Векторная диаграмма явнополюсного С.Г

Для ненасыщенного явнополюсного С.Г. векторная диаграмма может быть построена аналогично, однако для примера выберем другую форму уравнения ЭДС и напряжений, в частности, такую:

.

При этом учтем, что

; ; ; ,

как это было показано в предыдущих лекциях.

В произвольном направлении откладываем вектор ЭДС , который определяет положение поперечной оси машины q – q. Естественно, что продольная ось d - d будет перпендикулярна оси q – q.

Далее, под углом y к ЭДС отложим вектор тока . Если нагрузка активно – индуктивная, то в сторону отставания, если активно – емкостная – в сторону опережения. Затем последовательно откладываем векторы ЭДС ; ; ; , выраженные через падение напряжения, с учетом их ориентации относительно тока и его составляющих I_1d = I₁Siny и I_1q = I₁Cosy.

Геометрическая сумма всех ЭДС определит величину и положение вектора напряжения , а также значение угла j.

В процессе построения несложно определить величину и положение вектора внутренней ЭДС , а затем и векторов ; ; ; ; Ф_d.

Последний вектор Ф_d равен сумме векторов Ф₀; ; . Он опережает на 90 ° эл. вектор ЭДС .

Естественно, что для построения надо знать определенные величины, которые находят путем расчета. Другие величины можно определить в процессе построения. На рисунке представлена векторная диаграмма явнополюсного ненасыщенного С.Г. при активно – индуктивной нагрузке.

	Рисунок 2. Векторная диаграмма явнополюсного ненасыщенного синхронного генератора

Характеристики С.Г.

а) Характеристика холостого хода.

Это зависимость Е₁₀ = U₁₀ = f(I_ВО) при n = n₁ = const.

Ее можно снять экспериментально, проводя опыт холостого хода. Если перейти к относительным единицам и определить:

; ,

то получится нормальная, характеристика холостого хода, которую можно использовать при расчете других характеристик машины. Обычно нормальные Х.Х.Х. для всех С.Г. одинаковы.

б) Характеристика короткого замыкания.

Характеристику короткого замыкания также нетрудно снять опытным путем, проводя опыт короткого замыкания при n₁ = const. Для этого замыкают накоротко зажимы фаз обмотки статора и постепенно увеличивают ток возбуждения, измеряя токи в обмотках статора и возбуждения. В процессе опыта определяют зависимость

I_1K = f(I_вк). Поскольку даже при I_1K @ 1,25 I_1Н ток возбуждения С.Г. будет очень мал, то и магнитный поток генератора в процессе будет опыта К.З. является очень малой величиной. Магнитная цепь генератора будет ненасыщенной, следовательно, характеристикa короткого замыкания является прямой линией, выходящей из начала координат. При этом цепь обмотки статора можно считать практически чисто индуктивной, так как активное сопротивление обмотки во много раз меньше индуктивного. Это значит, что реакция якоря С.Г. в опыте короткого замыкания является продольно – размагничивающей, а ЭДС обмотки статора Е_1К полностью уравновешивается ЭДС продольной реакции якоря и ЭДС рассеяния E_S1 = – jX_SI₁.

Следовательно, будет справедливо равенство при Е_aq = 0 и U₁ = 0.

Соответственно будет выглядеть и векторная диаграмма С.Г. в опыте короткого замыкания.

Выразив эти ЭДС через ток и сопротивления, получим:

Е_1К = Х_ad I_1d + X_S I₁ = X_C I₁

Здесь I_1d = I₁ поскольку I_1q = 0.

Важным параметром С.Г. является величина, называемая «отношение короткого замыкания» – ОКЗ.

ОКЗ равно отношению тока возбуждения I_вон, который в опыте Х.Х. дает номинальное напряжение на зажимах обмотки статора

U₁₀ = U_1Н, к току возбуждения I_ВКН, который в опыте короткого замыкания дает номинальный ток обмотки статора I_1K = I_1Н.

Синхронные генераторы с малым ОКЗ имеют меньшие габариты и вес, дешевле, чем С.Г. с большими ОКЗ. Но при этом они менее устойчивы при параллельной работе с другими С.Г.

У турбогенераторов ОКЗ = 0,4 ¸ 0,7.

У гидрогенераторов ОКЗ = 1,0 ¸ 1,4.

Для определения ОКЗ следует построить в общих осях координат Х.Х.Х. и Х.К.З. (при трехфазном кротком замыкании). На оси ординат отложить значения U_1Н и I_1Н, что позволит по соответствующим характеристикам определить I_ВОН и I_ВКН.

Нетрудно заметить, что значение I_ВКН с помощью спрямленной Х.Х.Х. определяет величину ненасыщенной ЭДС Е₁₀. А значение тока I_ВОН даст возможность определить по Х.К.З. какое – то значение тока в обмотке статора I_1К. (смотри рисунок 4.)

Теперь величину ОКЗ можно представить в виде:

.

Можно показать также, что ОКЗ является величиной, обратной индуктивному сопротивлению по продольной оси (синхронному), выраженному в относительных единицах.

, где .

Если известна величина индуктивного сопротивления рассеяния X_S, то нетрудно определить значение Е_S = X_S I_1Н. Отложив Е_S на оси ординат, найдем по Х.Х.Х. значение тока возбуждения I_BS и пропорциональной ему МДС F_S. Поскольку I_ВКН пропорционально F_ВН, то легко определить и МДС реакции якоря F_ad по продольной оси, учитывая, что F_ВН = F_ad + F_S.

При опыте К.З. Е₁₀ = Е_ad + E_S, тогда на оси ординат можно определить ЭДС Е_ad. Полученный в результате построения треугольник АВС называют реактивным треугольником. Его используют для построения других характеристик С.Г.

Отметим, что Х.К.З. при двухфазном К.З. и тем более при однофазном располагаются выше Х.К.З. при трехфазном К.З., когда реакция якоря действует сильнее.

а) б)

в) внешняя характеристика.

Это зависимость напряжения на зажимах обмотки статора от тока в цепи обмотки U₁ = f(I₁) при I_В = I_ВН = const; j = const; n_Н = const.

Изменение напряжения U при изменении тока нагрузки зависит от характера нагрузки, определяются падениями напряжения в цепи обмотки статора и действием реакции якоря.

Все характеристики начинаются в одной точке на оси ординат при U₁₀ = E₁₀ и заканчиваются в одной точке на оси абсцисс при I₁ = I_1K.

Номинальный ток возбуждения I_ВН – это такой ток возбуждения, при котором все остальные величины являются номинальными, т.е. при I_B = I_ВН Þ U₁ = U_1Н; I₁ = I_1Н; cosj = cosj_Н; n = n_Н; f = f_Н.

г) регулировочная характеристика.

Это зависимость тока возбуждения от тока в обмотке статора

I_B = f(I₁) при U₁ = U_1Н = const; n = n_Н = const; cosj = const.

Она показывает как надо изменять ток возбуждения при изменении нагрузки, чтобы напряжение на зажимах на обмотке статора оставалось постоянным.

Регулировочная характеристика является эксплуатационной реализацией количественного учета реакции якоря, поскольку именно изменение тока возбуждения компенсирует действие реакции якоря при изменении нагрузки.