Кулик Ю.А. Электрические машины

Подождите немного. Документ загружается.

311

Реакция якоря однофазного генератора. Основную волну пульсирующей м. д. с.

однофазной обмотки якоря можно рассматривать как состоящую из двух волн половинной

амплитуды, вращающихся с синхронной скоростью в противоположные стороны.

Прямовращающаяся волна м. д. с, будучи неподвижной относительно синхронно

вращающегося ротора, создает такую же реакцию якоря, что и в трехфазном генераторе

при симметричной нагрузке. Обратная волна, вращаясь относительно ротора с двойной

синхронной скоростью, наводит в обмотке возбуждения ток двойной частоты, который

накладывается на постоянный ток. В результате этого возникает пульсирующая с двойной

частотой составляющая м. д. с. возбуждения, основную волну которой относительно

ротора можно разложить на две встречно вращающиеся с двойной синхронной скоростью

волны. Так как ротор также вращается, то поток, создаваемый прямой волной м. д. с,

наводит в якоре э. д. с. тройной частоты, а поток, создаваемый обратной волной м. д. с,

наводит э. д. с. основной частоты, но обратного следования фаз.

Электродвижущая сила тройной частоты вызывает в якоре ток тройной частоты.

Раскладывая пульсирующую м. д. с, вызванную этим током на две м. д. с. с половинной

амплитудой, которые вращаются в противоположные стороны, видим, что в обмотке

возбуждения они вызывают четвертую гармонику тока, а в обмотке якоря— пятую.

Продолжая анализ, можно видеть, что в обмотке ротора появляются все четные

гармоники, а в обмотке якоря — все нечетные. Эти гармоники, особенно третьи, могут

значительно исказить форму

312

кривой напряжения якоря, что недопустимо. Поэтому в синхронной машине стараются

уничтожить обратно вращающийся поток. Для этого в пазах полюсных наконечников

ротора размещают в осевом направлении стержни, концы которых замыкаются накоротко

торцовыми кольцами. Таким образом в полюсном наконечнике создается короткозамкну-

тая обмотка по типу беличьей клетки. Стержни, замкнутые с обеих сторон коротко

замыкающими кольцами, образуют ряд контуров, которые демпфируют (ослабляют)

обратно вращающийся поток. Такую обмотку называют демпферной, или

успокоительной. В машинах с неявновыраженными полюсами демпферную обмотку

обычно не делают, так как ее роль выполняют контуры тока, замыкающиеся по

массивным участкам ротора.

Характеристики синхронного генератора. Характеристика холостого хода U

=f(I

)

(кривая 1, рис. 5.7) синхронного генератора имеет тот же вид, что и аналогичная

характеристика генератора постоянного тока.

Характеристика короткого замыкания показывает зависимость тока якоря в функции тока

обмотки возбуждения при замыкании накоротко зажимов генератора, т. е. I

= f

) при U

= 0 (кривая 2, рис. 5.7).

У генераторов средних и больших мощностей активное сопротивление значительно

меньше, чем индуктивное. При коротком замыкании ток якоря у этих генераторов

является почти полностью индуктивным и вызывает продольно размагничивающую

реакцию якоря (рис. 5.5, б). В результате этого при коротком замыка-

Рис. 5.7. Характеристики холостого хода, короткого замыкания

313

Рис. 5.8. Внешние характеристики синхронного генератора

нии генератор размагничивается, и характеристики короткого замыкания представляет

собой прямую линию, идущую из начала координат. Вследствие остаточного магнетизма

характеристика сдвигается вверх параллельно самой себе.

Внешняя и регулировочная характеристики синхронного генератора представляют те же

зависимости, что и характеристики генератора постоянного тока. При активном токе

якоря (cosφ = 1,0) вид внешней характеристики (рис. 5.8) синхронного генератора такой

же, что и у генератора постоянного тока независимого возбуждения. При наличии

индуктивной составляющей тока якоря (например, cosφ= 0,8; φ > 0) появляется

размагничивающая реакция якоря. В результате этого при увеличении тока нагрузки

напряжение падает в большей степени, чем в случае активного тока. При наличии

емкостной составляющей тока якоря (например, cosφ = 0,8; φ < 0) появляется

намагничивающая реакция якоря, в результате чего с увеличением тока нагрузки

напряжение на якоре увеличивается.

