3.7. Уравнения напряжений на зажимах синхронного генератора

Предположим, что составляющие результирующей МДС генератора под нагрузкой действуют независимо, т.е. каждая МДС создает собственный магнитный поток. При этом МДС обмотки возбуждения создает магнитный поток возбуждения, который наводит в обмотке статора основную ЭДС генератора. МДС реакции якорясоздает магнитный поток, который наводит в обмотке статора ЭДС реакции якоря.

В явнополюсной машине МДС реакции якоря по продольной оси создает магнитный поток, наводящий в обмотке статора ЭДС.В неявнополюсной машине реакция якоря определяется полной МДС статора без разделения ее по осям. ЭДС реакции якоря , где– главное индуктивное сопротивление обмотки статора. Магнитный поток рассеяния обмотки статора наводит в обмотке статора ЭДС рассеяния, где– индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора. Ток в обмотке статорасоздает активное падение напряжения, где– активное сопротивление фазы обмотки статора.

Уравнение напряжения синхронного генератора:

, где– геометрическая сумма напряжений, наводимых в обмотке статора результирующим магнитным полем машины.Для неявнополюсной машины

. Или;

, где– синхронное сопротивление;– синхронная ЭДС неявнополюсной машины.

Рис. Диаграмма напряжений и схема замещения неявнополюсной синхронной машины без учета насыщения.

Для явнополюсной машины

, где ЭДС рассеяния,,; ЭДС реакции якоря,,. Тогда

, или, гдеи– полные (синхронные) индуктивные сопротивления обмотки якоря по продольной и поперечной осям соответственно.

Векторная диаграмма синхронного генератора, построенная по уравнениям напряжений, представлена на рисунке. Углы между векторами: , где– угол междуи;– угол междуи;– угол междуи.

Рис. Диаграмма напряжений неявнополюсной синхронной машины без учета насыщения.

3.8. Изменение напряжения при нагрузке

Номинальное изменение напряжения генератора – изменение напряжения на зажимах отдельно работающего генератора при изменении нагрузки от номинальной до нулевой (т.е. при переходе к холостому ходу) при и(в относительных единицах или процентах):

.

Обычно .

Для обеспечения постоянства напряжения у потребителей применяют устройства, регулирующие ток возбуждения.

Для снижения при проектировании машины уменьшаютилиипутем увеличения воздушного зазора. Это требует повышения МДС обмотки возбуждения и удорожания машины. В гидрогенераторах (по сравнению с турбогенераторами) воздушный зазор имеет большую величину, поэтому у них слабее проявляется реакция якоря и ниже.

3.9. Характеристика короткого замыкания, отношение короткого замыкания

Характеристика трехфазного короткого замыкания – зависимость тока якоря от тока возбуждения при коротком замыкании на зажимах якоряи,рисунок.

Рис. Характеристика короткого замыкания синхронного генератора.

Поскольку активное сопротивление статорной обмотки мало , то замкнутая накоротко синхронная машина представляет собой практически индуктивное сопротивление. Следовательно, токсоздает только продольно размагничивающую реакцию якоря. Соответствующий ей продольный потокуменьшает результирующий поток и создает ЭДС. Также существуют поток рассеянияи создаваемая им ЭДС рассеяния.

Магнитная система машины оказывается ненасыщенной (из-за размагничивающей реакции якоря), а характеристика короткого замыкания – практически прямолинейной (изгиб – только при ). Уравнения напряжения для неявнополюсной и явнополюсной машины:

,.

Отношение короткого замыкания (ОКЗ) – отношение тока возбуждения , соответствующегопо характеристике холостого хода, к току возбуждения, соответствующего номинальному токупо характеристике короткого замыкания:

.

ОКЗ характеризует влияние реакции якоря на обмотку возбуждения синхронной машины. Также ОКЗ определяет значение тока , который возникает при номинальном токе возбуждения генератора.

При ненасыщенной и насыщенной магнитной системе соответственно:

и, гдеи– ток холостого хода, определяемый по характеристике холостого хода при номинальном напряжении по насыщенной и прямолинейной ее части.

Чем больше значение ОКЗ, тем выше использование активных материалов в машине и выше масса. Увеличение размера воздушного зазора приводит к повышению значения ОКЗ и снижению синхронного сопротивления, что улучшает параллельную работу генератора с другими станциями (особенно при наличии длинной линии передачи) и делает работу генератора более устойчивой при колебаниях нагрузки.