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 F_a будет направлена под углом к оси полюсов. При этом ее можно разложить на про­дольную F_ad и   поперечную F_aq составляющие:

Продольная составляющая F_ad м. д. с. обмотки якоря направ­лена навстречу м. д. с. полюсов F_B,   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 Ф_в и поток якоря Ф_а, который может быть разложен на потоки якоря по продольной Ф_аd и  поперечной Ф_аq 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 Ф_в, якоря Ф_a (статора) и рассеяния статора наводят соответственно в об­мотке статора основную э. д. с. Е₀, э. д. с. реакции якоря Е_а 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 I_1.

                                             (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 Е_а прямо пропорциональна магнитному потоку якоря Ф_a и может быть выражена через ток якоря I₁:

                                                              (12.8)

где х_а — 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. 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  (—jI₁x_a).

В насыщенных синхронных генераторах магнитный поток не прямо пропорционален токам I_Bи I₁. Уравнение (12.6) в этом случае не­справедливо, ибо выделить поток реакции якоря Ф_а из общего по­тока машины, а следовательно, и определить величину Е_а 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 R_Mq больше магнитного сопротивления по продольной оси R_Md, 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 R_Md<R_Mq, то при F_ad=F_aq составляющие магнитного по­тока якоря неодинаковы:

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