Брандина Электрические машины (529639), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Основные виды векторных диаграмм синхронных генераторовНапряжение фазы обмотки равно сумме индуктируемых в ней ЭДСминус падение напряжения в активном сопротивлении фазы:U& = E& + E& ad + E& aq + E& σa − ra I& .(3.36)ЭДС реакции якоря и рассеяния можно выразить черезсоответствующие токи и индуктивные сопротивления:E& ad = − jxad I&d , E& aq = − jxaq I&q ,E& σa = − jxσa I& .ТогдаU& = E& − jx ad I&d − jxaq I&q − jxσa I& − ra I& = E& δ − jxσa I& − ra I& .(3.37)Уравнению напряжения (3.37) соответствуют векторные диаграммыБлонделя при активно-индуктивной нагрузке (рис.3.8,а) и активноемкостной (рис.3.8,б).46Рис.3.8. Первый вид векторных диаграмм напряжений явнополюсногосинхронного генератораПри активно-емкостной нагрузке ЭДС Е и ток возбуждения if меньше,чем при активно-индуктивной за счет намагничивающей реакции якоря.Угол Θ между векторами E& и U& называется углом нагрузки.
В режимегенератора ЭДС E& опережает U& и угол Θ считается положительным.Кроме рассмотренных диаграмм Блонделя (рис.3.8), пользуютсявидоизмененными диаграммами (рис.3.9), исходя из соотношения (3.25)и (3.26). Тогда(3.38)U& = E& − jxd I&d − jx q I&q − ra I&или(3.39)E& = U& + ra I&a + jx q I&q + jxd I&d .Проведем из точки А диаграммы (рис.3.8 и 3.9) отрезкиперпендикулярно вектору I& до пересечения в точке Q с вектором E& . Изпрямоугольного треугольника АQB определим длины этих отрезков, гдеугол QAВ равен Ψ.
Для рис.3.8x Ix I cos φAB= aq q = aq= xaq I ,(3.40)AQ =cos φ cos φcos φдля рис.3.9xIAB= q q = xq I .(3.AQ =cos φ cos φ41)47Иногда этими соотношениями удобно пользоваться, чтобы повеличине отрезка AQ определить направление вектора E& и угол Ψ.Рис. 3.9. Второй видвекторной диаграммысинхронного генератораРис. 3.10. Векторная диаграмманапряжений неявнополюсногосинхронного генератораДля неявнополюсной машины векторная диаграмма представленана рис.3.10.3.3.2. Характеристики синхронных машинОсобый интерес представляют зависимости между напряжениемякоря U, током якоря I и током if при постоянной частоте сети f и частотевращения nН.
Схема для снятия характеристик с помощью нагрузочныхсопротивлений дана на рис.3.11.Рис. 3.11. Схема для опытного определения характеристик синхронного генератораХарактеристики явнополюсных и неявнополюсных генераторов в48основном одинаковы. Все характеристики целесообразно строить вотносительных единицах.Характеристика холостого хода(х.х.х.) U = f (i f ), I = 0 .Ниже дана нормальнаяхарактеристика холостого хода,которая может быть принятаединой для всех синхронныхгенераторов:E*Ff0,58 1,0 1,21 1,33 1,440,50 1,0 1,50 2,00 2,50Х.х.х. U = f (i f ) в относительныхединицах представлена на рис.Рис. 3.12. Характеристики холостого хода3.12.и короткого замыканияКасательная к х.х.х.
будет соответствовать ненасыщенноймагнитной цепи. Прямая ОА'', проведенная через начало координат ирабочую точку, соответствует некоторому среднему насыщениюмагнитной цепи.Характеристика короткого замыкания I = f (i f ) при U = 0.Характеристика короткого замыкания (х.к.з.)снимается призамыкании всех фаз обмотки якоря накоротко (симметричное к.з.). Еслипренебречь весьма незначительным активным сопротивлением raобмотки якоря, то сопротивление цепи якоря в режиме к.з.
будет чистоиндуктивным.ПоэтомуE& = jxd I& .I = I d , I q = 0 , Ψ=90°,При к.з. реакция якоря является чисто размагничивающей.ЭДС от результирующего потока Фδ воздушного зазораEδ = E − x ad I = xσa Iвесьма мала, вследствие чего поток Фδ мал. Поэтому при к.з. магнитнаяцепь не насыщена и х.к.з.
I = f (if) прямолинейна (рис.3.12).Опытное определение xd Х.х.х. и х.к.з. позволяют определитьEзначение продольного синхронного сопротивления xd = .ОсобыйIинтерес представляет значение ненасыщенного сопротивления xd∞ ,xкоторое определяется по спрямленной х.х.х. При этом xd = d∞k µdЗначение k µd меняется в зависимости от рабочего напряжения.Отношение короткого замыкания Отношением короткого замыкания49(o.к.з.) ко.к.з называется отношение установившегося тока короткогозамыкания I K 0 при токе возбуждения, который при холостом ходе иn = n H дает E =U H , к номинальному току якоря I H [ 11 ]I(3.42)kокз = K 0 .IHUВ соответствии с рис. 3.12 и изложенным выше I K 0 = H ,xdгде xd - насыщенное значение продольного синхронного сопротивления,соответствующее Eδ = U H .
