2. Магнітне поле синхронної машини.

Припустимо, що 3-фазний СГ працює на симетричне навантаження, тобто всі фази обмотки навантажені рівномірно, в них наводяться однакові е.р.с. і протікають рівні по значенню струми, зсунуті один від другого на 120⁰.

В цих умовах 3-фазна обмотка статора створює обертову м.р.с., яка обертається синхронно з ротором.

Максимальне значення цієї м.р.с.:

=

В процесі роботи навантаженого синхронного генератора в ньому одночасно діють дві м.р.с. – м.р.с. збудження F_зб та м.р.с. статора (якоря) F_1, при цьому м.р.с. статора F₁ впливає на магнітне поле збудження, підсилюючи його або послабляючи магнітне поле збудження або спотворюючи його форму.

Вплив м.р.с. обмотки статора на м.р.с. обмотки збудження називають реакцією якоря.

Реакція якоря суттєво впливає на робочі властивості синхронної машини, бо зміна магнітного поля машини приводить до зміни е.р.с., яка наводиться в обмотці статора.

Вплив реакції якоря на роботу синхронної машини залежить від значення та характеру навантаження.

Синхронні генератори звичайно працюють на зміщені навантаження: активно-індуктивне або індуктивно-ємністне.

Розглянемо випадки роботи синхронного генератора при навантаженнях граничного характеру – активному, реактивному та ємнісному.

0. Активне навантаження (ψ₁ = 0⁰)

F_зб – м.р.с. збудження,

Е₀ – е.р.с. наведена магнітним полем збудження в обмотці статора.

Якщо навантаження генератора чисто активне, то струм І₁ співпадає по фазі з е.р.с., тому е.р.с. F₁ зсунута в просторі відносно МДС F_зб на 90⁰.

Таким чином, такий вплив м.р.с. статора (якоря) F₁ на м.р.с. збудження визиває тільки спотворення результуючого магнітного поля – воно послабляється під набігаючим краєм полюса та посилюється під збігаючим краєм полюса.

Але магнітна система машини завжди насичена, тому можливе тільки послаблення магнітного потоку, що приводить до зменшення е.р.с. машини Е_1.

0. Індуктивне навантаження (ψ₁ = 90⁰)

При чисто індуктивному навантаженні струм статора І₁ відпускає по фазі від е.р.с. Е₀ на кут ψ₁ = 90⁰.

Такий вплив м.р.с. статора F₁ послаблює магнітне поле машини.

Реакція якоря в синхронному генераторі при чисто індуктивному навантаженні є тільки повздовжньо-розмагнічуючою, тобто вона лише розмагнічує генератор, а спотворення магнітного поля – відсутнє.

0. Ємність навантаження (ψ₁ = - 90⁰)

В цьому випадку м.р.с. статора F₁ діє узгоджено з м.р.с. збудження, магнітне поле при цьому не спотворюється!

0. Змішане навантаження.

В цьому випадку струм статора буде зсунутим відносно е.р.с. Е₀ на кут 0 < ψ₁ ≤ ± 90⁰.

М.р.с. F₁ можна розкласти на складові повздовжнью F₁d, що розмагнічує магнітне поле та поперечну F_1q – що його спотворює.

3. Характеристики синхронного генератора.

Властивості СГ визначаються його характеристиками, а саме: характеристика х.х. короткого замикання, зовнішніми та регулювальною.

3.1. Характеристика холостого ходу при n₁ = const.

3.2. Характеристика короткого замикання.

Виводи СГ замикають накоротко і за допомогою r_рез поступово збільшують струм збудження до значення, при якому струм КЗ в стартер ній обмотці І_ік = 1,25 І_{і ном}. В цьому випадку магнітна система машини не насичена, тому характеристика КЗ – це пряма лінія.

Характеристики х.х. та КЗ дають змогу визначити значення струмів збудження, які відповідають складовим м.р.с. збудження.

0. 3.3. Зовнішня характеристика.

U₁ = f(I₁) при І_зб = const, n₁ = n_н = const, cos φ₁ = const.

ΔU_ном =

ΔU_ном ≤ 50% (U_1Н)

3.4. Регулювання характеристик

І_зб = f(I₁) при U₁ = U_1H = const

п₁ = const соs φ₁ = const

показує, як треба змінювати струм збудження генератора при змінах навантаження, щоб напруга генератора залишалася незмінною .

Контрольні питання:

1. Із яких ділянок складається магнітне коло синхронних машин?

2. В чому полягає явище реакції якоря?

3. Як впливає реакція якоря при різних навантаженнях?

Тема: РІВНЯННЯ НАПРУГ ТА ВЕКТОРНА ДІАГРАМА

СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

МРС збудження наводить в обмотці статора е.р.с. Е₀. МРС реакції якоря по прокольній осі F_1d наводить е.р.с. реакції якоря Е_1d.

Е.р.с. реакції якоря по поперечній осі F_1d наводить в обмотці якоря е.р.с. реакції якоря Е_1q. Магнітний поток розсіяння обмотки статора наводить в обмотці е.р.с. розсіяння Ė_σ1 - - jI₁x₁ в обмотці якоря створює активне падіння напруги Ŭ_а1 = ĺ₁r₁.

Напруга на виході генератора

Ŭ₁ = ΣĖ – İ₁r₁ = Ė₀ + Ė_1d + Ė_1q + Ė_σ + İ₁r₁

- це рівняння напруг СГ (для явнополюсного СГ)

Ŭ₁ = ΣĖ – İ₁r₁ = Ė₀ + Ė_с - İ₁r₁

Ė_с = -jİ₁x_c – синхронна складова неявнополюсної машини.

Тема: ВТРАТИ ТА ККД СИНХРОННОЇ МАШИНИ

Перетворювання енергії в синхронній машині завжди пов’язано з втратами енергії.

Всі види втрат розподіляють на основні та додаткові.

Основні втрати складаються із електричних втрат в обмотці статора Р_е1, втрат на збудження Р_зб, магнітних втрат Р_м та механічних Р_мех

Р_е1 = м₁І₁²r₁

Р_зб = І_зб²·r_зб + ΔU_щ·І_зб

Р_м = Р_гіст + Р_в.стр

Р_мех - складаються із втрат на тертя в підшипниках та втрат на вентиляцію.

Додаткові втрати розділяють на пульсацій ні втрати (Р_п) в полюних наконечниках ротора та додаткові Р_дод при навантаженні, які визначають у відсотках від корисної потужності генераторів (для машин потужністю до 1000 кВт) Р_дод = 0,5% (Р_н), для машин потужністю > 1000 кВт Р_дод = (0,25-0,4)% Р_н.

ΣР = Р_е1 + Р_зб + Р_м + Р_мех + Р_п + Р_дод

Р_н = m₁ · U_1H ·I_1H ·cosφ₁

Тема: ПАРАЛЕЛЬНА РОБОТА СИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРІВ