4.5. Рабочий процесс синхронной машины

Наиболее важной величиной для синхронного генератора является напряжение. Оценка генератора производится по изменению напряжения. Показателем изменения напряжения является относительное изменение напряжения – это разность между напряжением машины при холостом ходе и напряжением при нормальной нагрузке выраженная в процентах от U_н.

U=(U₀-U_н )* 100%

U_н

Устанавливается эта величина при постоянстве тока возбуждения и при постоянстве числа оборотов. При автономной работе машины величина U может достигнуть 30%- 50%. Уменьшение напряжения обусловлено реакцией якоря и падением напряжения на реактивном сопротивлении. Синхронные машины изучаются с применением векторных диаграмм, где используются либо диаграммы ЭДС, либо диаграммы намагничивающих сил с учетом насыщения.

4.5.1. Основная диаграмма эдс явнополюсного синхронного генератора

При построении этой диаграммы используется метод двух реакций. Разлагают реакцию якоря на поперечную и продольную и строят диаграмму. При холостом ходе существует поток Ф_0. При нагрузке появляется поток якоря Ф_а. В результате взаимодействия Ф₀ и Ф_а образуется результирующий поток Ф_б, и так, при нагрузке реально существует два потока, это результирующий поток Ф_б и поток рассеяния Ф_s.

Для построения диаграммы предполагается, что с синхронной малине существуют независимые потоки:

Ф₀ – основной поток возбуждения,

Ф_aq – поток поперечной реакции якоря,

Ф_ad – поток продольной реакции якоря,

Ф_s – поток рассеяния.

Эти потоки в обмотке якоря будут индуцировать свои ЭДС, а сумма этих ЭДС дает на выходе напряжение. Каждая ЭДС будет отставать от своего потока на 90 эл. гр.

Ф₀ » Е₀

I_q » Ф_ad » E_aq

I_d » Ф_ad » E_ad U

Ф_s » E_s

E_a=-It

Исходя из этого, построим основную диаграмму ЭДС для явнополюсной синхронной машины, рис 8.

Рис. 8

где: Iq и Id – активная реактивная составляющие тока якоря. Используя эту диаграмму можно получить углы Q и f, а также U. Токи Iq и Id создают потоки Фad и Фaq которые создают в обмотке якоря ЭДС Ead и Eaq. Сложив геометрически все эти ЭДС получим на зажимах машины выходное напряжение U. Но в современной теории синхронных машин пользуются рядом параметров, для обоснования которых основную диаграмму ЭДС необходимо преобразовать. Если ЭДС рассеяния Es = Ixs, то остальные ЭДС можно выразить аналогичным выражением.

4.5.2. Преобразованная диаграмма эдс явнополюсной синхронной машины

Преобразование будет сводиться к тому, что, разложив ЭДС рассеяния по осям, и прибавив их к ЭДС Ead и Eaq, получим из 3 ЭДС два и попутно получим выражение индуктивных сопротивлений синхронных машин.

CN=BM=Essiny=IXssiny

AB=Ead=IdXad=IXadsiny

AM=CN+AB=IXssiny+IXadsiny=Isiny(Xs+Xad)=IdXd=Ed,

Xd=Xs+Xad, Xd – синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси. Xs – индуктивное сопротивление рассеяния. Xad – индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси.

Далее: DN= Escosy=IXscosy

MN=Ead=IqXad=IcosyXaq

DM=DN+MN=IXscosy+IcosyXaq=Icosy(Xs+Xad)=IqXq=Eq,

Xq=Xs+Xad, Xq – синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси. Xaq – индуктивное сопротивление реакции якоря по поперечной оси, где

IXad= Eaq/cosy

Индуктивные сопротивления Xd, Xq, Xs, Xad, Xaq обычно приводятся в относительных единицах. Построим преобразованную диаграмму.

Рис. 9.

Векторные диаграммы ЭДС неявнополюсных синхронных машин, рис. 10, рис. 11.

Рис. 10 Рис. 11.

На рис. 10 представлена диаграмма ЭДС выраженная через вектора отдельных ЭДС, а на рис. 11 диаграмма ЭДС выражена через падения напряжения. На этих диаграммах ток якоря I не разлагается по осям.