Для поддержания постоянного напряжения на якоре изменение регулировочных

характеристик должно быть обратным по сравнению с соответствующими внешними

характеристиками (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Регулировочные характеристики синхронного генератора

314

ВОПРОСЫ

1. Почему при установившемся режиме нет трансформаторного воздействия переменного тока якоря на

обмотки синхронно вращающегося ротора? Воздействию какого тока (переменного или постоянного)

эквивалентна реакция якоря на обмотки синхронно вращающегося ротора? На сколько электрических и

геометрических градусов поворачивается ротор за время одного периода тока якоря? Какому положению

щеток генератора постоянного тока соответствует реакция як

оря синхронного генератора при активном,

индуктивном и емкостном токах?

2. Почему при однофазном режиме работы синхронного генератора в кривой напряжения якоря появляется

третья гармоника? Какое действие оказывает обратно вращающийся поток на обмотку возбуждения?

3. Почему характеристика короткого замыкания имеет линейный вид? Почему при неодинаковых

значениях cosφ внешние характеристики имеют различный вид?



315

§ 5.3. ВЕКТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Индуктивные сопротивления синхронной машины. В результате реакции якоря и

падения напряжения в обмотке напряжение U генератора изменяется при нагрузке.

Изменение напряжения

Рис. 5.10. Распределение потоков реакции якоря в машине с постоянными магнитами: а — поперечная

реакция якоря; б — продольная реакция якоря

в основном определяется индуктивным сопротивлением синхронной машины.

Для опытного определения индуктивного сопротивления следует подвести к обмотке

якоря симметричное напряжение U при отсутствии тока возбуждения. Отношение

разности U - I

к току якоря I

при различных положениях потока относительно

синхронно вращающегося ротора дает численное значение индуктивного сопротивления

машины. Это сопротивление при продольном направлении потока якоря называют

синхронным сопротивлением по продольной оси и обозначают символом x

Сопротивление при поперечном положении потока называют синхронным

сопротивлением по поперечной оси и обозначают x

. Если явнополюсная машина

ненасыщена, то обычно x

. В неявнополюсных машинах x

= x

В машинах с постоянными магнитами x

меньше x

. Это объясняется особенностью

конструкции полюсов ротора (рис. 5.10). Вследствие значительного увеличения ширины

полюсных наконечников магнитное сопротивление прохождению потока Ф

аd

по

поперечной оси мало (рис. 5.10, а), вследствие чего x

получается большим. Наличие же в

продольной оси постоянного магнита и зазора между полюсами значительно увеличивает

магнитное сопротивление прохождению потока Ф

аd

(рис. 5.10, б) и делает малым x

Индуктивные сопротивления x

и x

соответствуют полному потоку, сцепленному с

обмоткой якоря. Этот поток можно рассматривать состоящим из двух частей: потока

рассеяния и потока взаимо-

индукции. Потоку рассеяния соответствует сопротивление рассеяния x

, а потоку

взаимоиндукции (который через воздушный зазор проходит в ротор) соответствуют

сопротивления реакции якоря x

и х

аq

. Таким образом, сопротивление реакции якоря по

продольной оси

-x

316

сопротивление реакции якоря по поперечной оси

-x

Рис. 5.11. Диаграмма э. д. с. синхронного генератора: а — диаграмма явнополюсного генератора; б —

упрощенная диаграмма явнополюс ного генератора; в — упрощенная диаграмма неявнополюсного

генератора

Диаграмма э. д. с. (диаграмма Блонделя). Векторные диаграммы синхронного

генератора дают физическое представление о процессе в машине, показывают

соотношения и фазы отдельных составляющих токов, э. д. с. и напряжений. Векторные

диаграммы позволяют определять изменение напряжения обмотки якоря при изменении

тока нагрузки.

317

318

Рис. 5.12. Построение диаграммы э. д. с. явнополюсного синхронного генератора: а — исходная диаграмма;

б — построенная диаграмма

Для определения направления осей d и q надо сделать вспомогательное построение.

Положим, что векторная диаграмма, аналогичная векторной диаграмме, представленной

на рис. 5.11, б,

319

Уравнению (5.4, а) соответствует векторная диаграмма (рис. 5.13, б).

Имея характеристики холостого хода и короткого замыкания можно из выражения (5.4, а)

определить индуктивное сопротивление

В теории синхронных машин существует понятие об отношении короткого замыкания

(ОКЗ). Оно равно отношению тока короткого замыкания при токе возбуждения,

соответствующем номинальному напряжению при холостом ходе к номинальному току.

Значение ОКЗ обратно пропорционально сопротивлению x

. ОКЗ является важным

параметром синхронного генератора. Для турбогенератора ОКЗ равно 0,4÷0,6. Для

гидрогенератора ОКЗ равно 0,9—1,9.

320