Zagryadtskiy_elektr_mashiny_3

резок о′к. Определив угол ψ , можно найти МДС продольной реакции якоря Fad , отрезок кn:

Fad = kad Fa sinψ.

По МДС Fad находится значение ЭДС Еad, отрезок ср. По кривой холостого хода находится МДС обмотки возбуждения ге-

ных сопротивлений по продольной и поперечной осям машины, причем xd > xq. Схематично продольное поле реакции якоря и поле рас-

сеяния, а также схема замещения сопротивления xd приведены на

рис. 1.19. Поперечное поле реакции якоря и рассеяния со схемой замещения сопротивления xq показаны на рис. 1.20.

30

Пример 1. Неявнополюсный ненасыщенный генератор имеет следующие данные: линейное напряжение UЛ=11000 В, ток Iн=460 А,

соsφ =0,8, xc=5,5 Ом

Определить величину ЭДС фазы якоря генератора Е0 .

Решение:

Пользуясь упрощенной векторной диаграммой неявнополюсного ненасыщенного генератора (рис. 1.15), найдем активную и индуктивную составляющие напряжения генератора, а также падение напряжения на синхронном сопротивлении фазы якоря.

Напряжение фазы обмотки якоря

Uн = UЛ3 =110003 = 6358,4B.

Активная составляющая напряжения

Ua =Uн cosϕ = 6358,4 0,8 = 5086,7B.

Индуктивная составляющая напряжения

U p =Uн sinϕ = 6358,4 0,6 =3815B.

Падение напряжения на синхронном сопротивлении˚

Uc = xc Iн = 5,5 460 = 2530B.

Сумма напряжений U p +Uc =3815+ 2530=6345B.

Величина ЭДС Е0 фазы генератора, согласно (1.26), равна

Е0 = (U p +Uc )2 +Ua2 = 63452 +5086,72 =8132B.

Вопросы для самоконтроля

1.Что понимать под синхронным сопротивлением неявнополюсной синхронной машины?

2.Поясните физический смысл сопротивлений xad и xaq .

31

3.Можно ли представить электродвижущие силы, вызываемые потоком реакции якоря и потоком рассеяния, как падения напряжения с обратным знаком на соответствующих сопротивлениях?

4.Чем уравнение напряжения и векторная диаграмма ЭДС неяв-

нополюсного генератора отличается от уравнения напряжения

ивекторной диаграммы явнополюсного генератора?

5.Почему в явнополюсном генераторе синхронное сопротивление по продольной оси не равно синхронному сопротивлению по поперечной оси?

6.Как по диаграмме ЭДС неявнополюсного насыщенного генератора определить величину E0 ?

1.8. Система относительных единиц

Система относительных единиц (о.е.) широко используется для расчета синхронных машин. В случае ее применения за базисные (единичные) величины принимают полную номинальную мощность Sн, номинальные фазные напряжение Uн и ток Iн , вращающий мо-

мент M н, ток возбуждения I f 0 , при котором E0 =Uн, модуль полного сопротивления фазы обмотки якоря Z =Uн Iн .

Тогда в относительных единицах активная мощность представится выражением P* = Р/ Sн, напряжение U* =U /Uн, ток I* = I / Iн, момент M * = М / M н. Активные и индуктивные сопротивления обмот-

ки якоря можно записать следующим образом:

r1* = r1 / Z; xσ* = xσ Z ;

xad* = xad / Z;

xaq* = xaq Z и т.д.

Приведенные величины являются безразмерными. Их значения для явнополюсной синхронной машины с успокоительной обмоткой равны:

- индуктивное сопротивление по продольной оси xad* = 0,5 −1,5; - индуктивное сопротивление по поперечной оси xaq* = 0,3 −0,9; - индуктивное сопротивление рассеяния xσ* = 0,1 −0,3;

- активное сопротивление якоря r1* = 0,002 −0,02.

Применение относительных единиц облегчает расчеты синхронных машин, т.к. приходится иметь дело с величинами близкими к единице. Кроме этого, удобно сравнивать параметры синхронных

32

Характеристика холостого хода. Характеристика холостого хо-

да представляет собой зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения (или от МДС возбуждения) E0 = f (I f ) при токе якоря I = 0 и

постоянной частоте вращения n = n1. Так как ЭДС пропорциональна магнитному потоку (1.17), то кривая E0 = f (I f ) в другом масштабе представляет собой кривую намагничивания Фf = f (I f ).

Характеристика холостого хода, выраженная в системе относительных единиц, близка к так называемой нормальной характеристике холостого хода. Нормальная характеристика холостого хода представляет собой усередненную характеристику, полученную из характеристик холостого хода при испытании многих синхронных машин. Нормальную характеристику можно представить табл. 1, приведенной ниже, а ее вид приведен на рис. 1.22, кривая 1.

В ряде случаев, наряду с реальной криволинейной характеристикой холостого хода, в рассмотрение вводится спрямленная характеристика 2. В этом случае магнитопровод синхронной машины является ненасыщенным.

Для оптимальной работы генератора, а также электрических сетей и потребителей форма кривой ЭДС должна быть практически синусоидальной. В этом случае и ток генератора будет практически синусоидальным.

Характеристика короткого замыкания. Характеристикой ко-

роткого замыкания называется зависимость установившегося тока якоря Iк при замкнутой

накоротко трехфазной обмотке якоря от тока возбуждения I f .

В этом случае U = 0 и n = n1.

34

Рис. 1.23. Характеристика холостого хода – 1, спрямленная характеристика холостого хода

– 2, характеристика короткого замыкания – 3

где E0′ − определяется по спрямленной части характеристики холо-

стого хода.

Вследствие размагничивающей реакции якоря магнитная система машины является ненасыщенной. Поэтому зависимость Iк = f (I f )

имеет прямолинейный характер, характеристика 3 (рис. 1.23). Одним из важных параметров синхронной машины является от-

ношение короткого замыкания (ОКЗ):

где Iko −ток короткого замыкания при токе возбуждения I fo , соответствующий Eo =Uн при холостом ходе, (см. рис. 1.23),

Iн − номинальный ток. При Е0′ =U н ток Ik 0 равен

ОКЗ обратно пропорционально относительному значению индуктивного сопротивления xd* . Отношение короткого замыкания определяет перегрузочную способность генератора. Чем больше воздушный зазор генератора, тем меньше сопротивление xd* и тем больше ОКЗ.

35

напряжение на зажимах генератора уменьшается вследствие падения напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях обмотки якоря, а также вследствие влияния поперечной реакции якоря. При активно-индуктивном токе якоря напряжение генератора (кривая 2) снижается более значительно. Это происходит не только из-за падения напряжения на сопротивлениях машины, но и из-за размагничивающего действия продольной реакции якоря. При активноемкостной нагрузке напряжение якоря (кривая 3) возрастает и становится при одном и том же токе возбуждения больше, чем при активной нагрузке, вследствие намагничивающего действия реакции якоря. Изменение напряжения ∆Uн в генераторе при переходе от хо-

лостого хода к номинальной нагрузке и постоянном токе возбуждения определяется по формуле

где Uн − номинальное напряжение генератора.

Чаще всего генераторы работают с отстающим током с коэффициентом мощности cosϕ = 0,8. В этом случае ∆Uн% = 20...30 %.

Регулировочные характеристики. Регулировочные характери-

стики показывают зависимость тока возбуждения от тока нагрузки I f = f (I).

при U=const, cosφ=const, n=n1. Они представлены на рис. 1.26. При увеличении активной нагрузки напряжение генератора уменьшается. Для поддержания его неизменной величины, необходимо увеличивать ток возбуждения. При активно-

индуктивной нагрузке увеличение тока возбуждения будет более значительным, чем при активной нагрузке, поскольку необходимо скомпенсировать размагничивающее действие реакции якоря. В случае активно-емкостной нагрузки ток возбуждения уменьшается.

Пример 3. Определить изменение напряжения ∆Uн% генератора, если линейные значения ЭДС и напряжения соответственно равны

Е0 =12500 В, а Uн =11000 В.

Решение:

Изменение напряжения ∆Uн% равно

Вопросы для самоконтроля

1.Какие характеристики синхронных генераторов Вы знаете?

Скакой целью они используются?

2.Почему характеристика короткого замыкания носит прямолинейный характер?

3.Объясните, почему при разных значениях коэффициента мощности нагрузки внешние характеристики имеют различный вид?

4.Объясните, что обозначают стороны реактивного треугольни-

ка?

5.Что такое ОКЗ синхронного генератора, зависит ли оно от величины воздушного зазора?

6.Почему различаются между собой регулировочные характеристики синхронного генератора при различных видах нагрузки?

1.10.Работа синхронного генератора параллельно с сетью

Работа синхронного генератора параллельно с сетью, образованной уже работающими генераторами, возникает в случае:

-если мощность, потребляемая сетью, недостаточна и ее следует увеличить,

-ввода генератора на параллельную работу после отключения или ремонта,

-для лучшего производства и распределения электрической энер-

гии.

Для того, чтобы включить генератор на параллельную работу (рис. 1.27), необходимо, после доведения его частоты вращения до

38

-равенство частот генератора и сети,

-совпадение по фазе напряжения сети и напряжения генератора,

-одинаковый порядок следования фаз трехфазного генератора

исети.

Первое условие осуществляется путем регулирования тока возбуждения подключаемого генератора таким образом, чтобы численно Е0 = Uc . Это действие контролируется вольтметром.

Выполнение второго и третьего условия осуществляется регулированием частоты вращения приводного двигателя. Третье условие контролируется при помощи прибора – синхроноскопа. Для трехфазных генераторов простейшим синхроноскопом является устройство из трех ламп, включенных, как показано на рис. 1.27. Принцип его действия поясняется векторной диаграммой (рис. 1.28). Пусть вектор напряжения сети U&c (см. рис. 1.28) направлен вниз. Он вращается с

угловой частотой вращения ωс.. Вектор ЭДС Е&0 генератора, в случае

неравенства частот сети и генератора, будет вращаться относительно вектора напряжения сети с некоторой другой угловой частотой вращения ωг . В этом случае лампочки будут одновременно постепенно

зажигаться и гаснуть. При равенстве угловых частот сети и генератора и положения векторов, как указано на рис. 1.28, (условие третье) лампочки погаснут. Этот момент показывает совпадение по фазам напряжения сети и генератора.

В рассматриваемом случае лампы включены на «погасание».

39