2.3. Характеристики индукторных генераторов

Для исследования режимов работы индукторных генераторов используются следующие рабочие характеристики:

1. внешняя характеристика – это зависимость напряжения на генераторе U_г от тока нагрузки I_н при постоянном токе возбуждения I_в и постоянном коэффициенте мощности нагрузки cos φ_н;

2. характеристика возбуждения – зависимость напряжения генератора U_г от тока возбуждения I_в при постоянном сопротивлении нагрузки Z_н и постоянном cos φ_н;

3. характеристика холостого хода – это зависимость напряжения генератора U_г от тока возбуждения I_в при разомкнутой нагрузке, то есть при Z_н = ∞;

4. характеристика короткого замыкания – зависимость тока короткого замыкания от тока возбуждения при Z_н = 0.

Для рассмотрения характеристик целесообразно воспользоваться схемой замещения индукторного генератора, показанной на рис. 42.7. На схеме приняты следующие обозначения:

–комплексное действующее значение тока возбуждения, приведенного к рабочей обмотке;

–комплексное действующее значение тока нагрузки;

–комплексное сопротивление нагрузки;

–основная комплексная проводимость генератора, где х₀ – основное синхронное сопротивление статорных обмоток.

2.3.1. Внешние характеристики

На рис.42.7 индукторный генератор представлен источником тока , имеющим, как известно, большое внутреннее сопротивление. Поэтому величинабудет оставаться неизменной в широком диапазоне изменения нагрузкиZ_н, включая режимы холостого хода () и короткого замыкания (). Во всем этом диапазоне должно выполняться уравнение, составленное по первому закону Кирхгофа:

.

Напряжение на генераторе U_г = I₀/b₀, поэтому графики зависимостей ивнешне будут похожими. Рассмотрим внешние характеристики для различного характера нагрузкиZ_н (рис.42.8). Для удобства по осям координат отложены относительные значения и(гдеU_хх – напряжение холостого хода, - ток короткого замыкания):

а) нагрузка чисто индуктивная, то есть

,, .

Векторная диаграмма для токов показана на рис.42.9, а. При изменении будет изменяться, а их сумма, равная, будет оставаться неизменной. Следовательно, связь междуI₀ и I_н, а следовательно, и между U_г и I_н носит линейный характер.

Рис.42.8. Внешние характеристики индукторного генератора cos φ_c – для емкостного характера нагрузки, cos φ_L – для индуктивного

(cos φ_c4  cos φ_c3  cos φ_c2  cos φ_c1; cos φ_L2  cos φ_L1)

Внешняя характеристика будет изображаться прямой линией, проходящей через точки холостого хода = 1 и короткого замыкания= 1 (рис.42.9);

б) нагрузка чисто активная, то есть ,L_н = 0, cosφ_н = 1. Внешняя характеристика представляет четверть окружности с радиусом ;

в) нагрузка активно-индуктивная, то есть , 0<cosφ_н < 1. Внешние характеристики располагаются внутри окружности;

г) нагрузка активно-емкостная, то есть . При изменении и постоянном угле конец вектора будет перемещаться по прямой ОМ. Векторвсегда перпендикулярен вектору. Конец вектораперемещается по окружности. ТочкаР соответствует режиму резонанса. Максимальное значение тока в нагрузке превышает величинуI_кз = , так как

.

Внешние характеристики будут изображаться вне окружности и представляют собой эллипсы, форма которых зависит от cosφ_н;

д) нагрузка чисто емкостная, то есть Z_н = - ,R_н = 0, cosφ_н=0. Векторная диаграмма токов показана на рис.42.9, д.

а б

в г

Рис.42.9. Векторные диаграммы токов для различной нагрузки: а – индуктивная; б – активная; в – активно-индуктивная; г – активно-емкостная; д – емкостная

д

В этом случае ток возбуждения генератора связан с напряжением следующим выражением:

или ,

где b_с – емкостная проводимость.

Так как остается неизменным, то увеличениеb_с приводит к росту U_г пока сохраняется соотношение . В момент резонанса, когда, напряжение на генераторе становится очень большим, что может привести к повреждению изоляции и чрезмерно большим токам.

Если емкостная проводимость превышает резонансную, то есть , то происходит опрокидывание фазы напряженияU_г, ток _~ опережает по фазе U_г. Дальнейшее увеличение b_с приводит к уменьшению U_г.

Внешние характеристики генератора при чисто емкостной нагрузке изображаются двумя прямыми, уходящими вправо вверх до бесконечности под прямым углом к характеристикам для индуктивной нагрузки.

Такой характер зависимостей для разных видов нагрузки объясняется влиянием тока в рабочей обмотке на величину результирующего магнитного потока в зубцовой зоне. Например, при работе генератора на индуктивную нагрузкуL_н в рабочей обмотке протекает ток , отстающий по фазе от ЭДС на 90 эл. град. (рис.42.11,а). Так как вектор отстает от вектора потока возбужденияна угол 90 эл. град., то ток в рабочей обмотке и создаваемый им потокнаходятся в противофазе с потоком.

Следовательно, результирующий магнитный поток в зубце будет меньше потока возбужденияи напряжение генератораU_г при индуктивной нагрузке меньше U_хх для той же величины тока возбуждения I_в. Ток в рабочей обмотке оказывает размагничивающее воздействие на магнитную систему генератора.

При работе индукторного генератора на емкостную нагрузку ток в рабочей обмотке опережает ЭДС на угол 90 эл. град. (рис.42.11,б), магнитные потоки инаправлены одинаково и результирующий магнитный поток в зубце увеличивается:

Из рис.42.8 видно, что при cos φ_н ≈ 0,9 (емкостная нагрузка) напряжение U_г изменяется незначительно при изменении тока нагрузки I_н в широких пределах. Поэтому при отсутствии регулирования тока возбуждения такой режим является практически важным и рекомендуется заводом – изготовителем.

Параметры схемы замещения индукторного генератора можно определить из опытов холостого хода и короткого замыкания.

При коротком замыкании и ток короткого замыкания.

При холостом ходе Z_н = ∞, I_н = 0 и .

Следовательно, и.