Б) Индукционная нагрузочная характеристика

Из нагрузочных характеристик, представляющих собой зависимости U = f (I _в) при I = const и cos φ = const, практическое значение имеет лишь нагрузочная характеристика при cosφ = 0. Будем ее называть индукционной нагрузочной характеристикой. Она может быть снята при использовании в качестве нагрузки другой синхронной машины, включенной на параллельную работу с испытуемой (см. § 4-7).

Если характеристика снимается опытным путем при нагрузке генератора на реактивную катушку, то cos φ, очевидно, нельзя установить равным нулю. Однако опыт показывает, что при снятии рассматриваемой характеристики достаточно установить cos φ 0,2. Поэтому при испытании генераторов небольшой мощности в качестве нагрузки иногда используются реактивные катушки с переменной индуктивностью, имеющие относительно небольшие потери.

На рис. 4-37, а представлена индукционная нагрузочная характеристика.

Рис. 4-37. Индукционная нагрузочная характеристика и определение сторон реактивного треугольника.

Ее точка А в соответствии с тем током, для которого она снималась, может быть взята из характеристики короткого замыкания (рис. 4-34). На рис. 4-37, а, кроме индукционной нагрузочной, изображена также характеристика холостого хода Е ₀. При помощи этих двух характеристик можно определить, как будет показано, сопротивление х _σ и н.с. реакции якоря F_ad (в случае явнополюсной машины) или (в случае неявнополюсной машины).

Покажем вначале, как может быть построена индукционная нагрузочная характеристика, если известны характеристика холостого хода и катеты реактивного треугольника, т. е. Iх_σ и F_ad или . Для этого нужно построить реактивный треугольник DСА в нижней части характеристики холостого хода (рис. 4-37, а) и передвигать его параллельно самому себе так, чтобы вершина С скользила по характеристике холостого хода; тогда вершина А опишет искомую характеристику. Для того чтобы убедиться, что точки полученной таким образом характеристики, действительно дают напряжения генератора при его работе с соsφ=0, рассмотрим построенные для этого случая диаграммы явнополюсной и неявнополюсной машин (рис. 4-37, б и в). Для диаграммы явнополюсной машины, если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора, получим:

; ; ; ;

; ; ;

(I _d = I, так как ; здесь x_ad, а следовательно, и x_d — значения сопротивлений по продольной оси при условном учете насыщения), для диаграммы неявнополюсной машины

; ; ; ;

; .

Теперь покажем, как по характеристикам холостого хода и индукционной нагрузочной, снятым опытным путем, определяются Ix _σ и F_ad или .

Из предыдущего следует, что если треугольник 0СА передвигать параллельно самому себе так, чтобы вершина А скользила по нагрузочной характеристике, то вершина С будет скользить по характеристике холостого хода. В верхней части характеристик этот треугольник займет положение 0₁ С ₁ A ₁ (рис. 4-37, а). Отсюда вытекает метод определения его сторон, т. е. сторон реактивного треугольника. Согласно этому методу проведем через точку A ₁ линию, параллельную оси абсцисс. На этой линии отложим отрезок , равный отрезку . Если теперь провести через точку 0 ₁ линию, параллельную начальной части характеристики холостого хода, то получим точку C ₁. Опустив из точки С ₁ перпендикуляр на линию 0 ₁ A ₁, найдем искомый реактивный треугольник D ₁ C ₁ A ₁.

Приведенный метод определения сторон реактивного треугольника несколько неточен. В действительности нагрузочная характеристика, снятая опытным путем (пунктирная кривая на рис. 4-37, а), при больших насыщениях полюсов и ярма ротора пойдет несколько ниже, чем нагрузочная характеристика, построенная при помощи реактивного треугольника (сплошная кривая на рис. 4-37, а). Расхождение кривых объясняется тем, что при больших насыщениях полюсов и ярма ротора поток рассеяния обмотки возбуждения заметным образом повышает их магнитные напряжения, ничтожно малые при слабых насыщениях (например, при коротком замыкании). При нагрузке поток полюсов и ярма ротора слагается из потока, соответствующего э.д.с. E _{δ d} (или E _δ), и потока рассеяния обмотки возбуждения, созданного н.с. F _в, а не н.с. F _{δ d} (или F _δ), как это принимается при расчете характеристики холостого хода. Расхождение опытной и расчетной характеристик обычно невелико для нормальных машин; все же сопротивление, найденное по указанному методу, несколько отличается от сопротивления рассеяния х _σ, поэтому его иногда называют индуктивным сопротивлением Потье и обозначают через х_p.

Для неявнополюсных машин х_p получается обычно близким к х _σ. Для явнополюсных машин х_p (1,1 1,3 х_σ, если определение х_p производится при напряжении (рис 4-37, а). Вообще же х_p заметным образом зависит от выбора точки А ₁ на нагрузочной характеристике.

Можно также приближенно найти стороны реактивного треугольника, если перенести (при помощи прозрачной бумаги) нагрузочную характеристику так, чтобы возможно большая нижняя часть ее совпала с характеристикой холостого хода. Тогда точка А должна попасть в точку С.