Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий

§ 5.2. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС И ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Реакция якоря. Электродвижущие силы в обмотке синхронного генератора индуктируются в результате вращения относительно якоря постоянного потока полюсов ротора. Поэтому частота их изменения во времени соответствует механической скорости вращения ротора. Если трехфазная или двухфазная обмотка статора замкнута на симметричное сопротивление, то индуктируемые в ней э. д. с. вызывают систему токов, создающую м. д. с, вращающуюся с угловой частотой ω. Вследствие этого м. д. с. неподвижной обмотки якоря и вращающейся обмотки возбуждения (в обращенной машине наоборот — м. д. с. вращающейся обмотки якоря и неподвижной обмотки возбуждения) оказываются неподвижными друг относительно друга и находятся в постоянном взаимодействии.

Так же, как и в машинах постоянного тока, в результате действия м. д. с. якоря поле машин, создаваемое результирующей м. д. с. F_δ, изменяется по величине и направлению. Воздействие м. д. с. якоря на поле машины называется реакцией якоря.

Реакция якоря имеет место в генераторном, двигательном и Компенсаторном режиме работы синхронной машины.

Метод анализа реакции якоря. В § 4.3 показано, что м. д. с. трехфазной обмотки может быть представлена равномерно вращающимся вектором, который совпадает в пространстве с осью фазы обмотки в момент времени, когда ток в ней достигает максимального положительного значения. Проекции этого вектора на оси обмоток определяют в соответствующем масштабе токи в фазах в любой момент времени. Следовательно, изменив масштаб вектора м. д. с,

Реакция якоря однофазного генератора. Основную волну пульсирующей м. д. с. однофазной обмотки якоря можно рассматривать как состоящую из двух волн половинной амплитуды, вращающихся с синхронной скоростью в противоположные стороны. Прямовращающаяся волна м. д. с, будучи неподвижной относительно синхронно вращающегося ротора, создает такую же реакцию якоря, что и в трехфазном генераторе при симметричной нагрузке. Обратная волна, вращаясь относительно ротора с двойной синхронной скоростью, наводит в обмотке возбуждения ток двойной частоты, который накладывается на постоянный ток. В результате этого возникает пульсирующая с двойной частотой составляющая м. д. с. возбуждения, основную волну которой относительно ротора можно разложить на две встречно вращающиеся с двойной синхронной скоростью волны. Так как ротор также вращается, то поток, создаваемый прямой волной м. д. с, наводит в якоре э. д. с. тройной частоты, а поток, создаваемый обратной волной м. д. с, наводит э. д. с. основной частоты, но обратного следования фаз.

Электродвижущая сила тройной частоты вызывает в якоре ток тройной частоты. Раскладывая пульсирующую м. д. с, вызванную этим током на две м. д. с. с половинной амплитудой, которые вращаются в противоположные стороны, видим, что в обмотке возбуждения они вызывают четвертую гармонику тока, а в обмотке якоря— пятую.

Продолжая анализ, можно видеть, что в обмотке ротора появляются все четные гармоники, а в обмотке якоря — все нечетные. Эти гармоники, особенно третьи, могут значительно исказить форму

кривой напряжения якоря, что недопустимо. Поэтому в синхронной машине стараются уничтожить обратно вращающийся поток. Для этого в пазах полюсных наконечников ротора размещают в осевом направлении стержни, концы которых замыкаются накоротко торцовыми кольцами. Таким образом в полюсном наконечнике создается короткозамкну-тая обмотка по типу беличьей клетки. Стержни, замкнутые с обеих сторон коротко замыкающими кольцами, образуют ряд контуров, которые демпфируют (ослабляют) обратно вращающийся поток. Такую обмотку называют демпферной, или успокоительной. В машинах с неявновыраженными полюсами демпферную обмотку обычно не делают, так как ее роль выполняют контуры тока, замыкающиеся по массивным участкам ротора.

Характеристики синхронного генератора. Характеристика холостого хода U₀=f(I_в) (кривая 1, рис. 5.7) синхронного генератора имеет тот же вид, что и аналогичная характеристика генератора постоянного тока.

Характеристика короткого замыкания показывает зависимость тока якоря в функции тока обмотки возбуждения при замыкании накоротко зажимов генератора, т. е. I_к = f_к(I_в) при U = 0 (кривая 2, рис. 5.7).

У генераторов средних и больших мощностей активное сопротивление значительно меньше, чем индуктивное. При коротком замыкании ток якоря у этих генераторов является почти полностью индуктивным и вызывает продольно размагничивающую реакцию якоря (рис. 5.5, б). В результате этого при коротком замыка-

Рис. 5.7. Характеристики холостого хода, короткого замыкания

Рис. 5.8. Внешние характеристики синхронного генератора

нии генератор размагничивается, и характеристики короткого замыкания представляет собой прямую линию, идущую из начала координат. Вследствие остаточного магнетизма характеристика сдвигается вверх параллельно самой себе.

Внешняя и регулировочная характеристики синхронного генератора представляют те же зависимости, что и характеристики генератора постоянного тока. При активном токе якоря (cosφ = 1,0) вид внешней характеристики (рис. 5.8) синхронного генератора такой же, что и у генератора постоянного тока независимого возбуждения. При наличии индуктивной составляющей тока якоря (например, cosφ= 0,8; φ > 0) появляется размагничивающая реакция якоря. В результате этого при увеличении тока нагрузки напряжение падает в большей степени, чем в случае активного тока. При наличии емкостной составляющей тока якоря (например, cosφ = 0,8; φ < 0) появляется намагничивающая реакция якоря, в результате чего с увеличением тока нагрузки напряжение на якоре увеличивается.

Для поддержания постоянного напряжения на якоре изменение регулировочных характеристик должно быть обратным по сравнению с соответствующими внешними характеристиками (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Регулировочные характеристики синхронного генератора

ВОПРОСЫ

1.   Почему при установившемся режиме нет трансформаторного воздействия переменного тока якоря на обмотки синхронно вращающегося ротора? Воздействию какого тока (переменного или постоянного) эквивалентна реакция якоря на обмотки синхронно вращающегося ротора? На сколько электрических и геометрических градусов поворачивается ротор за время одного периода тока якоря? Какому положению щеток генератора постоянного тока соответствует реакция якоря синхронного генератора при активном, индуктивном и емкостном токах?

2.   Почему при однофазном режиме работы синхронного генератора в кривой напряжения якоря появляется третья гармоника? Какое действие оказывает обратно вращающийся поток на обмотку возбуждения?

3.   Почему характеристика короткого замыкания имеет линейный вид? Почему при неодинаковых значениях cosφ внешние характеристики имеют различный вид?

Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий