Реакция якоря при смешанной нагрузке

В действительности у синхронных генераторов таких идеальных случаев нагрузки нет. Реально нагрузка генератора активно-индуктивная, либо активно емкостная. Рассмотрим активно-индуктивный характер нагрузки. При этом ток разлагают по осям. Активная составляющая будет давать поперечную реакцию якоря, а реактивная – продольную. Рассмотрим случай, когда ток отстает от ЭДС на угол ψ. Для определения влияния реакции якоря нужно выделить активную и реактивную составляющие тока.

Рис 7.

Ток Iq создает намагничивающую силу Faq, а ток Id намагничивающую силу Fad. Fad будет искажать магнитный поток, а Fad размагничивать. Реакция якоря определяется путем разложения, рис. 7.

4.3 Основная диаграмма ЭДС явнополюсного синхронного генератора

При построении этой диаграммы используется метод двух реакций. Разлагают реакцию якоря на поперечную и продольную и строят диаграмму. При холостом ходе существует поток Ф_0. При нагрузке появляется поток якоря Ф_а. В результате взаимодействия Ф₀ и Ф_а образуется результирующий поток Ф_δ, и так, при нагрузке реально существует два потока, это результирующий поток Ф_δ и поток рассеяния Ф_s.

Для построения диаграммы предполагается, что с синхронной малине существуют независимые потоки:

Ф₀ – основной поток возбуждения,

Ф_aq – поток поперечной реакции якоря,

Ф_ad – поток продольной реакции якоря,

Ф_s – поток рассеяния.

Эти потоки в обмотке якоря будут индуцировать свои ЭДС, а сумма этих ЭДС дает на выходе напряжение. Каждая ЭДС будет отставать от своего потока на 90 эл. гр.

Ф₀ → Ė₀

I_q → Ф_ad → Ė_aq

I_d → Ф_ad → Ė_ad U_r

Ф_s → Ė_s

Ė_a = -Ir₁

Исходя из этого, построим основную диаграмму ЭДС для явнополюсной синхронной машины, рис 8.

Рис. 8

где: Iq и Id – активная и реактивная составляющие тока якоря. Используя эту диаграмму можно получить углы θ и φ, а также Ur. Токи Iq и Id создают потоки Фad и Фaq которые создают в обмотке якоря ЭДС Ead и Eaq. Сложив геометрически все эти ЭДС, получим на зажимах машины выходное напряжение Ur. Но в современной теории синхронных машин пользуются рядом параметров, для обоснования которых основную диаграмму ЭДС необходимо преобразовать. Если ЭДС рассеяния Es = Ixs, то остальные ЭДС можно выразить аналогичным выражением.

4.4 Преобразованная диаграмма ЭДС явнополюсной синхронной машины

Преобразование будет сводиться к тому, что, разложив ЭДС рассеяния по осям, и прибавив их к ЭДС Ead и Eaq, получим из 3 ЭДС две и попутно получим выражение индуктивных сопротивлений синхронных машин.

CN=BM=Essinψ=IXssinψ

AB=Ead=IdXad=IXadsinψ

AM=CN+AB=IXssinψ+IXadsinψ=Isinψ(Xs+Xad)=IdXd=Ed,

Xd=Xs+Xad, Xd – синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси. Xs – индуктивное сопротивление рассеяния. Xad – индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси.

Далее: DN=Escosψ=IXscosψ

MN=Ead=IqXad=IcosψXaq

DM=DN+MN=IXscosψ+IcosψXaq=Icosψ(Xs+Xad)=IqXq=Eq,

Xq=Xs+Xad, Xq – синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси. Xaq – индуктивное сопротивление реакции якоря по поперечной оси, где

IXaq=Eaq/cosψ

Индуктивные сопротивления Xd, Xq, Xs, Xad, Xaq обычно приводятся в относительных единицах. Построим преобразованную диаграмму.

Рис. 9.

Векторные диаграммы ЭДС неявнополюсных синхронных машин, рис. 10, рис. 11.

Рис. 10 Рис. 11.

На рис. 10 представлена диаграмма ЭДС выраженная через вектора отдельных ЭДС, а на рис. 11 диаграмма ЭДС выражена через падения напряжения. На этих диаграммах ток якоря I не разлагается по осям.

4.5 Определение параметров синхронной машины по снятым характеристикам