Индуктивное сопротивление синхронной машины

Результирующий магнитный поток машины условно можно разделить на три составляющие: основной магнитный поток , поток рассеяния и поток реак­ции якоря . Основной магнитный поток наводит в обмотке статора ЭДС . Эта ЭДС представлена характеристикой холостого хода (рис. 11.20). Потоки и создаются током статора и пропорциональны ему. В обмотке статора эти потоки наводят ЭДС самоиндукции

,

где – индуктивность рассеяния и индуктивность реакции якоря.

В расчетах ЭДС и учитываются как падения напряжений на индуктив­ном сопротивлении рассеяния и на индуктивном сопротивле­нии реакции якоря . Сумму сопротивлений называют синхронным индуктивным сопротивлением. Такое определение соответствует неявнополюсным машинам. Для явнополюсных ма­шин этот параметр разделяют по осям и различают индексами – продольное син­хронное индуктивное сопротивление , поперечное синхронное индуктивное сопротивление , причем .

Синхронное индуктивное сопротивление в сотни раз больше активного сопротивления обмотки статора. В дальнейшем будем считать R = 0 и исполь­зовать параметр .

11.20. Схема замещения и упрощенная векторная диаграмма
ЭДС и МДС синхронного генератора

Схема замещения синхронного генератора с учетом принятых допущений представлена на рис. 11.22 в виде источника ЭДС с внутренним сопротивле­нием . Сопротивление нагрузки .

Уравнение цепи по второму закону Кирхгофа

.

Отсюда напряжение

. (11.52)

. (11.53)

Уравнениям (11.52) и (11.53) соответствует вектор­ная

диаграмма ЭДС на рис. 11.23.

Рис. 11.23

Ток статора отстает от ЭДС на угол , определяемый соотношением индуктивных и ак­тивных сопротивлений

.

Сдвиг вектора тока по отношению к вектору напряжения определяется па­раметрами нагрузки

.

Взаимосвязь векторов и осуществляется через вектор падения напря­жения , который строится под углом 90° к вектору . На этом же ри­сунке построена векторная диаграмма МДС. Вектор МДС ротора опережает вектор на 90°, вектор МДС якоря , приведенный к ротору, совпадает по фазе с током , а результирующая МДС опережает вектор напряжения на 90°.

Из диаграмм МДС и ЭДС следует, что режим работы синхронного генера­тора характеризуется углом между вектором напряжения и ЭДС и равным ему углом между результирующим магнитным потоком и потоком ро­тора . Это означает, что у генератора полюсы ротора вращаются впереди полюсов поля статора с опережением на угол .

11.21. Характеристики синхронного генератора при автономной
работе

Характеристика холостого хода была рассмотрена в параграфе 11.17.

Характеристика короткого замыкания представляет собой зависимость при U = 0 и . При допущении R = 0 из (11.52) следует, что ток короткого замыкания является чисто индуктивным и по модулю равен

. (11.54)

При коротком замыкании реакция якоря является размагничиваю­щий, результирующий магнитный поток мал, магнитная цепь ненасыщена и характеристика короткого замыкания прямолинейна (рис. 11.24).

Следует отметить, что в (11.54) и числитель и знаменатель пропорцио­нальны частоте вращения и поэтому характеристики короткого замыкания не зависят от частоты вращения, за исключением малых скоростей, когда оказывает влияние активное сопротивление обмотки статора.

Внешняя характеристика. Это зависимость напряжения генератора от тока нагрузки при , . Если принять на­чальное напряжение , то вид внешних характеристик будет соответство­вать рис. 11.25. При активно-индуктивной нагрузке ( < 1) поток реакции якоря размагничивает машину и напряжение уменьшается с увеличением тока на­грузки по кривой 1. При активной нагрузке ( = 1,0) поперечная реакция якоря также вызывает уменьшение напряжения (кривая 2). При активно-емко­стной нагрузке продольная намагничивающая реакция увеличивает ЭДС , следовательно, и напряжение (кривая 3).

Рис. 11.24

Рис. 11.25

Регулировочная характеристика представляет собой зависимость при , , . Вид семейства регулировочных характери­стик показан на рис. 11.26, а их физический смысл объясняется действием ре­акции якоря при различном характере нагрузки. Обычно номинальным режи­мом работы генератора является = 0,8 (при индуктивной нагрузке). В этом случае для поддержания при переходе от холостого хода ( ) к номинальной нагрузке ( ) необходимо увеличить ток возбуждения в 1,7...2,2 раза.