Основные виды векторных диаграмм напряжений синхронных генераторов

Явнополюсная машина

Напряжение фазы обмотки генератора равно сумме индуктируемых в этой обмотке э. д. с. минус падение напряжении к активном сопротивлении фазы обмотки якоря .

В соответствии с этим можно написать уравнение напряжения явнополюсного синхронного генератора:

(33-1)

Э. д. с. реакции якоря и рассеяния можно выразить черед соответствую­щие токи и индуктивные сопроти­вления:

; ; (33-2)

При этом вместо (33-1) получим

(33-3)

Уравнение (33-3) можно прочитать также так: напряжение генератора U равно э. д. с. Е, индуктируемой то­ком возбуждения, минус падения на­пряжения в индуктивных сопротивле­ниях реакции якоря и ин­дуктивном сопротивлении рассеяния якоря и в активном сопротивле­нии якоря .

Уравнениям напряжения (33-1) и (33-3) соответствуют векторные диа­граммы явнополюсного синхронного генератора на рис. 33-1. В случае, показанном на рис. 33-1, а, генератор имеет сметанную активно-индуктив­ную нагрузку, когда угол сдвига фаз между током и напряжением , а на рис. 33-1, бнагрузка является активно-емкостной и . На рис. 33-1, б, кроме того, , и продольная реакция якоря является размагничивающей, а на рис. 33-1, б , и продольная реакция якоря является намагничивающей. Если , то при активно-емкостной нагрузке (рис. 33-1, б) э. д. с. Е и ток возбуждения меньше, чем при активно-индуктивной нагрузке (рис. 33-1, а), так как в пер­вом случае продольная реакция якоря участвует в создании в машине ре­зультирующего потока необходимой величины. Поскольку и отно­сительно малы, то при величины э. д. с. и потока при изменении характера или величины нагрузки изменяются мало.

Угол между векторами и называется углом нагрузки. В генераторном режиме работы (рис. 33-1) э. д. с. всегда опере­жает и угол при этом считается положительным. Название этого утла происходит от того, что величина зависит от нагрузки генератора

(33-4)

Э. д. с. также можно разложить на соста­вляющие:

,

а сопротивления , можно объединить с сопротивлением в синхронные сопротивления:

; .

Тогда вместо уравнения (33-3) получим

(33-5)

При этом диаграммы рис. 33-1 можно несколько видоизменить, как показано на рис. 33-2. На диаграммах рис. 33-2, кроме того, направ­ления векторов падений напряжения изменены на обратные. По­этому диаграмма рис. 33-2 соответствует уравнению напряжения вида

(33-6)

которое получается из уравнения (33-5) путем переноса соответ­ствующих членов из одной части уравнения в другую. Векторные диаграммы рис. 33-2 и уравнение (33-6) читаются так: э. д. с. Е, индуктируемая в обмотке якоря синхронного генератора током или магнитным полем возбуждения, равна напряжению на зажимах генератора плюс падения напряжения в сопротивлениях обмотки якоря. При исследовании режимов работы синхронной машины в энергетических системах обычно пользуются диаграммами вида рис. 33-2.

Неявнополюсная машина

В этом случае , , поэтому нет необходимости разлагать ток на составляющие и и можно откладывать на диаграмме падения напряжения и . Вместо диаграмм рис. 33-1, а и 33-2, а тогда получим диаграммы рис. 33-4, а и б.

Для исследования некоторых вопросов явнополюспую машину иногда заменяют эквивалентной неявнополюсной машиной, у ко­торой синхронное сопротивление по обеим осям равно рассмат­риваемой явнополюсной машины. Такая эквивалентная машина имеет вместо э. д. с. Е эквивалентную э. д. с. возбуждения (см. рис. 33-3), причем угол нагрузки не изменяется. Необходимо иметь в виду, что при постоянном токе возбуждения и постоянной э. д. с. Е величина э. д. с. при изменении нагрузки меня ется.

Векторные диаграммы рис. 33-1 — 33-4 справедливы для любого установившегося режима работы синхронного генератора, если в каждом случае пользоваться значениями параметров , или , , соответствующими реальному состоянию насыщения магнитной цепи в рассматриваемом режиме работы. Однако при различных режимах работы насыщение магнитной цепи различно и определение точных насыщенных значений указанных параметров связано с определенными трудностями.