150898 (598894), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Ф_рез=Ф_в+Ф_а,

как это показано на рис. 1.18 и 1.19.

Рис. 1.18 – Реакция якоря в неявнополюсной машине при различных условиях нагрузки

При ψ= 0 (рис. 1.18, а и 1.19, а) ток в фазе А – X достигает максимума в момент времени, когда оси полюсов N и S совпадают с осью среднего паза рассматриваемой обмотки. Для этого случая показаны диаграммы распределения основных гармоник магнитных полей.

Кривая распределения индукции B_a = f(x) для двухполюсной машины будет смещена относительно кривой индукции B_в = f(x) в пространстве на 90°, т.е. поток якоря Ф_а действует в направлении, перпендикулярном действию потока возбуждения Ф_в (поперек оси полюсов). В теории синхронной машины ось, проходящую через середину полюсов, называют продольной и обозначают буквами d–d; ось, проходящую между полюсами, называют поперечной и обозначают q – q. Следовательно, при ψ = 0 поток якоря действует по поперечной оси машины, размагничивая одну половину каждого полюса и подмагничивая другую. Кривая распределения результирующей индукции B_рез = f(x) при этом сдвигается относительно кривой B_в = f(x) против направления вращения ротора. В соответствии с пространственным сдвигом кривых распределения индукции сдвигаются и векторы потоков на временной векторной диаграмме, т.е. вектор отстает от вектора потока возбуждения на 90°. Вектор результирующего потока ; его модуль

При ψ = 90° (рис. 1.18, б и 1.19, б) ток в фазе А–X достигает максимума на 1/4 периода позднее момента, соответствующего максимуму э.д.с. Е₀. За это время полюсы ротора перемещаются на 1/2 полюсного деления, вследствие чего кривая B_a = f(x) смещается относительно кривой B_в = f(x) на 180°. При этом поток якоря действует по продольной оси машины против потока возбуждения ; результирующий поток сильно уменьшается, вследствие чего уменьшается и э.д.с. якоря Ė. Таким образом, при ψ = 90° реакция якоря действует на машину размагничивающим образом.

При ψ = – 90° (рис. 1.18, в и 1.19, в) поток якоря также действует по продольной оси машины, но совпадает по направлению с потоком возбуждения. Следовательно, реакция якоря действует на машину подмагничивающим образом, увеличивая ее результирующий поток и э.д.с. Ė.

Выводы, полученные при рассмотрении трех случаев нагрузки, можно распространить и на общий случай, когда –90° < ψ < 90°. При этом характерным является то, что отстающий ток (активно-индуктивная нагрузка) размагничивает машину, а опережающий ток (активно-емкостная нагрузка) подмагничивает ее.

Э.д.с. Е при работе генератора под нагрузкой можно рассматривать как сумму двух составляющих:

. (1.12)

Рис. 1.19 – Кривые распределения индукции в неявнополюсной машине и векторные диаграммы потоков и э. д. с. при различных углах ψ

Э.д.с. Е_а пропорциональна потоку Ф_а, т.е. току 1_а в обмотке якоря, поэтому ее можно рассматривать как э.д.с. самоиндукции, индуктированную в обмотке якоря, и представить в виде

,

где х_а – индуктивное сопротивление синхронной машины, обусловленное потоком реакции якоря.

Явнополюсная машина. В этой машине воздушный зазор между статором и ротором не остается постоянным, так как он расширяется по направлению к краям полюсов и резко увеличивается в зоне междуполюсного пространства. По этой причине поток якоря здесь зависит не только от величины м.д.с. F_a якоря, но и от положения кривой распределения этой м.д.с. F_a = f (x) относительно полюсов ротора, так как одна и та же м.д.с. якоря в зависимости от ее пространственного положения создает различный магнитный поток. Так, например, при угле ψ = 0 (рис. 1.20, а), когда поток якоря направлен по поперечной оси машины, кривая распределения индукции B_a=B_aq имеет седлообразную форму, хотя м.д.с. F_а якоря распределена синусоидально. При этом максимуму м.д.с. F_a соответствует небольшая индукция, так как магнитное сопротивление воздушного зазора максимально. При угле ψ = 90° (рис. 1.20, б), когда поток якоря направлен по продольной оси машины, кривая распределения индукции В_а = B_ad расположена симметрично относительно оси полюсов. В этом случае индукция имеет большее значение, чем при ψ = 0, так как магнитное сопротивление воздушного зазора в данном месте невелико. Соответственно различные максимальные значения будут иметь и первые гармоники B_ad1 и В_аq1 указанных кривых.

Рис. 1.20 – Кривые распределения м. д. с. реакции якоря и создаваемых ею индукций в явнополюсной машине

Чтобы избежать трудностей, связанных с изменением результирующего сопротивления воздушного зазора при различных режимах работы машины, при анализе работы явнополюсной синхронной машины следует использовать так называемый метод двух реакций. Согласно этому методу, м.д.с. F_a в общем случае представляют в виде суммы двух составляющих: продольной F_ad = F_asinψ и поперечной F_aq = F_acosψ (рис. 1.21, а), причем F_a = F_ad + F_aq. Продольная составляющая F_ad создает продольный поток якоря Ф_аd, индуктирующий в обмотке якоря э.д.с. E_ad, а поперечная составляющая F_aq – поперечный поток Ф_аq, индуктирующий э.д.с. E_aq, причем принимают, что эти потоки не оказывают влияния друг на друга. В соответствии с принятым методом ток якоря I_а, создающий м.д.с. F_а, также представляют в виде двух составляющих: продольной I_d и поперечной I_q (рис. 1.21, б).

