Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

встречно относительно оси поля полюсов. Таким образом, при ин­ дуктивной нагрузке реакция якоря синхронного генератора имеет продольно-размагничивающий характер (рис. 34-2, а).

Емкостная нагрузка представляет случай, противоположный пре­ дыдущему, а поэтому при емкостной нагрузке реакция якоря син­ хронного генератора имеет продольно-намагничивающий характер

(рис. 34-2, б).

Так же как и на рис. 34-1, а, намагничивающие силы полюсов показаны синусоидой 1, намагничивающие силы якоря — синусои-

Рис. 34-2. Реакция якоря синхронного генератора: а — при индуктивной на­ грузке, б — при емкостной нагрузке

дой 2; те же линии в соответствующем масштабе изображают распре­ деление поля якоря в зазоре неявнополюсной машины; в явнополюс­ ной машине в распределении поля якоря появляются провалы, пока­ занные жирными линиями. Но при индуктивной нагрузке эти про­ валы гораздо меньше, чем при активной. Так же как и в предыду­ щем случае, можно записать:

(34-2)

где Fad — амплитуда продольной намагничивающей силы якоря не­ явнополюсной машины; F'ae — соответственно, явнополюсной; kd — коэффициент продольной реакции якоря. В среднем kd = 0,85.

34-3. Реакция якоря при смешанной нагрузке

При смешанной нагрузке ток і1 сдвинут по фазе относительно э. д. с. еп на угол ф, который находится в пределах -фя/2 ------ я/2.

На рис. 34-3, б показано расположение векторов тока / и э. д. с, ÉD для активно-индуктивной нагрузки, когда 0 < ф < я/2.

По сравнению с рис. 34-1, а ротор повернулся на угол ф и зани­ мает положение, показанное на_рис. 34-3, а. Первая гармоническая намагничивающей силы полюсов индуктора показана линией 1 и

•намагничивающей силы обмотки якоря — линией 2. Угол между магнитной осью обмотки якоря и магнитной осью полюса индуктора составляет я/2 4 -ф (рис. 34-3,в).

400

Исследование реакции якоря в явнополюсноп синхронной машине значительно упрощается, если намагничивающую силу Fa предста­ вить двумя составляющими: поперечной реакцией якоря Faq и про­ дольной реакцией якоря Fad, как это показано линиями 3 и 4 на рис. 34-3, в и соответствующими векторами на рис. 34-3, г. В этом случае

В соответствии с заменой намагничивающей силы Fа двумя со­ ставляющими Fag и Fad, ток в обмотке якоря также может быть

г%

Рис. 34-3. Реакция якоря синхронного генератора при смешанной нагрузке: а — расположение полюсов, б — векторная диаграмма тока и э. д. с., в — рас­

создающими намагничивающие силы Faq и Fad.

При приведении явнополюсной машины к неявнополюсной необ­ ходимо учитывать уменьшение намагничивающей силы по форму­ лам (34-1) и (34-2), т. е.

401

Такую же замену намагничивающей силы Fa двумя составляю­ щими Faq и F adможно произвести и при активно-емкостной нагрузке, только в этом случае продольная реакция якоря Fad оказывает на­ магничивающее действие.

34-4. Реакция якоря однофазной машины

Однофазный режим работы возможен в трехфазном генераторе при однофазном коротком замыкании или несимметричной нагрузке генератора. В этом случае обмотка якоря создает намагничивающую силу неподвижную в пространстве и пульсирующую во времени (рис. 21-5), которая вступает во взаимодействие с намагничивающей силой индуктора, вращающейся со скоростью п.

Как уже известно (§ 21-4), пульсирующую намагничивающую силу можно разложить на две вращающиеся намагничивающие силы, причем каждая из этих составляющих имеет амплитуду, равную половине амп­ литуды пульсирующей намагничивающей силы, но одна из них вращается со ско­ ростью п = 60//р в одну сторону, напри­ мер по вращению ротора, а другая — с той же скоростью п = 60flp в противо­

намагничивающей силой обычным для трех­ фазных машин образом. Эта намагничивающая сила называется син­ хронновращающейся.

Вторая составляющая, называемая обратно-синхронной, вра­ щается относительно ротора с двойной скоростью 2п и наводит в об­ мотке ротора и в сердечниках полюсов токи двойной частоты 2/. В обмотке ротора ток двойной частоты i2f налагается на постоянный ток возбуждения / в (рис. 34-4), в результате чего увеличивается дей­ ствующее значение тока в обмотке ротора (среднее значение тока в обмотке ротора не изменяется).

