Схема включения и основные зависимости синхронного генератора

Схема включения синхронного генератора приведена на рис. 11.4. Трехфазная обмотка якоря генератора ОЯ подключается к приемникам электрической энергии, которые в зависимости от их номинального напряжения и напряжения генератора могут быть соединены как звездой, так и треугольником. Под сопротивлениями z _п , r _п и х _п на рис. 11.4 следует понимать эквивалентные сопротивления группы приемников, получающих питание от генератора.

В цепь обмотки возбуждения ОВ генератора, питаемой постоянным током, включен реостат r _p, служащий для регулирования тока возбуждения I _в, а в конечном итоге — напряжения U на выводах обмотки якоря генератора.

Для упрощения анализа соотношений синхронного генератора, как и двигателя, будем считать, что мы имеем машину с неявновыраженными полюсами, ферромагнитные материалы которой при любых режимах работы остаются ненасыщенными. При таком допущении можно считать, что в машине существуют независимо три магнитных потока, каждый из которых прямо пропорционален соответствующей МДС: основной магнитный поток Ф₀, прямо пропорциональный МДС обмотки возбуждения, потоки рассеяния Ф_р и реакции якоря Ф_я , прямо пропорциональные МДС обмотки якоря.

Рис. 11.4. Простейшая схема включения синхронного генератора

С целью построения векторных диаграмм и выявления свойств синхронного генератора необходимо прежде всего составить уравнение по второму закону Кирхгофа для цепи якоря двигателя. При составлении уравнения необходимо учесть следующее.

Под действием МДС обмотки возбуждения возникает основной магнитный поток Ф_о, которым в каждой фазе обмотки якоря индуктируется ЭДС Е ₀. Ток якоря I вызывает в активном сопротивлении r фазы падение напряжения I_r . МДС обмотки якоря возбуждает поток рассеяния Ф_р, которым в обмотке якоря индуктируется ЭДС самоиндукции Е _р. Последнюю можно заменить падением напряжения Е _р = Iх _р , где х _р = ω L _p и L _p — индуктивное сопротивление и индуктивность, обусловленные полем рассеяния. Как известно, МДС обмотки якоря возбуждается магнитный поток Ф_я, под действием которого изменяется результирующее поле машины. Явление реакции якоря можно учесть, введя в уравнение ЭДС Е _я, индуктируемую в обмотке якоря полем якоря или заменяющим ее падением напряжения Е _я = I_{х я}, где х я = ω L я и L я — индуктивное сопроти­вление и индуктивность, обусловленные полем реакции якоря. ЭДС Е _р и Е _я могут быть заменены эквивалентной ЭДС якоря Е _я1, которая равна
E _я1 = Е _р + Е _я = I (х _р + х _я) = Iх _с .

Сопротивление х _с = х _р + х _я называется синхронным сопротивлением. При сделанных ранее допущениях при любых нагрузках генератора следует считать х _с = const.

Для упрощения дальнейшего изложения условимся считать, что эквивалентной ЭДС E _я1соответствует некоторый вращающийся магнитный поток якоря Ф_я1, эквивалентный в отношении создаваемой им ЭДС потокам Ф_р и Ф_я.

Учитывая сказанное, для любой из фаз обмотки якоря (см. рис. 11.4) можно написать: Е ₀ = I (r + i I x _c + U).

Обычно сопротивление r значительно меньше х _с. Поэтому при качественном анализе явлений в синхронных машинах сопротивление r можно не учитывать. Тогда

E ₀ = j I x _c + U. (11, 3)

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

U = IZ _п = I r _п + j I x _п.

Заменив в (11.3) напряжение его выражением, получим

E ₀ = j I x _c + I r _п + j I x _п. (11, 4)

Из уравнений (11.4) и (11.3)

(11, 5)

U = E ₀ - j I x _c. (11, 6)

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, электромагнитная мощность Р _эм, вырабатываемая генератором, и активная мощность Р _φ , отдаваемая им приемнику,

Р _эм = 3 Е ₀ I cos ψ; (11, 7)

Р _φ = 3 UI cos φ. (11, 8)

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

Р _эм = Р _φ + Δ Р _я = 3 UI cos φ + 3 I ² r _я.

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