Главная Движение носителей электрических зарядов



расположена обмотка возбуждения, называется индуктором. В синхронной машине (рис. 13.2) статор является якорем, а ротор - индуктором (что характерно для машин, применяемых в промышленности). В некоторых случаях обмотку якоря располагают на роторе, а обмотку возбуждения - на статоре.

Синхронная машина, подключенная к сети, может отдавать в сеть или потреблять из нее электроэнергию, т. е. работать как генератор и как двигатель. В режиме двигателя при подключении обмотки статора к сети ток, протекающий по обмотке, создает вращающееся магнитное поле, и частота вращения ротора равна этой частоте, так как в результате взаимодействия поля с током ротора 1 создается вращающий электромагнитный момент М. Если синхронная машина работает в генераторном режиме, то взаимодействие вращающегося магнитного поля статора с током ротора создает тормозной момент.

§ 13.2. Холостш ход синхронного генератора

Режим работы генератора, при котором ток в обмотке якоря (статора) равен нулю, называется холостым ходом. При холостом ходе магнитный поток Фо создается только м. д. с. обмотки возбуждения. Этот поток, проходя через воздушный зазор, сцепляется с обмоткой якоря и при вращении индуктора наводит в каждой фазе обмотки якоря э. д. с. Форма кривой э. д. с, индуцированной в обмотке якоря при холостом ходе, должна быть возможно ближе к синусоиде. Напряжение (э. д. с.) считается практически синусоидальным, если разность между ординатой действительной кривой напряжения и ординатой идеальной синусоиды в одной и той же точке не превышает 5% для генераторов мощностью выше 1000 кВ-А и 10% для генераторов мощностью от 10 до 1000 кВ-А. Для получения близкой к синусоидальной формы кривой напряжения (э. д. с.) необходимо, чтобы распределение магнитного потока по окружности статора генератора было близким к синусоидальному. Для этого в неявнополюсных машинах обмотку возбуждегшя распределяют таким образом по окружности сердечника ротора, чтобы снизились амплитуды м. д. с. высших гармоник. В явнополюсных машинах этого добиваются, увеличивая зазор по краям полюсных наконечников. Обмотку якоря трехфазных генераторов обычно соединяют звездой, так как при этом отсутствуют третьи гармоники тока и третьи гармоники линейных напряжений, а также уменьшаются потери мощности в машине.

На рис. 13.3 показана схема синхронного генератора, вал ротора 3 которого с помощью первичного двигателя вращается с постоянной частотой «о- Ток возбуждения h, поступающий в обмотку ротора 4 от источника постоянного тока через контактные кольца 2, можно регулировать от нуля до определенного максимального значения, что позволяет изменять магнитный поток ротора в широких пределах. Изменение магнитного потока ротора дает возможность получать различ-



ные значения э. д. с, индуцируемых в фазах обмотки статора 1. При трехфазной обмотке статора в фазах индуцируются э. д. с, сдвинутые по фазе на угол 2п/3. Действующее значение синусоидальной з. д. с. Eq, индуцируемой при холостом ходе в фазе статора, может быть рассчитано, как и для асинхронных машин, по формуле

Ео = 4MflwJio6aФo,

(13.3)

где /сдба - обмоточный коэффициент якоря; - число витков в фазе статора, включенных последовательно; Фо - максимальный магнитный поток полюса ротора при токе возбуждения h; /1 - частота э. д. с. статора, определяемая по формуле (13.1).

Большое значение при анализе работы синхронного генератора имеет характеристика холостого хода, представляющая собой зависимость э. д. с. Eq от тока возбуждения при «о = const (рис. 13.4, а). На рис. 13.4,6 представлена векторная диаграмма, соответствующая этой характеристике. Согласно (13.3), при щ = const (/1 = const) э. д. с. Ео пропорциональна Фо, значит, той же кривой рис. 13.4, а (но в другом масштабе) можно представить зависимость Фо = /(в)-

При малых значениях тока возбуждения магнитный поток мал, а значит, стальные участки магнитопровода машины не насьшхены, благодаря чему магнитное сопротивление этих участков незначительно. Магнитный поток в этом случае практически определяется магнитным сопротивлением воздушного зазора между ротором и статором, а характеристика = / (/J [или в другом масштабе характеристика холостого хода £о = /(4)] имеет линейную зависимость (линейный участок на рис. 13.4, а). По мере возрастания магнитного потока стальные участки магнитопровода насыщаются и возрастает их магнитное сопротивление, а при индукции в стали более 1,7-1,8 Тл сопротивление этих участков настолько велико, что характеристика Ео = f{h) становится нелинейной. Обычно номинальный режим синхронных генераторов соответствует «колен)» кривой Ео = fih) (на рис. 13.4, а точка с координатами и £он)-

• Сеть





§ 13.3. Работа сшахротот-о генератора иод нагрузкш!

Рассмотрим работу трехфазного синхронного генератора при симметричной нагрузке, когда он работает независимо от других синхронных машин. При симметричной нагрузке в фазных обмотках проходят одинаковые токи, сдвинутые по фазе на угол 2я:/3. Эти токи создают магнитное поле, которое вращается относительно якоря в ту же сгорону и с той же частотой, что и поле обмотки возбуждения (ротора). Таким образом, магнитные потоки возбуждения и якоря Фа в синхронной машине взаимно неподвижны. В машине, работающей под нагрузкой, т. е. когда токи в фазах статора не равны нулю, результирующий магнитный поток Фр, в отличие от холостого хода создается не только м. д, с. обмотки возбуждения, но и м. д. с. обмотки якоря. Воздействие м. д. с. якоря на поле синхронной машины, создаваемое обмоткой возбуждения, называется реакцией якоря. Следовательно, под действием реакции якоря изменяется результирующий магнитный поток и, естественно, напряжение генератора, причем реакция якоря и напряжение генератора зависят от значения и характера нагрузки, значения м. д. с. обмотки возбуждения, свойств магнитной системы машины и т. д. Магнитное поле якоря в зависимости от того, на какую нагрузку работает генератор, будет или ослаблять основное поле полюсов, или усиливать его. В зависимости от характера нагрузки ток синхронного генератора может совпадать по фазе с э. д. с. Ео, наведенной потоком полюсов Фо, или отставать, или опережать £о-

Рассмотрим влияние реакции якоря на рабочие свойства синхронного генератора при различных углах сдвига фаз между э. д. с. £о и током / в обмотке якоря. Угол зависит от характера нагрузки, т. е. от сопротивлений г, и Хс- Поэтому рассмотрим реакцию якоря трехфазного генератора с явно выраженными полюсами для трех частных случаев нагрузки: активной, индуктивной и емкостной.

Реакция якоря при активной нагрузке. При активной нагрузке угол сдвига фаз *!/ между э. д. с. £о и током / в каждой фазе обмотки якоря равен нулю, т.е. *!/= О (рис. 13.5,6). Так как магнитные потоки якоря и полюсов относительно друг друга неподвижны, то реакщю якоря можно рассматривать для какого-то определенного момента времени, например когда ток в одной из фаз достигает максимального значения. В этом случае отпадает необходимость в изображении всех трех фаз, так как амплитуда результирующего потока трехфазной



РиЬ. 13.5



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 [79] 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0157