Лекція 28. Векторні діаграми синхронного генератора

Лекція 28. ВЕКТОРНІ ДІАГРАМИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Явнополюсна машина. Напруга фази обмотки генератора дорівнює сумі індукованих у даній обмотці ЕРС мінус спад напруги на активному опорі фази обмотки якоря R_a. Відповідно можемо записати:

. (4.17)

ЕРС реакція якоря та розсіяння можна виразити через відповідні струми та індуктивні опори:

; ; . (4.18)

При цьому отримаємо:

. (4.19)

де – ЕРС у фазі обмотки якоря від результуючого магнітного потоку у повітряному зазорі Ф_δ з урахуванням реакції якоря.

Рівняння (4.19) можна прочитати так: напруга генератора U дорівнює ЕРС Е, яка індукується полем збудження, мінус спад напруги на індуктивних опорах реакції якоря X_ad та X_aq, індуктивному опорі розсіяння якоря X_σa та на активному опорі якоря R_a.

Рівнянням напруги (4.17) та (4.19) відповідають векторні діаграми явнополюсного синхронного генератора (рис. 4.5).

а)	б)
Рис. 4.5 – Перший вигляд векторних діаграм напруг явнополюсного синхронного генератора

У випадку, зображеному на рис 4.5, а, генератор має змішане навантаження, коли кут зсуву фаз між активно-індуктивним струмом і напругою φ >0, а на рис 4.5, б навантаженням є активно-ємнісним та φ <0. Крім того на рис 4.5, а кут ψ >0 та струм I_d >0 і поздовжня реакція якоря є розмагнічувальною, а на рис. 4.5, б навпаки – ψ <0, I_d <0 і поздовжня реакція якоря є намагнічувальною. Якщо U = const, та за активно-ємнісною навантаження (рис 4.5, б) ЕРС та струм збудження і_з є меншими, ніж за активно-індуктивного навантаження (рис 4.5, а), оскільки поздовжня реакція якоря бере участь у створенні результуючого магнітного потоку. Оскільки опори X_a та R_a є відносно малими, то при U=const ЕРС E_δ і магнітний потік Ф_δ при зміні характеру або величини навантаження змінюються мало.

Кут θ між векторами E та U називається кутом потужності. У генераторному режимі роботи (рис 4.5) ЕРС E завжди випереджає напругу U і кут θ при цьому вважається додатнім. Назва даного кута походить від того, що значення θ залежить від навантаження генератора

P=mUIcosφ. (4.20)

Дійсно, з діаграмами рис 4.5 видно, що, наприклад, за сталої напруги U=const та сталого струму I =const і при зменшенні абсолютної величини кута φ складова струму якоря I_q збільшується, відповідно також збільшуються E_aq та θ. Векторна діаграма рис 4.5 називається також діаграмою Блонделя.

Розклавши ЕРС E_δa на складові та об’єднавши синхронні опори, отримаємо:

. (4.21)

При цьому діаграми (рис 4.5) можна дещо змінити, як показано на рис. 4.6. Крім того на діаграмах, рис 4.6, напрями векторів спадів напруг змінені на зворотні. Тому дані діаграми відповідають рівнянню напруг виду:

,(4.22)

яке отримується з рівняння (4.21) шляхом переносу відповідних членів з однієї частини в іншу. Векторні діаграми рис 4.6 та рівняння (4.22) читаються таким чином: ЕРС E, індукована у обмотці якоря синхронного генератора магнітним потоком збудження, дорівнює напрузі на затискачах генератора плюс спади напруг на опорах обмотки якоря. Під час дослідження режимів роботи синхронної машини зазвичай користуються діаграми виду рис 4.6.

а)	б)
Рис. 4.6 – Другий вигляд векторних діаграм напруг явнополюсного синхронного генератора

Неявнополюсна синхронна машина. У такому випадку X_ad= X_aq і X_d = X_q, тому немає необхідності розкладати струм І на складові I_d та I_q і можна відкладати на векторній діаграмі спади напруг jX_adI та jX_dI. Тоді замість векторних діаграм рис 4.5, а та 4.6,а отримаємо діаграми рис 4.7.

а)	б)
Рис. 4.7 – Векторні діаграми напруг неявнополюсного синхронного генератора

Для дослідження деяких питань явнополюсну машину заміняють еквівалентною неявнополюсною машиною, у якій синхронний опір на обох осях дорівнює X_q.

Векторні діаграми (рис. 4.5-4.7) є справедливими для будь-якого усталеного режиму роботи синхронного генератора, якщо у кожному конкретному випадку користуватись значеннями параметрів X_ad та X_aq або X_d та X_q, що відповідають реальному стану насичення магнітного кола.

Діаграма Потьє. Даною діаграмою користуються для визначення струму збудження синхронної машини, необхідного для забезпечення заданого режиму роботи (U_н, I, cosφ) з урахуванням насичення магнітного кола.

Діаграма Потьє являє собою суміщення характеристики холостого ходу та векторної діаграми напруг синхронного генератора (рис. ___).

Дана діаграма будується у такій послідовності:

1. будується характеристика холостого ходу;

2. по осі ординат відкладається вектор номінальної напруги, а під кутом φ до нього вектор струму;

3. додаються вектори номінальної напруги та спаду напруги на індуктивному опорі розсіяння фази обмотки якоря, в результаті чого отримується вектор ЕРС обмотки якоря від результуючого магнітного потоку;

4. за характеристикою холостого ходу та вектором ЕРС обмотки якоря визначають струм збудження;

5. Додають вектори струму збудження та струму навантаження, зведеного до обмотки збудження і направленого під кутом φ+δ до вертикалі.

У результаті отримаємо струм збудження, необхідний для забезпечення заданого режиму роботи.

Дата добавления: 2015-08-29