Характеристики синхронных генераторов

Характеристики и Векторные диаграммы напряжений синхронных генераторов.

Основными характеристиками синхронного генератора, работающего на автономную нагрузку, являются: характеристика холостого хода, характеристика короткого замыкания, нагрузочная, внешняя и регулировочная. Первые три используются для определения индуктивных сопротивлений генератора и других параметров.

Характеристика холостого хода. Характеристика холостого хода представляет зависимость при постоянной частоте вращения. Она снимается в восходящей и нисходящей ветвях. Площадь, ограниченная этими кривыми, определяется величиной гистерезиса магнитной цепи ротора. Для построения диаграмм напряжения и других характеристик рекомендуется использовать нисходящую ветвь с нулем, помещенным в точке пересечения кривой с осью абсцисс. При изменении тока возбуждения от нуля эдс и поток сначала изменяются по линейному закону, а затем из-за насыщения магнитной цепи характеристика холостого хода отклоняется от линейного закона. Чтобы обеспечить лучшее использование материалов, при проектировании рабочая точка выбирается на колене кривой (точка на рис. 4.1.)

Характеристики холостого хода стандартизированы. В табл. 4.1 даны стандартные характеристики холостого хода для турбо-и гидрогенераторов в относительных единицах. Стандартизация характеристики холостого хода необходима для обеспечения успешного включения генераторов на параллельную работу.

При холостом ходе, кроме потока в воздушном зазоре, который наводит эдс в обмотке статора, есть поток рассеяния обмотки возбуждения, сцепленный только с обмоткой возбуждения. Он замыкается вокруг обмотки возбуждения в межполюсном пространстве. В турбогенераторах он равен 4 – 8% рабочего потока.

Стандартные характеристики холостого хода.

Таблица 4.1.

		0.5		1.5		2.5		3.5
	ТГ	0.58		1.21	1.33	1.4	1.46	1.51
	ГГ	0.53		1.23	1.3	1.4	1.46	1.51

Примечание. Т-турбогенератор, Г-гидрогенератор

Характеристика трехфазного короткого замыкания. Эта характеристика снимается при замыкании зажимов всех фаз обмотки статора

накоротко и определяет зависимость при и

Если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора, то сопротивление обмотки статора будет чисто индуктивным. Поэтому угол между эдс и током и

.

При коротком замыкании реакция якоря является чисто размагничивающей, эдс от результирующего потока воздушного зазора, равная

,

весьма мала, вследствие чего и поток мал. Поэтому при коротком замыкании магнитная цепь не насыщена, характеристика прямолинейна.

Если известен коэффициент , можно определить МДС реакции якоря в масштабе тока возбуждения . Определив по характеристике короткого замыкания величину тока возбуждения при токе к.з., равному номинальному (отрезок ОА на рис. 4.1) и вычтя из него составляющую СД, которая компенсирует чисто продольную размагничивающую реакцию якоря, получим величину тока возбуждения, которая идет на создание эдс рассеяния (отрезок ОС). Отрезок ВС соответствует эдс . Отсюда следует

.

Если снимать характеристики короткого замыкания при переменной частоте вращения, то ток короткого замыкания практически не будет зависеть от частоты вращения, т.к. индуктивные сопротивления и эдс, индуктированная потоком возбуждения, изменяется пропорционально частоте, следовательно пропорционально частоте вращения.

Только при очень малых частотах, когда становится заметным влияние активного сопротивления на величину , характеристика

дает перегиб, спускаясь при к значению .

Отношение короткого замыкания. Отношением короткого замыкания называется отношение тока короткого замыкания при токе возбуждения, соответствующем номинальному напряжению по характеристики холостого хода, к номинальному току статора .

.

В соответствии с рис. 4.1

.

На основании последних выражений

.

Чем больше , тем больше предельная нагрузка. У гидрогенераторов обычно , а турбогенераторов Величина тем больше, чем больше зазор между статором и ротором.

Внешние характеристики. Внешние характеристики определяют зависимость при .

