Векторные диаграммы синхронного генератора

Векторная диаграмма э. д. с. синхронных генераторов имеет большое практическое значение.

С одной стороны, она позволяет на стадии проектирования определять значение F(x) (а, следовательно, и основные конструктивные данные) для обеспечения необходимого режима работы. С другой – оценить эксплуатационные характеристики уже готовой машины при различной нагрузке, не производя при этом многочисленных опытов.

Два типа задач, о которых говорилось выше, определяют два основных вида векторных диаграмм: различают диаграммы Блонделя и диаграммы Потье.

Диаграммы Блонделя

Эти диаграммы используются для анализа характеристик генератора и строятся в следующем порядке. Исходным является уравнение синхронного генератора:

;

(5.3.1)

Рисунок 5.3.1 – Векторная диаграмма Блонделя с учетом сопротивлений реакции якоря

Это 1-й вид векторных диаграмм строится так:

Угол между векторами и называется углом нагрузки. В генераторном режиме работы вектор всегда опережает и считается положительным. Название идёт оттого, что он зависит от нагрузки (активной мощности) синхронного генератора.

.

(5.3.2)

Из диаграммы можно проследить, что, если, а − меняется, то меняется . Например, если нагрузка активно-индуктивная (как на нашей диаграмме), то при уменьшении угла φ составляющая тока якоря I_q увеличивается, а следом увеличивается E_aq и .

2-й вид диаграммы Блонделя основан на уравнении, записанном через синхронные сопротивления:

(5.3.3)

и строится в том же порядке, как и предыдущая.

Рисунок 5.3.2 – Векторная диаграмма Блонделя с учетом синхронных индуктивных сопротивлений

Рисунок – Диаграмма Блонделя для уравнения (5.3.4)

Если в векторах падений напряжений поменять знаки, то получим векторные диаграммы, соответствующие уравнению:

.

(5.3.4)

Прямая, проведённая из точки А перпендикулярно вектору до пересечения вектора (или его продолжения) в точке Q будет отсекать отрезок .

Угол (так как имеет стороны перпендикулярные сторонам угла ), значит

.

(5.3.5)

Этим свойством можно воспользоваться для построения диаграммы, если заданы U, I , φ, и надо найти Е. Тогда откладывается отрезок AQ, с помощью которого находят направление вектора Е, а затем находят угол ψ. Затем ток раскладывается на составляющие и строится вся диаграмма.

Для неявнополюсных машин , поэтому нет необходимости разлагать ток на составляющие, и векторная диаграмма выглядят значительно проще.

Рисунок 5.3.3 – Векторная диаграмма неявнополюсного СГ

Рассмотренные векторные диаграммы справедливы для любого установившегося режима работы синхронного генератора с постоянной степенью насыщения, т. е. с постоянными и .

Диаграмма Потье (неявнополюсный синхронный генератор)

Как уже говорилось, такой тип диаграмм используется при проектировании и эксплуатации синхронных машин, когда надо определить i_f,необходимый для обеспечения заданных , , , с учетом насыщения.

Сначала строят и , затем и , находят , индуктируемую результирующим потоком зазора Ф_δ и определяющую степень насыщения магнитной цепи в данном режиме.

Затем по характеристике холостого хода определяют намагничивающую силу F_{f е} или ток возбуждения i_fе , необходимую для создания . Вектор опережает вектор на 90^о (строим на самой диаграмме). Затем вычитая из н.с. р. я. , приведённую к , получим полную н. с. ОВ.

Диаграмма Потье таким образом состоит из двух: векторная диаграмма э. д. с. и векторная диаграмма намагниченных сил.

Рисунок 5.3.4 – Векторная диаграмма э.д.с. Потье

При практическом использовании диаграммы Потье, её совмещают с характеристикой холостого хода.

Рисунок 5.3.5 –Векторная диаграмма намагничивающих сил Потье

построении вектор совмещают с вертикальной осью, вектор получают аналогично в.д. Потье и сносят на характеристику х.х., получают ток i_fe, к этому току прибавляют ток, соответствующий н.р.я. F΄_a, в результате находят ток i. Если этот ток снести на ось абсцисс, то по характеристике х.х. можно получить напряжение U₀. Это напряжение получается после сброса нагрузки при неизменном токе i_f. Также можно найти изметенеие напряжения Разница между и при этом имеет место от того, что для режима нагрузки и холостого хода принимается (при определении ) одна степень насыщения, а на самом деле они различны.

При построении принимается . Более точные результаты диаграмма даёт, если вместо взять . Диаграмма построена для неявнополюсных машин.

Вектор должен быть перпендикулярен AD (н. с. ). Если из точки С провести прямую перпендикулярную , то пересечения её и ОВ даст насыщенное , если вместо отложить , то аналогичным способом получим .

Диаграмма явнополюсного генератора

Рисунок 5.3.6 – Векторная диаграмма Потье

Рисунок 5.3.7 – Диаграмма явнополюсного генератора

Если из вычесть , то (KD) получим i_fδd, которым соответствует . Тогда можно определить суммой .

Отложив полученную в в.д. на характеристике х.х. получим точку , опустим перпендикуляр на ось абсцисс – точку С.

Проведем через – Насыщенная спрямленная характеристика х.х.

Получим .

Затем получим