Уравнения напряжений синхронного генератора

Напряжение на выводах генератора, работающего с нагрузкой, от­личается от напряжения этого генератора в режиме х.х. Эго объясняет­ся влиянием ряда причин: реакцией якоря, магнитным потоком рассея­ния, падением напряжения в активном сопротивлении обмотки статора. Как было установлено, при работе нагруженной синхронной машины в ней возникает несколько МДС, которые, взаимодейст­вуя, создают результирующий магнитный поток. Однако при учете факторов, влияющих на напряжение синхронного генератора, ус­ловно исходят из предположения независимого действия всех МДС генератора, т. е. предполагается, что каждая из МДС создает собственный магнитный поток.

Но следует отметить, что такое представление не соответствует физической сущности явлений, так как в одной магнитной системе возникает один лишь магнитный поток – результирующий. Но в данном случае предположение независимости магнитных потоков дает возможность лучше понять влияние всех факторов на работу синхронной машины.

Итак, выясним, каково же влияние магнитодвижущих сил на работу явнополюсного синхронного генератора.

1. МДС обмотки возбуждения F_в0 создает магнитный поток возбуждения Ф₀, который, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней основную ЭДС генератора Е₀.

2. МДС реакции якоря по продольной оси F_1d создает магнит­ный поток Ф_1d, который наводит в обмотке статора ЭДС реакции якоря E_1d (22), значение которой пропорционально индук­тивному сопротивлению реакции якоря по продольной оси х_ad (24). Это сопротивление характеризует уровень влияния реак­ции якоря по продольной оси на работу синхронного генератора. Так, при насыщенной магнитной системе машины магнитный по­ток реакции якоря Ф_{1 d} меньше, чем при ненасыщенной магнитной системе. Объясняется это тем, что поток Ф_{1 d} почти полностью проходит по стальным участкам магнигопровода, преодолевая не­большой воздушный зазор (см. рис. 11, а), а поэтому при маг­нитном насыщении сопротивление этому потоку заметно возрас­тает. При этом индуктивное сопротивление х _{1 d} уменьшается.

3. МДС реакции якоря по поперечной оси F_1q создает магнит­ный поток Ф_{1 q}, который наводит в обмотке статора ЭДС E_1q (23), значение которой пропорционально индуктивному сопро­тивлению реакции якоря по поперечной оси х_aq (25). Со­противление х_aq не зависит от магнитного насыщения машины, так как при явнополюсном роторе поток Ф_{1 q} проходит в основном по воздуху межполюсного пространства (см. рис. 11, б).

4. Магнитный поток рассеяния обмотки статора Ф_σ1 наводит в обмотке статора ЭДС рассеяния Е_σ1, значение ко­торой пропорционально индуктивному сопротивлению рассеяния фазы обмотки статора x₁:

Е_σ1 = - jI₁ x₁. (26)

5. Ток в обмотке статора I₁ создает активное падение напря­жения в активном сопротивлении фазы обмотки статора r₁:

U _a1 = I₁ r₁. (27)

Геометрическая сумма всех перечисленных ЭДС, наведенных в обмотке статора, определяет напряжение на выходе синхронного генератора:

U ₁ = Σ E - I₁ r₁ = E ₀ + E _{1 d} + E _{1 q} + E _σ1 - I₁ r₁. (28)

Здесь ΣE – геометрическая сумма всех ЭДС, наведенных в об­мотке статора результирующим магнитным полем машины, обра­зованным совместным действием всех МДС (F_в.0, F_1d, F_1q) и пото­ком рассеяния статора Ф_σ1.

Активное сопротивление фазы обмотки статора r₁ у синхронных машин средней и большой мощности невелико, и поэтому даже при номинальной нагрузке падение напряжения I₁ r₁ составляет настолько малую величину, что с некоторым допущением можно принять I₁ r₁ = 0. Тогда уравнение (28) можно записать в виде:

U ₁ ≈ Σ E = E ₀ + E _{1 d} + E _{1 q} + E _σ1. (29)

Выражения (28) и (29) представляют собой уравнения напряжений явнополюсного синхронного генератора.

В неявнополюсных синхронных генераторах реакция якоря характеризуется полной МДС статора F₁ без разделения ее по осям, так как в этих машинах магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям одинаковы. Поэтому ЭДС статора в неявнополюсных машинах E₁ равная индуктивному падению напряжения в обмотке статора, пропорциональна индуктивному сопротивлению реакции якоря х_а (19), т. е.

E ₁ = - jI₁ x_a. (30)

Поток реакции якоря Ф₁ и поток рассеяния статора Ф_σ1 созда­ются одним током I₁ [сравните (26) и (30)], поэтому индук­тивные сопротивления х_а и х₁ можно рассматривать как суммарное индуктивное сопротивление

х _с = х_а + х₁,

представляющее собой синхронное сопротивление неявнополюс­ной машины. С учетом этого ЭДС реакции якоря Е₁ и ЭДС рассея­ния Е _σ1 следует рассматривать также как сумму

Е _с = E ₁ + E _σ1 - j I₁ x_a + (- j I₁ x₁) = - j I₁ x_c, (31)

представляющую собой синхронную ЭДС неявнополюсной машины.

С учетом изложенного уравнение напряжений неявнополюс­ного синхронного генератора имеет вид

U ₁ = Σ E - I₁ r₁ = E ₀ + E _с - I₁ r₁ (32)

или

U ₁ ≈ Σ E = E ₀ + E _с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: