Холостой ход генератора

При холостом ходе ток якоря (статора) равен нулю. По­этому магнитный поток генератора создается только обмоткой возбуждения. Поток направлен по оси полюсов ротора и индуктирует в фазах обмотки якоря ЭДС, которая определяется по формуле:

, (4.3)

где — число витков в фазе; — обмоточный коэффици­ент обмотки якоря; — магнитный поток возбуждения.

Если ток возбуждения невелик, то мал и магнитный поток, и магнитопровод машины не насыщен, магнитное сопротивле­ние незначительно. Поэтому магнитный поток практически определяется только магнитным сопротивлением воздушного зазора между ротором и статором.

Как и в случае других машин режим холостого хода определяет­ся характеристикой холостого хода , или . При малых I_вхарактеристика имеет вид прямой линии1 (рис. 4.7). По мере возрас­тания потока растет магнитное сопротивление магнитопровода. При магнитной индукции в стали более 1,7...1,8 Тл магнитное сопротивление стальных участков из-за насыщения сильно возрастает, и характеристика холостого хода становит­ся нелинейной.

Рис. 4.7. Характеристика холостого хода синхронного генератора

Номинальный режим работы синхронных генераторов со­ответствует изгибу или «колену» кривой характеристики холо­стого хода; при этом коэффициент насыщения, т. е. отношение отрезковac/ab, составляет 1,1...1,4.

Иногда для облегчения математического анализа синх­ронной машины не учитывают нелинейность кривой холостого хода, заменяя ее прямой линией. В качестве спрямленной характеристики принимают касательную к кривой холостого хода (прямая1 на рис. 4.7) или прямую, проходящую через точкус, соответствующую, например, номинальному напряже­нию (прямая2). Таким образом, характеристика1 соответ­ствует работе машины при отсутствии насыщения; а характе­ристика 2 учитывает некоторое среднее насыщенное состоя­ние магнитной цепи машины.

Для анализа синхронной машины широко используют си­стему относительных единиц. Основные параметры машины (ток, напряжение, мощность, сопротивления) выражают в долях от соответствующей базисной величины. В качестве базисных параметров при построении характеристики холостого хода принимают номинальное напряжение U_H машины и ток воз­буждения I_во, при котором ЭДС Е₀ = U_H. Тогда относительное значение ЭДС: E₀. = E₀/U_H; тока возбуждения: I_B = I_B/I_B0.

Характеристики холостого хода в относительных едини­цах для различных синхронных генераторов при одинаковых коэффициентах насыщения, совпадают. Поэтому характери­стика холостого хода в относительных единицах может быть принята единой для всех генераторов; для каждого конкрет­ного генератора различие будет только в базисных единицах и коэффициентах насыщения.

В качестве примера в табличном виде приведены стандарт­ные характеристики холостого хода для турбогенераторов E_0*турб = ƒ(I_в•) и гидрогенераторовЕ_{0* гидр}= f(I_B).

Стандартные характеристики холостого хода турбо- и гидрогенераторов.

ЭДС, индуктированная в обмотке якоря при холостом ходе, по возможности должна быть синусоидальной. В соответ­ствии с ГОСТ напряжение считается практически синусоидаль­ным, если разность между ординатой реальной кривой напря­жения и ординатой эквивалентной синусоиды в одной и той же точке не превышает 10% для генератора мощностью до 1 МВА, а для генератора свыше 1 МВА 5% от амплитуды основной синусоиды.

Важным фактором получения синусоидальной ЭДС явля­ется приблизительно синусоидальное распределение магнит­ного поля. Для этой цели в неявнополюсных машинах обмот­ку возбуждения распределяют так, чтобы были уменьшены амплитуды МДС высших гармоник.

В явнополюсных машинах этого добиваются увеличением зазора под краями полюсных наконечников. Обмотку якоря выполняют распределенной: число пазов на полюс и фазу составляетq = 4...6 с укороченным шагом, который на 20% меньше полюсного деления (у = 0,8τ). Кроме того, обмотку якоря в трехфазных генераторах соединяют по схеме Y, что позволяет исключить третьи гармоники тока и уменьшить по­тери мощности в машине.

Перечисленные меры позволяют получить на выходе ма­шины практически синусоидальную ЭДС, поэтому при дальней­шем рассмотрении теории синхронной машины можно при­нимать во внимание поток только первой гармоники магнит­ного поля и первую гармонику ЭДС. Магнитный поток первой гармоники поля возбуждения Ф_в называют потоком воз­буждения или потоком взаимоиндукции.