Электроника и электротехника. Шпаргалка

Для упрощения дальнейшего изложения условимся считать, что эквивалентной ЭДС E я1 соответствует некоторый вращающийся магнитный поток якоря Ф я1, эквивалентный в отношении создаваемой им ЭДС потокам Ф р и Ф я.

Для любой из фаз обмотки якоря (см. рис. 59) можно написать: E 0 = I – ( r + jIxc + U ). 

Обычно сопротивление r значительно меньше xc . Поэтому при качественном анализе явлений в синхронных машинах сопротивление r можно не учитывать. Тогда E 0 = jIxc + U .

Напряжение на выводах генератора и приемника может быть выражено в соответствии с законом Ома:

Углы сдвига фаз между током и напряжением φ, током и ЭДС ψ определяются по формулам:

Зная ЭДС, напряжение, ток и углы сдвига фаз, нетрудно найти мощности генератора. Например, электромагнитную мощность Р эм, вырабатываемую генератором, и активную мощность Р φ, отдаваемую им приемнику, найдем по формулам:

Р эм = 3 E 0 I cos ψ; Р φ = 3 UI cos φ.

Мощность Р эм отличается от мощности Р на значение потерь мощности в активном сопротивлении обмотки якоря:

Р эм = Рφ +Δ P я = 3 UI cos φ + 3 I 2 r я.

Из формул следует, что ток, напряжение, углы сдвига фаз и мощности зависят при заданных значениях Е 0 и хс исключительно от значений и характера сопротивлений приемника. Напряжение U на выводах генератора отличается от ЭДС Е 0 за счет падения напряжения в сопротивлении хс .

62. ВЕКТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Построение векторной диаграммы можно начать с вектора ЭДС Е 0 (рис. 60а). Зная, что к генератору подключена, например, активно-индуктивная нагрузка, под углом ψ к вектору ЭДС Е 0 откладываем вектор тока I . Под углом φ к вектору тока I следует провести линию ОА, на которой в дальнейшем будет расположен вектор напряжения генератора U . Так как ток I должен отставать по фазе на 90° от индуктивного падения напряжения jIxc , то из конца вектора ЭДС Е 0 следует опустить перпендикуляр БВ на вектор тока.

Точка Г определит конец и начало векторов напряжения U и падения напряжения jIxc . Cумма векторов напряжения U и падения напряжения jIxc должна быть равна вектору ЭДС Е 0.

Рис. 60. Векторные диаграммы синхронного генератора 

Учитывая, что постоянные по значению вращающиеся магнитные потоки могут быть заменены эквивалентными пульсирующими потоками, изменяющимися во времени по синусоидальному закону, на векторной диаграмме (рис. 60а) можно изобразить векторы потоков Ф 0 и Ф я1, а также вектор результирующего потока Ф, сцепленного с обмоткой якоря:

U = E 0 + jIxc = E 0 + Е я1.

ЭДС Е 0 и Е я1, индуктируемые потоками Ф 0 и Ф я1, можно заменить эквивалентной ЭДС якоря E , индуктируемой результирующим потоком Ф , U = E – E 0 + Е я1.

Так как ЭДС пропорциональны соответствующим магнитным потокам, то вместо последнего выражения можно написать:

Ф = Ф 0 + Ф я1.

На рисунке 60а произведено построение вектора результирующего потока Ф . Как видно, все ЭДС отстают от соответствующих потоков на 90°. Магнитный поток Ф я1 совпадает по фазе с возбуждающим его током I .

Из подобия треугольников ОБГ и ОДЖ (рис. 60а) вытекает, что ЭДС E 0 сдвинута по фазе относительно напряжения U на такой же угол θ, на какой магнитный поток Ф 0 сдвинут по фазе относительно потока Ф . Тот же угол θ при данной нагрузке генератора существует и между пространственными векторами МДС F 0 и F (рис. 60б), а значит, и между осями магнитных потоков Ф 0 и Ф генератора.

Рассмотренная диаграмма (рис. 60а) соответствует активно-индуктивной нагрузке. На рисунках 60в и 60г приведены диаграммы, построенные для тех же ЭДС Е 0 и тока I , что и на рисунке 60а, но для активной и активно-емкостной нагрузок. Диаграмма, изображенная на рисунке 60д, соответствует работе генератора вхолостую.

63. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Для оценки свойств синхронных генераторов используют те же характеристики, что и для генераторов постоянного тока. Только условия, при которых определяются внешняя и регулировочная характеристики, несколько дополняются.

Характеристика холостого хода. Основной магнитный поток синхронного генератора является функцией тока возбуждения, т. е. Ф 0( IB ):

Рис. 61. Внешние характеристики синхронного генератора

Рис. 62. Регулировочные характеристики синхронного генератора

Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения U ( I ) определяется при следующих условиях:  

n = const и IB = const.

 Так как напряжение синхронного генератора зависит при прочих равных условиях еще и от характера нагрузки, то дополнительным условием, при котором следует определять внешнюю характеристику синхронного генератора, должно быть постоянство коэффициента мощности, т. е. cos φ = const.

Внешние характеристики синхронного генератора при активной (φ = 0), активно-индуктивной (φ > 0) и активно-емкостной (φ < 0) нагрузках приведены на рисунке 61. 

Относительное изменение напряжения генератора оценивают по формуле:

где Ux – напряжение генератора при холостом ходе ( I = 0), равное ЭДС;

U ном – напряжение при номинальной нагрузке ( I = I ном).