.9), (7.10), в общем случае нелинейных, исследование которых доступно лишь с помощью средств вычислительной техники. Для аналитического исследования СГ как объекта регулирования вводят ряд упрощающих допущений: 1) пренебрегают влиянием на процесс регулирования демпферной обмотки, принимая пренебрегают падением напряжения в активных сопротивлениях якорной обмотки 3) пренебрегают

постоянными времени цепи якоря по продольной и поперечной оси в сравнении с постоянной времени цепи возбуждения; 4) пренебрегают электромагнитной трансформаторной связью между обмоткой якоря и возбуждения Несмотря на существенность указанных допущений в теоретическом плане для

практических целей они оказываются приемлемыми. С учетом этих допущений и постоянной частоты вращения уравнения СГ в отклонениях переменных от исходного установившегося режима принимают вид:

318

319

где— модуль полного комплексного сопротивления набрасываемой или сбрасываемой нагрузки.

Для характеристики СГ как объекта регулирования необходимо получить уравнение, связывающее выходную величину (напряжение генератора) с входной величиной (напряжением возбуждения). При совместном решении уравнений якорных цепей из (7.29) и уравнений нагрузки (7.30), получаем выражения

С учетом (7.31) из (7.29) получаем

Модуль отклонения фазного напряжения

Передаточная функция СГ как объекта регулирования будет

циент усиления, а СГ сучетом принятых допущений — звеном системы автоматического регулирования первого порядка.

автоматического регулирования известно, что с повышением коэффициента усиления объекта регулирования понижается устойчивость объекта. Отсюда следует, что если рассматривать режим активно-индуктивной нагрузки, то наиболее неблагоприятным с точки зрения

устойчивости при автоматическом регулировании является режим, близкий к режиму XX так как при этом возрастают В и коэффициент усиления. При емкостном характере нагрузки рабочий режим при некотором значении проводимости ,

при которой В достигает максимума, с точки зрения устойчивости при автоматическом регулировании менее благоприятен, чем режим XX и режим активно-индуктивной нагрузки.

319

320

7.4. БЕСКОНТАКТНЫЕ СГ ЛА (БСГ)

Отсутствие скользящих контактов в СГ с электромагнитным возбуждением, предназначенных для работы на ЛА, достигается применением бесконтактных систем возбуждения с вращающимся полупроводниковым выпрямителем или специальной конструкции ротора, которая позволяет размещать на статоре обмотку якоря и обмотку возбуждения и в то же время сохраняет периодическую зависимость по углу поворота ротора взаимной индуктивности между обмотками возбуждения и якоря.

7.4.1. БЕСКОНТАКТНЫЕ СГ С ВРАЩАЮЩИМСЯ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ (БЕСЩЕТОЧНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ)

Конструктивная и электрическая схемы БСГ с вращающимся выпрямителем приведены на рис. 7.16. Бесконтактная система возбуждения классического СГ осуществляется следующим образом. На одном валу с ротором основного СГ размещаются две дополнительные электрические машины малой мощности: возбудитель и подвозбудитель, а также вращающийся полупроводниковый выпрямитель, через который бесконтактно питается обмотка возбуждения основного СГ. На статоре находятся обмотка якоря основного СГ ОЯГ, обмотка возбуждения возбудителя ОВВ и обмотка якоря подвозбудителя ОЯЦВ. На роторе

располагаются обмотка возбуждения основного СГ ОВГ, обмотка якоря возбудителя ОЯВ, вращающийся выпрямитель ВВ и индуктор подвозбудителя ИПВ с постоянными магнитами. Конструкция, таким образом, объединяет три машины: основной СГ (СГ с внутренними полюсами,) возбудитель (СГ с внешними полюсами) и подвозбудитель (с внутренними полюсами). При вращении ротора наводится ЭДС в ОЯПВ и создается ток, который выпрямляется и питает ОВВ. Последнее обеспечивает наведение ЭДС в ОЯВ. Ток ОЯВ выпрямляется с помощью ВВ и питает ОВГ, благодаря чему наводится основная ЭДС в ОЯГ. Система оснащена регулятором напряжения Р. ВВ собран по трехфазной мостовой схеме или шестифазной нулевой схеме на кремниевых диодах. В некоторых случаях ВВ размещается внутри полого вала СГ.

Возможны схемы без подвозбудителя, основанные на самовозбуждении основного каскада: генератор-возбудитель.

БСГ с вращающимся выпрямителем имеют хорошие массо-габаритные показатели и регулировочные качества, высокую перегрузочную способность. Однако наличие ВВ

320