На основании этих выраженийkUI= µd ,kокз = H =xd I H xd * xd∞*т.е. о.к.з. равно обратному значению xd *У многих машин xd * > 1, и тогда k окз < 1, т.е. при этом установившийсяток короткого замыкания меньше номинального, что объясняетсясильной размагничивающей реакцией якоря.Если i f0 и i fK - соответственно токи возбуждения на холостом ходу,когда U = UH, и при установившемся коротком замыкании, когда I = I H ,то на основании подобия треугольников ОАА` и ОВВ`(рис.3.12)fkокз = f 0 .(3.43)i fKВеличина о.к.з. , как и величина xd , определяет предельнуювеличину нагрузки, которую способен нести генератор приустановившемся режиме работы, причем, чем больше о.к.з., тем большепредельная нагрузка.У гидрогенераторов обычно кокз = 0,8...1,8, а турбогенераторовкокз= 0,4...1,0 [12].
Величина о.к.з тем больше, чем больше величиназазора δ между статором и ротором. Поэтому машины с большим о.к.з.дороже.Внешняя характеристика U = f (I) при if = const, cos ϕ = const.Внешняя характеристика показывает как изменяется напряжение Uпри изменении нагрузки и неизменном токе возбуждения.50Рис.3.13. Внешние характеристикисинхронного генератораРис. 3.14. Регулировочные характеристикисинхронного генератораВид внешней характеристики (рис.3.
13) определяется характеромнагрузки и действием реакции якоря. Следует отметить, что значение ifдля характеристик рис.3.13 различно, наибольшее if соответствуетхарактеристике 1.Величина if при номинальной нагрузке называется номинальнымтоком возбуждения.Номинальное изменение напряжения синхронного генератора ∆UH это изменение напряжения на зажимах генератора при изменениинагрузки от номинального значения до нуля и при неизменном токевозбуждения. Синхронные генераторы обычно рассчитываются дляработы с номинальной нагрузкой при отстающем токе и cos ϕ=0,8 [12]при этом ∆UH = 25....35%.Регулировочная характеристика if = f (I) при U = const, cos ϕ = const.Регулировочная характеристика показывает, как нужно регулироватьток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки напряжение оставалосьнеизменным. Вид регулировочных характеристик (рис.3.14) зависит отвлияния тока якоря, т.
е. от характера нагрузки. При номинальнойнагрузке и cos = 0, 8 увеличение тока возбуждения по сравнению срежимом х.х. составляет 1.7...2.2 раза .Нагрузочная характеристика Наибольший интерес представляетчисто индуктивная нагрузка (индукционная нагрузочная характеристика )при номинальном токе (рис. 3.15).
В данном случае существует чистопродольная размагничивающая реакция якоря. Поэтому индукционнаяхарактеристика (кривая 2) идет ниже х.х.х. (кривая 1). Точка Асоответствует режиму к.з. (I = I Н и U = 0).51Рис.3.15. Индукционная нагрузочная характеристика и реактивный треугольниксинхронного генератораТреугольник Потье Треугольником Потье (реактивным треугольником)называется ∆АВС (рис. 3.15). Вертикальный катет ВС равен падениюнапряжения в сопротивлении рассеяния якоря xσa I H , а горизонтальныйкатет АС равен МДС обмотки якоря kid I H в масштабе токавозбуждения.Реактивный треугольник АВС можно построить, если известны:-ток возбуждения i fK = OA при к.з.
и I = I H,-сопротивление xσa ,- начальная прямолинейная часть х.х.х.Составляющая ОС тока возбуждения ОА при к.з. индуктирует ЭДСEσa = xσa I H ,а другая составляющая этого тока СА компенсирует размагничивающеедействие МДС обмотки якоряCA = k id I H .Индукционную характеристику 2 (рис.3.15) можно построить спомощью х.х.х. (кривая 1) и реактивного ∆АВС, передвигая его так,чтобы вершина В скользила по х.х.х.Если xσa и k id неизвестны, то ∆АВС можно построить с помощьюхарактеристик 1 и 2. Отложив из некоторой точки А` характеристики 2отрезок A′O ′ = ОА, проводим линию O ′B ′ параллельно ОВ и находимточку пересечения B′ с кривой 1.
Отрезок B ′C ′ дает значениеB′C ′,xσa =IHа отрезок C ′A′ - величину МДС реакции якоря.. Индуктивное сопротивление Потье. Опытная индукционнаяхарактеристикавдействительностиотклоняетсявправоотхарактеристики, построенной с помощью х.х.х. и реактивноготреугольника (штриховая кривая рис. 3.15). Причина заключается в том,что хотя для точки В` х.х.х.
и точки A′ индукционной характеристикивеличины ЭДС Еδ и потока Фδ одинаковы, соответствующие токи52возбуждения ОД и ОК различны. Т.к. ОК > ОД, то в режимеиндукционной характеристики поток рассеяния обмотки возбуждениябольше, что вызывает увеличение насыщения полюсов и ярмаиндуктора. Если произвести построение реактивного треугольника отточки A′′ , то получим отрезок C ′′B ′′ > C ′B ′ .Поэтому вместо xσa получим сопротивлениеC ′′B ′′xP =,IHкоторое называется индуктивным сопротивлением Потье или расчетныминдуктивным сопротивлением рассеяния обмотки якоря.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
