7.6. Изменение напряжения на выходе синхронного генератора
Важным показателем синхронного генератора является чувствительность выходного напряжения к изменению тока нагрузки. В идеальном случае напряжение на зажимах генератора должно быть неизменным как при изменении тока, так и характера нагрузки, определяемого коэффициентом мощности. У реальных генераторов, если не предусмотрено реальных устройств стабилизации, напряжение изменяется, как при изменении тока, так и при изменении коэффициента мощности нагрузки. Основной причиной изменения напряжения является реакция якоря и наличие магнитного потока рассеяния. Меньшее влияние на изменение напряжения оказывает активное сопротивление статорной обмотки.
7.6.1. Синхронное сопротивление
Анализируя
векторную диаграмму генератора с неявно
выраженными полюсами, можно констатировать
то, что векторы падения напряжения на
сопротивлении рассеяния
и на сопротивлении реакции якоря
совпадают по фазе. В соответствии с
векторной диаграммой выходное напряжение
генератора определяется уравнением
или
.
Для
вычисления выходного напряжения
достаточно знать сумму
,
а не каждое сопротивление в отдельности.
Для простоты сумму сопротивления
рассеяния и сопротивление реакции якоря
называют синхронным
сопротивлением
.
Величина синхронного сопротивления достаточно легко определяется экспериментально и используется при определении изменения напряжения на зажимах генератора.
Для генератора с явно выраженными полюсами векторная сумма падений напряжений на продольном и поперечном сопротивлении реакции якоря не совпадает по фазе с падением напряжения на сопротивлении рассеяния. Однако фазовый сдвиг между ними не велик, поэтому на практике генераторы с явно выраженными полюсами рассматриваются как генераторы с неявно выраженными полюсами. В этом случае и у таких генераторов используется характеристика, называемая синхронным сопротивлением.
7.6.2. Изменение напряжения на выходе генератора при изменении нагрузки
Синхронные
генераторы функционируют в условиях
изменения коэффициента мощности в
широких пределах. С учетом введенного
сопротивления
напряжение на выходе генератора и ЭДС
фазы генератора связаны соотношением
.
Этому уравнению соответствует схема замещения, представленная на рис. 7.18.
Рис. 7.18
Рис. 7.19
При
постоянном токе возбуждения ЭДС холостого
хода
остается постоянной. На изменение
напряжения на выходе генератора оказывает
влияние изменение коэффициента мощности
нагрузки. Изменение величины сопротивления
нагрузки
приводит также к изменению напряжения
на выходе генератора.
Рис. 7.20
При
изменении φ
от 90
до +90
конец вектора ЭДС
опишет окружность радиусом Е
в пределах от точки А
до точки В.
Вектор выходного напряжения
будет выходить из точки
и при изменении
будет скользить по полученной окружности.
Из практики известно, что у реальных
генераторов
больше сопротивления обмотки якоря в
6…10 раз, поэтому модуль выходного
напряжения практически всегда будет
увеличиваться
при уменьшении угла от +90
до 90
.
Если пренебречь активным сопротивлением , то минимальное напряжение на выходе будет равно
и
максимальное напряжение
.
График зависимости выходного напряжения в функции изображен на рис. 7.21.
На
рис. 7.22 изображена векторная диаграмма
при произвольном токе
и при
.
Рис. 7.21 Рис. 7.22
Длина
векторов
и
пропорциональна току, поэтому при
изменении тока начало вектора всегда
будет находиться на прямой
,
а конец вектора
на окружности. Так как
является величиной неизменной, то все
векторы напряжений при различных
значениях тока
будут параллельны.
Так
при уменьшении тока в два раза падение
напряжения на сопротивлении
и индуктивном сопротивлении
уменьшится в два раза. Начало вектора
выходного напряжения из точки
перейдет
в точку
.
Выходное напряжение увеличится и будет
равно
.
При
емкостном характере нагрузки (рис. 7.23)
уменьшение
тока приводит к уменьшению
напряжения на выходе генерато-
ра
.
Рис. 7.23
Графики зависимости выходного напряжения от тока нагрузки называют внешними характеристиками, которые будут рассмотрены ниже.