Характеристики синхронных генераторов

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 11Следующая ⇒

Среди разнообразных характеристик синхронных генераторов отдельную группу составляют характеристики, которые определяют зависимость между напряжением на зажимах якоря U, током якоря I и током возбуждения i_f при f = f_н или п = n_н = const в установившемся режиме работы. Эти характеристики дают наглядное представление о ряде основных свойств синхронных генераторов.

Они могут быть построены по расчетным данным, с помощью векторных диаграмм, или по данным соответствующих опытов.

Характеристики явнополюсных и неявнополюсных генераторов в основном одинаковы.

Схемы для снятия рассматриваемых ниже характеристик опытным путем изображены на рис. На рис. а обмотка якоря Я нагружается с помощью симметричных регулируемых нагрузочных сопротивлений Z_нг.

(например, трехфазный реостат и трехфазная индуктивная катушка, включаемые параллельно).

На рис. б генератор нагружается на сеть U_c через индукционный регулятор напряжения или регулируемый трехфазный трансформатор, или автотрансформатор РТ. Активная мощность генератора в обоих случаях регулируется путем изменения момента двигателя, вращающего генератор. В схеме рис. 6 воздействие на РТ изменяет напряжение генератора и его реактивную мощность или cos . На практике удобно пользоваться схемой рис б.

На рисунке предполагается, что обмотка возбуждения 0В питается от постороннего источника. Регулирование тока i_f в обоих случаях производится с помощью реостата R. Величина cos проверяется по показаниям двух ваттметров.

Все характеристики для наглядности целесообразно строить в относительных единицах.

Магнитные поля и параметры

Успокоительной обмотки

В нормальных установившихся режимах работы многофазной синхронной машины основная гармоника н. с. реакции якоря вращается синхронно с ротором, неизменна по величине и поэтому токов в успокоительной или пусковой обмотке, расположенной в полюсных наконечниках, не индуктирует.

При этих условиях относительно небольшие токи в стержнях успокоительной обмотки индуктируются только в результате действия высших гармоник н. с. обмотки якоря и зубцовых пульсации магнитного поля. Эти токи вызывают добавочные потерн, которые учитываются при определении к. п. д.

Однако при неустановившихся, несимметричных и других особых режимах работы потоки основных гармоник поля реакции якоря Ф_ad и Ф_qd изменяются или пульсируют во времени и индуктируют в успокоительной обмотке значительные по величине токи.

Распределение этих токов в стержнях успокоительной или пусковой обмотки показано на рис.1 а и 2 а.

Рис 1.

Рис 2.

Эти токи создают в воздушном зазоре магнитные поля определенной формы, которые можно разложить на основную и высшие гармоники (рис.1б и 2б). Основные гармоники поля успокоительной обмотки обусловливают явление взаимной индукции с обмоткой якоря, а высшие гармоники образуют поле дифференциального рассеяния успокоительной обмотки. Кроме того, существуют также поля пазового и лобового рассеяния успокоительной обмотки.

Ротор явнополюсной синхронной машины в магнитном отношении несимметричен. Кроме того, его успокоительная или пусковая обмотка несимметрична и в электрическом отношении, так как контуры токов, составляемые стержнями и участками торцевых замыкающих колец этой обмотки, различны для токов, индуктируемых продольным и поперечным потоками реакции якоря (рис. 1а и 2а). Поэтому количественные соотношения, характеризующие электромагнитные процессы, для осей d и q различны. Для поля воздушного зазора это проявляется в том, что кривые поля имеют различный вид (рис. 1б и 2б). Токи в отдельных стержнях на рис. 1 а также различны. Это же справедливо и для рис. 2а.

Вследствие указанной магнитной и электрической несимметрии, строго говоря, вместо единой успокоительной обмотки необходимо рассматривать каждый контур тока на рис. 1а или 2а как отдельную обмотку или отдельную цепь тока.

Для каждого такого контура по отдельности можно составить уравнение напряжения или второе уравнение Кирхгофа, причем эти уравнения будут независимы друг от друга, а сопротивления и индуктивности каждого контура различны. В уточненной теории переходных процессов и других особых режимов действие успокоительной обмотки учитывается именно так. Однако для большинства практических целей задачу можно упростить и рассматривать по каждой оси одну эквивалентную успокоительную обмотку, с эквивалентными токами I_уд, I_yq и эквивалентными параметрами. Можно считать, что такие эквивалентные обмотки представляют собой коротко-замкнутые витки с полным шагом (рис. 3).

Рис 3.

Активные сопротивления и индуктивности L_yd, L_yq эквивалентных успокоительных обмоток по разным осям различны.

Токи и параметры успокоительных обмоток также можно привести к обмотке якоря. При этом взаимная индуктивность с обмоткой якоря для продольной оси будет равна L_ad, а для поперечной оси L_aq. Полные приведенные собственные индуктивности успокоительной обмотки будут:

где — приведенные индуктивности рассеяния успокоительной обмотки соответственно для продольной и поперечной осей. Очевидно, что

Вместо полной успокоительной обмотки иногда применяют также неполную успокоительную обмотку (рис. 4),

Рис 4.

которая не имеет междуполюсных соединений. Отсутствие междуполюсных соединений не влияет на величину и распределение токов, а также на величину параметров успокоительной обмотки по продольной оси. Однако действие такой обмотки по поперечной оси значительно ослабляется, так как активное сопротивление r_yd и индуктивность рассеяния увеличиваются, а ток эквивалентной обмотки , уменьшается. Поэтому неполные успокоительные обмотки применяются редко.

Отметим, что в каждом реальном стержне успокоительной обмотки протекает ток, равный сумме продольного и поперечного токов стержня, и ввиду разных направлений этих токов суммарные токи стержней, расположенных симметрично относительно центра полюсного наконечника, различны.

Неявнополюсные синхронные машины имеют массивный ротор, обычно лишены специальной успокоительной обмотки, и роль последней играет само тело ротора. Это же справедливо для явнополюсных машин с массивными полюсами. Действие массивного ротора и массивных полюсов также можно заменить действием эквивалентных успокоительных обмоток.

Для неявнополюсной машины, имеющей цилиндрический ротор, параметры таких обмоток для обеих осей можно принять одинаковым. Строго говоря, это же справедливо и для обычных успокоительных и пусковых обмоток, так как сечение стержней этих обмоток достаточно велико.

Некоторое действие оказывают также вихревые токи, индуктируемые при изменении Ф_ad Ф_aq в элементах магнитной цепи ротора явнополюсной машины, имеющей полюсы из листовой стали. Это эквивалентно наличию некоторой дополнительной успокоительной обмотки. Однако этот эффект мал и обычно не учитывается.

Следует отметить также, что приведенная взаимная индуктивность между обмоткой возбуждения и успокоительной больше, а рассеяние между ними меньше, чем между этими двумя обмотками и обмоткой якоря. Это обусловлено тем, что указанные две обмотки расположены на индукторе поблизости и неподвижны относительно друг друга. Ввиду последнего обстоятельства взаимная индуктивность обмоток возбуждения и успокоительной обусловлена также высшими гармониками их полей в воздушном зазоре. То же самое характерно и для двухклеточного асинхронного двигателя, в котором взаимная индуктивность между обмотками ротора также больше, чем между обмотками ротора и обмоткой статора. Однако в синхронных машинах этим обстоятельством часто пренебрегают.

Необходимо также подчеркнуть, что взаимная индукция между поперечной успокоительной обмоткой и обмоткой возбуждения отсутствует.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