Холостой ход синхронных генераторов

Под холостым ходом автономного синхронного генератора понимается такой режим работы, когда ротор вращается приводным двигателем, а ток в разомкнутой обмотке якоря равен нулю. В этом случае магнитное поле машины будет создаваться только током обмотки возбуждения. Это поле можно разложить на две составляющие: основное поле, магнитные линии которого проходят через воздушный зазор и сцепляются с обмоткой якоря, и поле рассеяния полюсов, магнитные линии которого сцепляются только с обмоткой возбуждения.

Магнитный поток основного поля при вращении индуцирует в обмотке якоря ЭДС. К ЭДС, индуцируемой в обмотке якоря синхронного генератора, и к напряжению на его выводах предъявляется требование, чтобы их форма приближалась к синусоидальной.

Рис. 1.10. Полюс явнополюсного синхронного генератора с неодинаковым воздушным зазором (а) и распределение магнитной индукции в зазоре (б)

Рис. 1.11. Полюсное деление неявнополюсного синхронного генератора (а) и кривая распределения МДС возбуждения (б)

Для получения кривой ЭДС, близкой к синусоиде, прежде всего необходимо, чтобы кривая поля возбуждения была по возможности ближе к синусоиде. В явнополюсной машине для этого зазор между полюсом и статором выполняют неодинаковым (рис. 1.10, а). Обычно под краями полюса зазор принимают в 1,5 — 2 раза большим, чем под серединой. Распределение индукции под полюсом такой конфигурации его наконечника показано на рис. 1.10, б. Там же штриховой линией для сравнения показана кривая индукция при равномерном зазоре.

В неявнополюсной машине улучшение формы поля возбуждения достигается выбором соотношения между обмотанной и необмотанной частями полюсного деления (рис. 1.11, а).

В целях улучшения кривой поля возбуждения необмотанную часть выбирают равной τ/3 (α = π/3). В этом в кривой поля будут отсутствовать все гармоники с номером, кратным 3, а остальные высшие гармоники будут ослаблены. Кроме того, для улучшения формы кривой индуцированной ЭДС применяют специальные схемы обмоток якоря (распределение обмотки якоря по пазам и укорочение её шага, применение обмоток с дробным q).

Важной характеристикой синхронной машины является характеристика холостого хода. Она представляет зависимость ЭДС, индуцируемой в обмотке якоря Е., от тока в обмотке возбуждения I_в при неизменной частоте вращения ротора. Эта характеристика позволяет оценить насыщение магнитной цепи машины, кроме того, ее используют для построения векторных диаграмм и других характеристик машины.

Расчетным путем характеристика холостого хода быть получена из расчета магнитной цепи.

На рис. 1.12 показана схема для снятия характеристики холостого хода опытным путем. С помощью резистора R_в ток возбуждения изменяют от максимального значениядо нуля, записывая при этом показания амперметра и вольтметра. Опытная характеристика холостого хода показана на рис. 1.13 штриховой линией. При I_в = 0 ЭДС равна ЭДС от остаточного магнетизма Е_ост=2-3% U_ном.

Рис. 1.12. Схема для снятия характеристики холостого хода

+6

Рис. 1.13. Характеристика холостого хода

При расчётах обычно используют характеристику холостого хода, которую получают, смещая опытную характеристику вправо на отрезок А0 (сплошная линия).