Построение векторной диаграммы

ЛЕКЦИЯ № 22

Тема: Векторная диаграмма насыщенного синхронного

генератора. Определение параметров С.Г. опытным путем.

Цель: Изучить физическую сущность и методику построения векторной диаграммы синхронного генератора, методику определения его параметров по характеристикам.

План: 1. Векторной диаграммы насыщенного

неявнополюсного синхронного генератора.

2. Определение параметров синхронного генератора по его характеристикам.

Литература: 1. Бургардт К.А., Просужих Р.П.

«Корабельные электрические машины».

Часть 2. 1980., стр. 269-274.

Лекция обсуждена и одобрена на заседании кафедры

Протокол № _____ от «_____» _____________200 г.

Преподаватель: Просужих Р.П.

Лекция № 22.: Векторная диаграмма насыщенного

Синхронного генератора. Определение параметров С.Г. опытным путем.

Построение векторной диаграммы.

В предыдущей лекции было показано, что векторная диаграмма С.Г. является по сути дела графическим решением основного уравнения машины, составленного по 2-му закону Кирхгофа. Она позволяет проанализировать электромагнитные процессы, происходящие в синхронной машине, рассчитать и построить основные характеристики С.Г., его поведение в различных режимах работы. Были построены векторные С.Г. при ненасыщенном состоянии магнитопроводов. Это позволяло использовать при построении диаграмм метод наложения и теорию двух реакций, поскольку при отсутствии насыщения существует прямая пропорциональность между МДС, наведенными или магнитными потоками и индуктируемыми этими потоками ЭДС.

В реальных условиях всегда имеет место насыщение магнитопровода, поэтому зависимость между МДС и магнитными потоками, создаваемыми этими МДС будет нелинейной. Это значит в свою очередь, что электродвижущие силы не пропорциональны соответствующим токам. Это обстоятельство четко выражено в форме характеристики холостого хода, которая в других масштабах является характеристикой намагничивания.

Следовательно, для построения векторной диаграммы насыщенного неявнополюсного С.Г. необходимо использовать характеристику холостого хода (Х.Х.Х.). Кроме того, для определения взаимосвязи между токами в обмотках якоря и возбуждения используем характеристику трехфазного короткого замыкания. Положим также, что индуктивное сопротивление рассеяния Х_s обмотки статора

известно, а активное сопротивление R₁ = 0. Векторную диаграмму построим при отстающем токе в обмотке якоря, т.е. при активно-индуктивной нагрузке.

Порядок построения состоит в следующем:

1) Провести оси координат, выбрать масштабы для напряжений и токов и отложить по оси ординат вектор фазного напряжения обмотки якоря. Под углом к вектору в сторону отставания провести вектор тока обмотки якоря .

2) В осях координат провести характеристики холостого хода и трехфазного короткого замыкания, согласовав масштабы тока и напряжения с масштабами векторов и .

3) Вычислить величину вектора падения напряжения и провести его в масштабе напряжения из конца вектора в сторону опережения под углом 90^˚. Этим построением определяется величина и положение вектора результирующей ЭДС генератора

.

4) Радиусом Е_б описать дугу до пересечения с осью ординат и по Х.Х.Х. определить величину тока возбуждения I_вб, которая пропорциональна результирующей МДС F_б, образованной совместным действием обмоток якоря и возбуждения. Этой магнитодвижущей силе соответствует результирующий магнитный поток С.Г., который создает ЭДС Е_б.

5) Радиусом I_вб провести дугу до пересечения с перпендикуляром к вектору в сторону опережения и определить тем самым положение вектора .

6) Радиусом I_1н сделать засечку на ось ординат и по характеристике короткого замыкания определить величину тока I_вк, пропорциональную МДС обмотки возбуждения при коротком замыкании.

7) На оси ординат отложить величину падения напряжения в индуктивном сопротивлении рассеяния Х_s I_1н и по Х.Х.Х. определить ток возбуждения I_вs, необходимый для компенсации этого падения напряжения.

8) На оси абцисс определить разность величин I_вк - I_вs = I_ва и получить значение тока I_ва, который пропорционален МДС реакции якоря. Учитывая, что обмотка возбуждения должна быть приведена к обмотке якоря, можно считать, что ток I_ва пропорционален МДС обмотки возбуждения, необходимой для компенсации реакции якоря.

9) Из конца вектора отложить вектор в противофазе с вектором тока и определить тем самым величину и положение вектора , который пропорционален МДС обмотки возбуждения в данном режиме С.Г. Эта МДС создает в машине основной магнитный поток, который индуктирует в обмотке якоря ЭДС Е₁₀, необходимой для поддержания напряжения на зажимах обмотки якоря при нагрузке и компенсации падений напряжения в индуктивных сопротивлениях Х_s – рассеяния и Х_а – реакции якоря.

10) Радиусом I_вн провести дугу до пересечения с осью абцисс и по Х.Х.Х. определить величину Е₁₀, а затем сделать засечку до пересечения с перпендикуляром к вектору I_вн, проведенным в сторону отставания. Этим определяется и величина, и положение

вектора .

		Рисунок 1. Векторная диаграмма С.Г. с учетом насыщения

Кроме того, этим построением определяются углы сдвига по фазе: угол Ψ между векторами и и угол q между векторами и .

Величина ЭДС Е_10, определенная данным способом, соответствует насыщенному состоянию магнитопровода С.Г., а отрезок, соединяющий концы векторов и , равновелик ЭДС Е_а реакции якоря. Из диаграммы видно, что он не перпендикулярен вектору тока в отличие от векторной диаграммы для ненасыщенного С.Г., показанной на предыдущей лекции.

11) Построенная векторная диаграмма позволяет определить реальное повышение напряжения С.Г. при сбросе нагрузки ΔU, которое равно

Построение векторной диаграммы выполнено при условии, что все величины и параметры С.Г. известны. На практике такие векторные диаграммы позволяют определить какие-то величины, построить характеристики генератора, если известны его параметры. В учебной программе предусмотрено выполнение студентами расчетно-графического задания по построению внешней и регулировочной характеристик С.Г. с помощью векторных диаграмм.

Параметры синхронного генератора как в установившемся, так и в переходных режимах работы можно определить опытным путем. Методика определения изложена ниже.