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 
.
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 
.
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.
