3.5. Работа синхронного генератора при холостом ходе

При холостом холе магнитный поток генератора создается только обмоткой возбуждения. Направление этого магнитного потока совпадает с направлением оси полюсов ротора.

Характеристика холостого хода – зависимость ЭДС обмотки якоря от тока холостого хода (или соответствующая ей магнитная характеристика),рисунок. Она позволяет оцепить насыщение магнитной цепи машины.

Рис. Характеристика холостого хода синхронного генератора (слева): 1 – спрямленная характеристика холостого хода; 2 – спрямленная характеристика при некотором среднем насыщении. Нормальная характеристика холостого хода синхронного генератора (справа).

Номинальный режим работы синхронных генераторов находится на переходном «колене» кривой характеристики холостого хода. Для оценки насыщения магнитной цепи машины проводят касательную Ос в начальной точке О характеристики. Касательная Ос совпадает с прямолинейной частью характеристики, и ее наклон почти целиком зависит от магнитного сопротивления воздушного зазора. Отрезок ас характеризует МДС воздушного зазора, а отрезок cb – суммарную МДС стальных частей магнитной цепи машины. Коэффициент насыщения магнитной цепи:

представляет собой спрямленную характеристику холостого хода при отсутствии насыщения, а кривая 2 – при некотором среднем насыщениимагнитной цепи машины.

В современных синхронных машинах характеристики холостого хода имеют относительно стабильный характер. Если точное значение характеристики неизвестно, пользуются нормальной характеристикой холостого хода, рисунок, в относительных единицах:

и.

Ниже приведена нормальная характеристика холостого хода, выраженная в относительных единицах:

Напряжение, индуцированное в обмотке якоря при холостом ходе, а следовательно распределение магнитного поля практически синусоидально. В неявнонолюсных машинах это достигается определенным распределением обмотки возбуждения, а в явнополюсных машинах – неравномерным воздушным зазором, увеличенным под краями полюсных наконечников.

3.6. Реакция якоря синхронной машины при симметричной нагрузке

Влияние МДС обмотки якоря на распределение индукции в зазоре и величину магнитного потока главных полюсов называется реакцией якоря.

В синхронном генераторе угол фазового сдвига между током статораи ЭДСв зависимости от характера нагрузки может изменяться в пределах: при– число емкостная нагрузка;– число активная нагрузка (с небольшой емкостной частью);– число индуктивная нагрузка.

Вращение полюсов ротора принято по часовой стрелке. Максимум основной волны поля возбуждения будет находиться против середины полюсов.

Продольная ось d–d проходит через середину полюсов. Поперечная ось q–q проходит через середину межполюсного пространства.

Рис. Реакция якоря синхронного генератора: а – активная нагрузка; б – индуктивная нагрузка; в – емкостная нагрузка.

Векторная диаграмма, рисунок, с целью определения реакции якоря строится в следующем порядке. В зависимости от характера нагрузки строится угол взаимного расположения векторови. МДС статорасонаправлена с его током. МДС обмотки возбужденияопережает ЭДСна.

При активной нагрузке поле якоря ослабляет основное поле под набегающим краем полюса, так как МДС этого поля и МДС поля возбуждения направлены встречно, а под сбегающим – усиливает его (МДС направлены согласно). Такое поле и реакция якоря называютсяпоперечными. Результирующий магнитный поток машины ослабляется, т.е. магнитная система несколько размагничивается.

При индуктивной нагрузке реакция якоря синхронного генератора имеет продольно-размагничивающий характер. При емкостной нагрузкереакция якоря синхронного генератора имеет продольно-намагничивающий характер.

В явнополюсной машине воздушный зазор неравномерен, поэтому в распределении поля якоря имеются провалы между полюсами. Для учета этого изменения неявнополюсную машину рассматривают как явнополюсную:

и, гдеи– МДС продольной и поперечной реакций якоря неявнополюсной машины;и– то же для явнополюсной машины;и– коэффициенты поперечной и продольной реакции якоря соответственно. Обычнои.

В явнополюсной синхронной машине МДС реакции якоря можно представить двумя составляющими:

–продольной реакцией якоря;

–поперечной реакцией якоря;

Аналогично ток якоря:

и.

При однофазном коротком замыкании или несимметричной нагрузке (однофазный режим работы) обмотка якоря трехфазного генератора создает неподвижную в пространстве и пульсирующую во времени МДС.