Уравнения напряжений синхронного генератора

Напряжение на выводах генератора, работающего с нагруз­кой, отличается от напряжения этого генератора в режиме х. х. Это объясняется влиянием ряда причин: реакцией якоря, маг­нитным потоком рассеяния, падением напряжения в активном сопротивлении обмотки статора.

Как было установлено, при работе нагруженной синхронной машины в ней возникает несколько МДС, которые, взаимодей­ствуя, создают результирующий магнитный поток. Однако при учете факторов, влияющих на напряжение синхронного генера­тора, условно исходят из предположения независимого действия всех МДС генератора, т. е. предполагается, что каждая из МДС создает собственный магнитный поток. Но следует отметить, что такое представление не соответст­вует физической сущности явлений, так как в одной магнитной системе возникает один лишь магнитный поток — результирую­щий. Но в данном случае предположение независимости маг­нитных потоков дает возможность лучше понять влияние всех факторов на работу синхронной машины.

И так выясним, каково же влияние магнитодвижущих сил на работу явнополюсного синхронного генератора.

МДС обмотки возбуждения создает магнитный поток возбуждения Фо, который, сцепляясь" с обмоткой статора, наводит_в ней основную ЭДС генератора Е0.

МДС рёакции якоря по продольной оси F1d создает маг­нитный поток Ф1d, который наводит в обмотке статора ЭДС реакции якоря E1d [см. (20.22)], значение которой пропорцио­нально индуктивному сопротивлению реакции якоря по продоль­ной оси xad [см. (20.24) ]. Это сопротивление характеризует уро­вень влияния реакции якоря по продольной оси на работу син­хронного генератора. Так, при насыщенной магнитной системе машины магнитный_поток реакции якоря Ф1d меньше, чем при ненасыщенной' магнитной системе. Объясняется это тем, что ток Ф1d почти полностью проходит по стальным участкам магнитопровода. преодолевая небольшой воздушный зазор (см. рис. 20.3, а), а поэтому при магнитном насыщении сопротивле­ние этому потоку заметно возрастает. При этом индуктивное сопротивление x1d уменьшается.

МДС реакции якоря по поперечной оси F1q создает магнит­ный поток Ф1q, который наводит в обмотке статора ЭДС Е1q [см. (20.23)], значение которой пропорционально индуктивному сопротивлению реакции якоря по поперечной оси хaq [см. (20.25)]. Сопротивление xaq не зависит от магнитного насыщения маши­ны, так как при явнополюсном роторе поток Ф₁, проходит в основном по воздуху межполюсного пространства (см. рис. 20.3, б).

Магнитный поток рассеяния обмотки статора Фσ1 (см. рис. 11.4) наводит в обмотке статора ЭДС рассеяния Еσ1 значе­ние которой пропорционально индуктивному сопротивлению рас­сеяния фазы обмотки статора х1:

Ёσ1 = -jİ1x1 (20.26)

Ток в обмотке статора создает активное падения напряжения

Ůa1 = İ1r1. (20.27)

Геометрическая сумма всех перечисленных ЭДС, наведенных в обмотке статора, определяет напряжение на выходе синхрон­ного генератора:

Ů1= ∑Е- İ1r1= Е₀ + Е1d + Е1q, + Еσ1 - İ1r1. (20.28)

Здесь — геометрическая сумма всех ЭДС, наведенных в об­мотке статора результирующим магнитным полем машины, образованным совместным действием всех МДС (Fв.0, F1d, F1q) и по­током рассеяния статора Фσ1

Активное сопротивление фазы обмотки статора r1 у синхрон­ных машин средней и большой мощности невелико, и поэтому даже при номинальной нагрузке падение напряжения I1r1 состав­ляет настолько малую величину, что с некоторым допущением можно принять I1r1= 0. Тогда уравнение (20.28) можно запи­сать в виде

Ů1≈∑Е= Е0 + Е1d + Е1q, + Еσ1 (20.29)

Выражения (20.28) и (20.29) представляют собой уравнения напряжений явнополюсного синхронного генератора.

В неявнополюсных синхронных, генераторах реакция якоря характеризуется полной МДС статора F1без разделения ее по осям, так как в этих машинах магнитные сопративления по продольной и поперечной осям одинаковы. Поэтому ЭДС ста­тора в неявнополюсных машинах Е1равная" индуктивному паде­нию напряжения в обмотке статора, пропорциональна индуктив­ному сопротивлению реакция якоря. [см. (20.19)], т. е.

Е₁ = -jİ1xа. (20.30)

Поток реакции якоря Ф1 и поток рассеяния статора Фσ1 созда­ются одним током I1 [сравните (20.26) и (20.30) ], поэтому ин­дуктивные сопротивления ха и х1 можно рассматривать как сум­марное индуктивное сопротивление

хс =ха + х1,

представляющее собой синхронное сопротивление неявнополюс­ной машины. С учетом этого ЭДС реакции якоря Е1 и ЭДС рас­сеяния Еа1 следует рассматривать также как сумму

Ес = E1+Еσ1= -jİ1xа+ (—jİ1x1) = jİ1xc, (20.31)

представляющую собой синхронную ЭДС неявнополюсной ма­шины.

С учетом изложенного уравнение напряжений неявнополюсного синхронного генератора имеет вид

Ů1= ∑Е- İ1r1= Е0 + Ес-İ1r1, (20.32)

или

Ů1≈∑Е= Ео + Ес.: (20.33)