Работа явнополюсного синхронного генератора под нагрузкой. Векторная диаграмма при RL-RC нагрузках

Реакция якоря в явнополюсной машине. В этой машине воздушный зазор между статором и ротором не остается постоянным — он расширяется по направлению к краям полюсов и резко увеличивается в зоне междуполюсного пространства. Следовательно, поток якоря здесь зависит не только от значения МДС якоря Fа, но и от положения кривой распределения этой МДС Fa = f(x) относительно полюсов ротора, так как одна и та же МДС якоря в зависимости от ее пространственного положения создает различные магнитные потоки.

Так, например, при угле ψ = 0 (рис. 6.21, а), когда поток якоря направлен по поперечной оси машины (q-q), кривая распределения индукции Ва = Ваq имеет седлообразную форму, хотя МДС якоря Fa распределена синусоидально. При этом максимуму МДС Fa соответствует небольшая индукция, так как магнитное сопротивление воздушного зазора максимально. При угле ψ = 90° (рис. 6.21,б), когда поток якоря направлен по продольной оси машины, кривая распределения индукции Ва = Bad расположена симметрично относительно оси полюсов d-d. 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 имеют и первые гармо-нические Bad1 и Baq1 указанных кривых (штриховые линии).

Рис. 6.22. Продольные и поперечные составляющие векторов МДС Fa и тока якоря Iа

Рис. 6.23. Векторная диаграмма потоков Фad и

Фаqи ЭДС Ead и Еаqявнополюсной машины и их

определение по характеристике холостого хода

В связи с изменением результирующего сопротивления воздушного зазора при различных режимах явнополюсной машины при анализе ее работы используют так называемый метод двух реакций. Согласно этому методу, МДС якоря Fa в общем случае представляют в виде суммы двух составляющих — продольной Fad = Fa sinψ и поперечной Faq = Fa cosψ (рис. 6.22, а), причем F→a = F→ad + F→aq. Продольная составляющая F→ad создает продольный поток якоря Фad, индуцирующий в обмотке якоря ЭДС Ead, а поперечная составляющая F→aq — поперечный поток Фaq,индуцирующий ЭДС Еaq, причем принимают, что эти потоки не оказывают влияния друг на друга. В соответствии с принятым методом ток якоря Ia создающий МДС Fa, также представляют в виде двух составляющих — продольной Iа и поперечной Iq (рис. 6.22,б).

Магнитные потоки Фad и Фaq и индуцируемые ими ЭДС Еad и Еaq (рис. 6.23, а) можно определить по кривой намагничивания машины или по спрямленной характеристике (рис. 6.23,6). Однако кривая намагничивания строится для МДС возбуждения, имеющей не синусоидальное, а прямоугольное распределение вдоль окружности якоря. Чтобы воспользоваться этой кривой или спрямленной характеристикой, МДС Fad и Faq следует привести к прямоугольной МДС возбуждения Fв, т. е. найти их эквивалентные значения F'ad и F'aq.

Установление эквивалентных значении F'ad и F'aq производят на следующем основании: МДС Fad и Faq создают в воздушном зазоре машины индукции Вad и Вaq, распределенные вдоль окружности якоря так же, как и индукции, создаваемые МДС Fa соответственно при углах ψ = 0 и ψ = 90° (см. рис. 6.21, а, б). Первые гармонические Вadl и Вaq1 кривых Bad = f(x) и Вaq = f(x) образуют магнитные потоки

Фad = Fad /Rм ad; Фaq = Faq /Rм aq,

где Rм ad и Rм aq — магнитные сопротивления для соответствующих потоков, учитывающие не только форму воздушного зазора, но и синусоидальность кривой распределения МДС Fad и Faq вдоль окружности якоря. МДС возбуждения может создавать такие же потоки Фad и Фaq при меньших значениях МДС F'ad и F'aq:

Фad = Fad /Rм ad = F'ad /Rм.в;

Фaq = Faq /Rм aq = F'aq /Rм.в.

Из последних выражений можно найти коэффициенты реакции якоря kd и kq, характеризующие уменьшение эффективных значений МДС якоря:(6.8)

kd = F'ad /Fad = Rм.в /Rм ad; kq = F'aq /Faq = Rм.в /Rм aq,

где Rм.в — магнитное сопротивление потока возбуждения, учитывающее форму воздушного зазора по продольной оси машины и прямоугольное распределение МДС Fв вдоль окружности якоря. Коэффициенты kd и kq физически характеризуют уменьшение магнитного сопротивления для потока Фв по сравнению с потоками Фad и Фaq. Обычно kd = 0,80 ÷ 0,95; kq = 0,30 ÷ 0,65. В машине с явно выраженными полюсами ЭДС Е при работе генератора под нагрузкой можно представить как сумму трех составляющих: (6.9)

É = É0 + Éad + Éaq.

ЭДС Ead и Еaq, индуцируемые продольным Фad и поперечным Фaq потоками якоря, представляют собой по существу ЭДС самоиндукции, так как потоки Фad и Фaq создаются МДС Fad и Faq, пропорциональными токам Id и Iq. Поэтому для ненасыщенной машины можно считать, что(6.10)

Éad = -jÍd Xad; Éaq = -jÍq Xaq,