Синхронные генераторы. Конструкция синхронных генераторов. Принцип действия синхронного генератора, страница 3

На практике рассмотренные случаи нагрузок предельного харак­тера (чисто активной, индуктивной и емкостной) практически ни­когда не встречаются. Генератор имеет смешанную, чаще всего активно-индуктивную, реже активно-емкостную нагрузку.

На рис. 5,г рассмотрен случай активно-индуктивной нагрузки. Ток I1 отстает по фазе от э. д. с. Е1 на угол <90°. При такой нагрузке м. д. с. обмотки статора Fa будет направлена под углом к оси полюсов. При этом ее можно разложить на про­дольную Fad и   поперечную Faq составляющие:

Продольная составляющая Fad м. д. с. обмотки якоря направ­лена навстречу м. д. с. полюсов FB,   т. е.   размагничивает машину.

Если машина ненасыщена, то создаваемые магнитодвижущими сила­ми потоки прямо пропорциональны соответствующим м. д. с, и все рассуждения о м. д. с. справедливы и для потоков.

Таким образом, можно считать, что в работающем в режиме на­грузки ненасыщенном синхронном генераторе существует два магнитных потока: поток возбуждения Фв и поток якоря Фа, который может быть разложен на потоки якоря по продольной Фаd и  поперечной Фаq осям. Кроме этих основных магнитных потоков в ма­шине при нагрузке имеются еще потоки рассеяния: обмотки воз­буждения  и обмотки якоря (статора) . Указанные потоки сцепляются только с обмотками, которыми они создаются, и прямо пропорциональны токам этих обмоток.

3.1.5. Основные уравнения. Векторные диаграммы

При работе генератора магнитные потоки возбуждения Фв, якоря Фa (статора) и рассеяния статора наводят соответственно в об­мотке статора основную э. д. с. Е0, э. д. с. реакции якоря Еа и э. д. с. рассеяния .

Напряжение U1 на зажимах статорной обмотки генератора при нагрузке равно сумме наведенных в обмотке статора э. д. с. минус падение напряжения на внутреннем активном сопротивлении обмот­ки статора 11г1:

                        (12.4)

Так как поток рассеяния якоря  проходит большие участки пути по воздуху, то он пропорционален току якоря (I1), a это значит, что можно выразить через ток якоря I1.

                                             (12.5}

где  — индуктивное сопротивление рассеяния обмотки якоря.

С учетом (12.5) уравнение напряжения (12.4) можно записать как

                              (12.6)

или                                                    

                                      (12.7)

где — полное   собственное   сопротивление   одной   фазы обмотки статора.

Уравнение напряжения можно представить в виде векторной диаграммы.

Рассмотрим векторную диаграмму неявнополюсного ненасыщен­ного синхронного генератора. В этом случае э. д. с. реакции якоря Еа прямо пропорциональна магнитному потоку якоря Фa и может быть выражена через ток якоря I1:

                                                              (12.8)

где ха — индуктивное сопротивление обмотки   якоря,   обусловленное потоком якоря.

Тогда уравнение напряжений  для неявнополюсно­го  синхронного  генератора   можно записать как

                                     (12.9)

или

                                                     (12.10)

где   синхронное   индуктивное   сопротивление   обмотки якоря (статора).

Рис.6. Векторная диаграмма синхронного неявнополюсного генера­тора

                       Рис. 7. Магнитная цепь синхронной машины

Уравнениям (12.9), (12.10) соответствует векторная диаграмма синхронного неявнополюсного генератора при активно-индуктивной нагрузке (рис. 12.6). Из этой диаграммы следует, что при актив­но-индуктивной нагрузке напряжение на выходе генератора U1<E0, что   объясняется   главным   образом   размагничивающим   влиянием реакции якоря  (—jI1xa).

В насыщенных синхронных генераторах магнитный поток не прямо пропорционален токам IBи I1. Уравнение (12.6) в этом случае не­справедливо, ибо выделить поток реакции якоря Фа из общего по­тока машины, а следовательно, и определить величину Еа практи­чески невозможно. Уравнение для насыщенного неявнополюсного  генератора  будет иметь следующий вид:

где — э. д. с, наводимая в обмотке статора результирующим магнитным потоком Ф в воздушном зазоре машины, который созда­ется результирующей м.д.с.

В машинах с явно выраженными полюсами (рис.7,а) в от­личие от машин с неявно выраженными полюсами (рис.7,б)  магнитные сопротивления машины в различных радиальных направ­лениях неодинаковы: магнитное сопротивление по поперечной оси RMq больше магнитного сопротивления по продольной оси RMd, что объясняется значительным воздушным зазором межполюсного про­странства. Именно поэтому м. д. с. якоря (статора) в явнополюсных машинах принято раскладывать на продольную и поперечную со­ставляющие (см. рис. 5,г)

;                                     (12.11)

и рассматривать магнитные потоки якоря по продольной и попереч­ной осям

                            (12.12)

Так как RMd<RMq, то при Fad=Faq составляющие магнитного по­тока якоря неодинаковы:

Потоки  и  наводят в обмотке статора э. д. с. Ead и Eaq. С учетом этого уравнение напряжений для явнополюсного синхрон­ного генератора можно записать в следующем виде [см. (12.6.)]: