Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
э.д.с. Е при работе генератора под нагрузкой можно представить как сумму трех составляющих:
.(1.15)
Э.д.с. Ead и Eaq, индуктируемые продольным Фаd и поперечным Фaq потоками якоря, представляют собой по существу э.д.с. самоиндукции, так как сами потоки Фаd и Фаq создаются м.д.с. Fad и Faq, пропорциональные токам Id и Iq. Поэтому для ненасыщенной машины можно считать, что
; , (1.16)
где хаd и хаqиндуктивные сопротивления обмотки якоря, соответствующие полям продольной и поперечной реакций якоря, причем
xad/xaq=kad/kaq.(1.17)
Для машины с неявно выраженными полюсами м.д.с. якоря приводится к м.д.с. обмотки возбуждения по формуле
Fa=kdFa.
1.6 Векторные диаграммы синхронного генератора
При анализе работы синхронных машин обычно используют векторные диаграммы: при качественномупрощенные диаграммы, справедливые для машин, в которых отсутствует насыщение, а при количественномуточненные диаграммы.
Неявнополюсная машина. Для цепи якоря неявнополюсной синхронной машины можно написать уравнение
(1.18а)
или
,(1.18б)
где Esa э.д.с, индуктированная в обмотке якоря потоком рассеяния; xsaиндуктивное сопротивление, обусловленное этим потоком.
На рис.1.23, а изображена векторная диаграмма, построенная по (1.18б), называемая диаграммой Потье. Эта диаграмма позволяет определить э. д. с. холостого хода Е0 с учетом насыщения машины, если заданы напряжение, ток нагрузки (по величине и фазе), характеристика холостого хода и параметры машины. Сначала по известным падениям напряжения строится вектор э. д. с.
.(1.18)
Рис.1.23 Векторная диаграмма синхронной неявнополюсной машины (а) и определение э. д. с. по характеристике холостого хода (б)
Так как э.д. с. Е индуктируется результирующим потоком Фрез, который создается результирующей м.д. с.
по характеристике холостого хода (рис.1.23, б) можно определить Fрез, соответствующую э.д. с. Е. Вектор совпадает по фазе с вектором , а оба эти вектора опережают по фазе вектор E на 90.
Зная и параметры машины, можно найти м.д.с. возбуждения
,
а затем по характеристике холостого хода определить величину э.д. с. холостого хода Е0. Вектор E0 отстает от вектора на 90.
Если требуется перейти от режима холостого хода к режиму нагрузки, то построения производят в обратном порядке.
Если машина не насыщена, то векторная диаграмма существенно упрощается, так как в этом случае складывают не м.д. с. и , а соответствующие им потоки и э. д. с. Упрощенную векторную диаграмму синхронной неявнополюсной машины (рис.1.24, а) строят по уравнению (1.18 б), которое с учетом (1.12) принимает вид
.(1.19а)
Поскольку падение напряжения в активном сопротивлении обмотки статора Iаrа сравнительно невелико, им можно пренебречь. Заменяя, кроме того, в уравнении (819а) Eа = jIаха, получим
.(1.19б)
Величину xa + xsa = xсн называют полным или синхронным индуктивным сопротивлением машины. Следовательно, уравнение (1.19б) может быть представлено в виде
.(1.19в)
Упрощенная векторная диаграмма, соответствующая уравнению (1.19в), изображена на рис.1.24, б; ее широко используют при качественном анализе работы синхронной машины. Необходимо, однако, отметить, что определение E0 по упрощенной диаграмме дает несколько большую величину, чем по точной диаграмме (см. рис.1.23, а), в которой учитывается насыщение.
Рис.1.24 Упрощенная векторная диаграмма синхронной неявнополюсной машины с учетом (а) и без учета (б) активного падения напряжения в якоре
Угол ? между векторами и E0 называют углом нагрузки. При работе синхронной машины в генераторном режиме напряжение всегда отстает от э.д.с. E0, в этом случае угол ? считается положительным. Чем больше нагрузка генератора (отдаваемая им мощность), тем больше угол ?.
Явнополюсная машина. Упрощенную диаграмму синхронной явнополюсной машины также можно построить по общему уравнению (1.18а), которое с учетом (1.15) принимает вид
.(1.20а)
На рис.1.25, а приведена векторная диаграмма, соответствующая уравнению (1.20а). Если пренебречь малой величиной rа, то
. (1.20б)
Э. д. с. Esa, индуктируемую в обмотке якоря потоком рассеяния, можно представить в виде суммы двух составляющих Esad и Esaq, ориентированных по осям dd и qq:
,(1.21)
где
; , (1.22)
так как
;
Рис.1.25 Упрощенные векторные диаграммы синхронной явнополюсной машины:
ас учетом активного падения напряжения в якоре: б без учета этого падения напряжения; вс заменой э. д. с. на реактивные падения напряжения
С учетом (1.22) вместо (1.20б) получим
,(1.23а)
где Ed = Ead + Esad и Eq = Eaq + Esaq.
Векторная диаграмма, построенная по (1.23а), приведена на рис.1.25, б.
Заменяя э. д. с. соответствующими реактивными падениями напряжения, будем иметь
,(1.23б)