Рис. 1.21 – Разложение векторов м.д.с. и тока якоря на продольную и поперечную составляющие

Величину магнитных потоков Ф_аd и Ф_аq и индуктируемых ими э.д.с. E_ad и E_aq можно определить по кривой намагничивания машины или по спрямленной характеристике (рис. 1.22). Однако кривая намагничивания строится для м.д.с. возбуждения F_в, имеющей не синусоидальное, а прямоугольное распределение вдоль, окружности якоря. Чтобы воспользоваться указанной кривой или спрямленной характеристикой, м.д.с. F_ad и F_aq следует привести к прямоугольной м.д.с. возбуждения F_в, т.е. найти их эквивалентные значения F_ad' и F_aq'.

Установление эквивалентных значений F_ad' и F_aq' производят на основании следующих соображений: м.д.с. F_ad и F_aq создают в воздушном зазоре машины индукции B_ad и В_аq, распределенные вдоль окружности якоря так же, как и индукции, создаваемые м.д.с. F_а соответственно при углах ψ = 0 и ψ = 90^о (см. рис. 1.20, а, б). Первые гармоники B_ad1 и B_aq1 кривых B_ad = f(x) и B_aq = f(x) образуют магнитные потоки

Ф_ad=F_ad/r_{м ad}; Ф_aq= F_aq/r_{м aq}.

где r_{м ad} и r_{м aq} – магнитные сопротивления для соответствующих потоков, учитывающие не только форму воздушного зазора, но и синусоидальность кривой распределения м.д.с. F_ad и F_aq вдоль окружности якоря.

М.д.с. возбуждения создавала бы такие же потоки Ф_аd и Ф_аq при меньших величинах м.д.с. F'_ad и F'_aq:

; .

Рис. 1.22 – Векторная диаграмма потоков Ф_ad и Ф_аq и э. д. с. E_ad и E_aq (а) явнополюсной машины и их определение по характеристике холостого хода (б)

Из последних выражений можно найти коэффициенты реакции якоря k_d и k_q, характеризующие уменьшение эффективных значений м.д.с. якоря:

; . (1.13)

где r_м.в–магнитное сопротивление для потока возбуждения, учитывающее форму воздушного зазора по продольной оси машины и прямоугольное распределение м.д.с. F_в вдоль окружности якоря. Чтобы определить коэффициенты k_d и k_q, необходимо знать, как распределяются вдоль окружности якоря индукции B_ad и B_aq, созданные продольной F_ad и поперечной F_aq составляющими м.д.с. якоря, и их первые гармоники B_ad1 и B_aq1. Для характеристики этого распределения используют коэффициенты формы поля реакции якоря по продольной k_ad и поперечной k_aq осям, аналогичные по своей структуре коэффициенту формы поля обмотки возбуждения k_в:

; (1.14а)

где B_adm1 и B_aqm1–амплитуды первых гармоник реального распределения магнитной индукции; B_adm и B_aqm – максимальные значения индукций B_ad и B_aq вычисленные в предположении, что воздушный зазор между статором и ротором равномерный, равный его значению под серединой полюса.

Коэффициенты k_ad и k_aq зависят от тех же параметров α_i, δ/τ и δ_макс/δ, что и коэффициент k_в, причем (см. рис. 1.20) k_aq < k_ad.

Из условий равенства первых гармоник индукций, созданных м.д.с. якоря F _аd и эквивалентной ей м.д.с. возбуждения F'_ad и соответственно F_aq и F'_aq, имеем k_adF_ad = k_вF'_ad; k_aqF_aq = k_вF'_aq, откуда

; . (1.14б)

Коэффициенты k_d и k_q физически характеризуют уменьшение магнитного сопротивления для потока Ф_в по сравнению с потоками Ф_аd и Ф_аq Обычно k_d= 0,8 ÷ 0,95; k_q = 0,3 ÷ 0,65.

В машине с явно выраженными полюсами э.д.с. Е при работе генератора под нагрузкой можно представить как сумму трех составляющих:

. (1.15)

Э.д.с. E_ad и E_aq, индуктируемые продольным Ф_аd и поперечным Ф_aq потоками якоря, представляют собой по существу э.д.с. самоиндукции, так как сами потоки Ф_аd и Ф_аq создаются м.д.с. F_ad и F_aq, пропорциональные токам I_d и I_q. Поэтому для ненасыщенной машины можно считать, что

; , (1.16)

где х_аd и х_аq–индуктивные сопротивления обмотки якоря, соответствующие полям продольной и поперечной реакций якоря, причем

x_ad/x_aq=k_ad/k_aq. (1.17)

Для машины с неявно выраженными полюсами м.д.с. якоря приводится к м.д.с. обмотки возбуждения по формуле

F'_a=k_dF_a.

1.6 Векторные диаграммы синхронного генератора

При анализе работы синхронных машин обычно используют векторные диаграммы: при качественном–упрощенные диаграммы, справедливые для машин, в которых отсутствует насыщение, а при количественном–уточненные диаграммы.

Неявнополюсная машина. Для цепи якоря неявнополюсной синхронной машины можно написать уравнение

(1.18а)

Характеристики

Список файлов книги