Так как нагревание определяется действующим значением тока, то эти токи вызовут дополнительные потери и, следовательно, допол­ нительное повышение температуры обмотки ротора. Токи, наводимые в стали ротора, также вызывают дополнительное нагревание. Кроме того, ток i2f может в свою очередь создать в обмотке статора высшие гармонические э. д. с. и этим исказить форму э. д. с. машины.

Из сказанного следует, что действие обратно-синхронной намаг­ ничивающей силы необходимо по возможности уменьшить. Для этого применяются успокоители, представляющие собой медные, латун­ ные или бронзовые стержни, укладываемые в полюсных наконечни­ ках машин с явновыраженными полюсами и замыкаемые в лобовых

402

частях накоротко (рис. 33-2). В машине с цилиндрическим ротором роль этих стержней играют сердечник ротора и металлические кли­ нья, укрепляющие обмотку возбуждения в пазах.

По отношению к обратно-синхронной намагничивающей силе об­ мотка успокоителя играет роль вторичной обмотки замкнутого на­ коротко трансформатора, и в этом случае первичная и вторичная

~намагничивающие силы почти взаимно уравновешиваются (§ 13-3). Остается весьма небольшая результирующая намагничивающая сила, которая не может уже сколько-нибудь заметно влиять на работу машины; при надлежаще рассчитанном успокоителе обратно-синх­ ронное поле уменьшается на 80—85%.

Г л а в а т р и д ц а т ь пятая

ДИАГРАММЫ И ПАРАМЕТРЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

35-1. Изменение напряжения при нагрузке

Одной из важнейших величин, определяющих работу генератора, является изменение напряжения на его зажимах AU при измене­ нии нагрузки генератора. Если считать, что скорость вращения гене­ ратора и ток его возбуждения заданы (и = const и / в = const), то изменение напряжения происходит под влиянием: реакции якоря, изменяющей основной поток машины; потока рассеяния в якоре и активного сопротивления обмотки якоря. Последняя причина по сравнению с двумя первыми обычно весьма невелика и поэтому ее часто не учитывают.

Если не сделана оговорка, то под изменением напряжения пони­ мают номинальное изменение напряжения.

Согласно ГОСТ 183—66, номинальным изменением напряжения генератора называется изменение напряжения на зажимах отдельно от других работающего генератора при изменении нагрузки от но­ минальной до нулевой и при условии, что скорость вращения машины и ее ток возбуждения остаются без изменения. Изменение напряже­ ния обычно выражают в процентах. Таким образом,

и ток возбуждения. Оба эти фактора могут повлечь за собой измене­ ние напряжения большее, чем предусмотренное формулой (35-1).

Вопросы, связанные с изменением напряжения синхронного ге­ нератора, изучаются и решаются с помощью векторных диаграмм. Но

403

так как на диаграммах изображаются только первые гармонические переменных величин, то они, не будучи точными, все же дают резуль­ таты, близко совпадающие с действительными.

35-2. Основная диаграмма э.д.с. (диаграмма Блонделя)

При построении основной диаграммы э. д. с. считают, что в син­ хронном генераторе существуют независимо один от другого сле­ дующие магнитные потоки и создаваемые ими э. д. с.: 1) магнит­ ный поток Фп и создаваемая им э. д. с. Еп; 2) продольный и попереч­ ный потоки реакции якоря Фагі и Фад, создаваемые намагничиваю­ щими силами Fad и Faq и в свою очередь создающие э. д. с. Ead и Eaq\ 3) поток рассеяния Фа и создаваемая им э. д. с. рассеяния Еа\

кроме того, в генераторе имеет место падение напряжения

Ниже поясняется ход построения диаграммы в предположении, что все ее векторы известны. В дальнейшем показано, как определяются отдельные величины э. д. с.

Вектор тока Д направлен горизон­ тально (рис. 35-1). Пусть вектор э. д. с.

фазе. Э. д. с. рассеяния Еа отстает от Фа и, следовательно, от тока Д

на я/2. Наконец падение напряжения І1г1 в активном сопротивле­ нии гг находится в фазе с током І г.

После сложения всех перечисленных выше э. д. с. в последова­ тельности, которая показана на рис. 35-1, получается напряжение

на зажимах генератора U = ОК, опережающее ток Д на угол ср, определяемый характером нагрузки во внешней цепи генератора.

Основная диаграмма э. д. с. позволяет учесть все главные фак­ торы, определяющие напряжение синхронного генератора, в их

404