При индуктивной нагрузке 0<j< реакция якоря и падение напряжения

вызывает уменьшение напряжения, поэтому внешняя характеристика имеет резко падающий характер (рис. 4.2), причем с уменьшением величины возрастает величина падения напряжения. При емкостной нагрузке 0>j> указанные выше факторы действуют в сторону повышения напряжения, поэтому с уменьшением увеличивается возрастание напряжения. При (короткое замыкание) все характеристики пересекаются в одной точке.

Регулировочные характеристики. Регулировочная характеристика дает зависимость

при и . Она показывает, как нужно регулировать ток возбуждения, чтобы при изменении нагрузки его напряжение оставалось постоянным. Для различных значений регулировочные характеристики показаны на рис. 4.3.

Вид характеристик также объясняется характером действия реакции якоря. При отстающем токе продольная составляющая реакции якоря является размагничивающей и для компенсации ее влияния с увеличением необходимо значительно увеличивать ток возбуждения. При чисто активной нагрузке продольная размагничивающая реакция якоря слабее и требуется меньшее увеличение . При опережающем токе продольная реакция якоря стремится увеличить напряжение, вследствие чего с увеличением тока необходимо уменьшать .

Нагрузочные характеристики. Эта характеристика определяет зависимость при и показывает, как изменяется напряжение генератора с изменением тока возбуждения при условии постоянства и . Наибольший интерес представляет так называемая индукционная нагрузочная характеристика (рис. 4.3), которая соответствует чисто индуктивной нагрузке генератора, когда . Обычно она снимается при . Нагрузочные характеристики при (j>0) и проходят выше характеристики при и не являются параллельными по отношению к характеристике холостого хода . Характеристики при и при j<0 проходят выше характеристики холостого хода.

На рис. 4.4 треугольник называется реактивным. Катет равен падению напряжения в сопротивлении рассеяния обмотки статора , катет CA равен МДС реакции якоря в масштабе тока возбуждения . Если известны: 1) ток возбуждения при трехфазном коротком замыкании и , 2) Сопротивление и 3) начальная прямолинейная часть х.х.х., то можно построить треугольник . Составляющая ОС тока возбуждения при коротком замыкании ОА индуктирует эдс , а другая составляющая этого тока СА компенсирует размагничивающее действие реакции якоря, и поэтому

МДС реакции якоря и эдс рассеяния в режиме индукционной характеристики постоянны, т.к. при практически не зависит от величины результирующего потока в зазоре. Поэтому индукционную характеристику 2 можно построить с помощью х.х.х. и реактивного треугольника , передвигая его параллельно самому себе так, чтобы его вершина В скользила по х.х.х. Тогда вершина опишет характеристику 2. Одно из положений этого треугольника ( при ) показано на рис. 4.4.

Согласно кривой 2 на рис. 4.4, для получения при и (j>0) необходим ток возбуждения ОК. Составляющая этого тока компенсирует чисто продольную размагничивающую реакцию якоря в этом режиме, а составляющая OD=OK–DK должна индуцировать результирующую эдс величиной

.

Из х.х.х. на рис. 4.4 следует, что ток OD действительно индуцирует такую эдс. Если и неизвестны, то с помощью характеристик 1 и 2 можно определить и величину МДС реакции якоря. Так как в последнем случае известны сторона и угол , то, отложив из некоторой точки отрезок и проведя линии параллельную О В, найдем точку пересечения с кривой 1. Опустив из точки вертикаль , получим

,

а отрезок определяет величину МДС реакции якоря в масштабе .

Опыт показывает, что опытная индукционная нагрузочная характеристика отклоняется вправо от характеристики, построенной с помощью х.х.х. и реактивного треугольника, тем больше, чем больше напряжение . Причина этого заключается в том, что хотя для точек и величины эдс и потока одинаковы, соответствующие токи возбуждения OD и O K неодинаковы. Так как О К >OD, то поток рассеяния обмотки возбуждения больше, что вызывает увеличение насыщения полюсов и ярма индуктора.

Вследствие изложенного при указанном выше методе определения вместо отрезка откладывается такой же длины отрезок и находится отрезок > . Поэтому вместо получим сопротивление

,

которое называется индуктивным сопротивлением Потье или расчетным индуктивным сопротивлением рассеяния обмотки якоря.

У неявнополюсных машин , а у явнополюсных .

Дата добавления: 2014-11-29