МЕСТО ДЛЯ РЕКЛАМЫ I
Все справочники Предисловие
Глава 5
Асинхронные микромашины автоматических устройств
  1. Устройство и основные конструктивные типы асинхронных исполнительных двигателей
  2. Исполнительный двигатель с амплитудным управлением
  3. Исполнительный двигатель с фазовым управлением
  4. Исполнительный двигатель с амплитудно-фазовым управлением (конденсаторная схема)
  5. Быстродействие исполнительных двигателей и их сравнение при различных способах управления
  6. Асинхронный тахогенератор
  7. Устройство и принцип действия вращающихся трансформаторов
  8. Синусно-косинусный вращающийся трансформатор
  9. Линейный вращающийся трансформатор
  10. Вращающийся трансформатор-построитель
  11. Принцип действия системы синхронной связи и устройство сельсинов
  12. Трансформаторный режим работы однофазных сельсинов
  13. Индикаторный режим работы однофазных сельсинов
  14. Дифференциальные сельсины
  15. Магнесины
  16. Трехфазные сельсины
  17. Использование вращающихся трансформаторов в системе дистанционной передачи угла
Глава 6
Синхронные машины
  1. Назначение и принцип действия синхронной машины
  2. Устройство синхронной машины
  3. Особенности конструкции синхронных машин большой мощности
  4. Работа генератора при холостом ходе
  5. Работа генератора под нагрузкой
  6. Векторные диаграммы генератора
  7. Внешние и регулировочные характеристики генератора
  8. Определение индуктивных сопротивлений синхронной машины
  9. Параллельная работа синхронного генератора с сетью
  10. Режимы работы синхронного генератора при параллельной работе с сетью
  11. Мощность и электромагнитный момент синхронной машины
  12. Статическая устойчивость
  13. Синхронный двигатель
  14. Пуск синхронного двигателя
  15. Регулирование частоты вращения синхронных двигателей. Вентильный двигатель
  16. Синхронный компенсатор
  17. Понятие о переходных процессах в синхронных машинах
  18. Несимметричные режимы работы синхронных генераторов
  19. Особенности работы синхронного генератора на выпрямительную нагрузку
  20. Сверхпроводниковые синхронные генераторы
  21. Однофазная синхронная машина
Глава 9
Глава 10
Нагревание и режимы работы электрических машин
  1. Нагревание электрических машин
  2. Режимы нагрузки электрических машин
Заключение Список литературы

§ 6.5. РАБОТА ГЕНЕРАТОРА ПОД НАГРУЗКОЙ

Реакция якоря. Рассмотрим работу трехфазного синхронного генератора в автономном режиме, когда к фазам обмотки статора подключены равные и однородные сопротивления (симметричная нагрузка). В этом случае по фазным обмоткам генератора проходят равные токи, сдвинутые по времени относительно друг друга на 120°. Эти токи создают магнитное поле якоря, вращающееся с частотой n1, равной частоте вращения ротора n2 . Следовательно, магнитные потоки якоря Фа и возбуждения Фв взаимно неподвижны и результирующий поток машины Фрез при нагрузке создается суммарным действием МДС Fв обмотки возбуждения и МДС Fa обмотки якоря. Однако в синхронной машине (в отличие от асинхронной) МДС обмотки ротора (возбуждения) не зависит от нагрузки, поэтому результирующий поток при работе генератора в рассматриваемом режиме существенно отличается от потока при холостом ходе.

Воздействие МДС якоря на магнитное поле синхронной машины называют реакцией якоря. Так как под действием реакции якоря изменяется результирующий поток в машине, напряжение генератора, работающего в автономном режиме, зависит от значения и характера нагрузки, а также от индивидуальных особенностей машины: значения МДС обмотки возбуждения, свойств магнитной системы и др. Рассмотрим, как проявляется реакция якоря при двух основных конструктив­ных формах синхронных машин — неявнополюсных и явнополюсных.

Реакция якоря в неявнополюсной машине. В этой машине воздушный зазор между статором и ротором по всей окружности остается неизменным, поэтому результирующий магнитный поток машины Фрез и создаваемую им ЭДС Е при любой нагрузке можно определить по характеристике холостого хода, исходя из результирующей МДС Fрез .Однако при отсутствии насыщения в магнитной цепи машины этот метод определения потока Фрез можно существенно упростить, так как от сложения указанных МДС можно перейти к непосредственному сложению пространственных векторов соответствующих потоков:

(6.6)

Фрез = Фв + Фа .

Рассмотрим влияние реакции якоря на рабочие свойства синхронной машины при различных углах сдвига фаз ψ между ЭДС Е0 и током Iа в обмотке якоря. Этот угол определяется характером нагрузки, т. е. значениями сопротивлений R, XL и ХC нагрузки.

Рис. 6.19. Магнитные потоки в неявнополюсной машине при различных углах ψ нагрузки

Рис. 6.20. Кривые распределения индукции в неявнополюсной машине и векторные диаграммы потоков и ЭДС при различных углах ψ

При ψ = 0 (рис. 6.19, а и 6.20, а) ток в фазе АХ достигает максимума в  момент времени, когда  оси полюсов  N и S ротора совпадают с осью среднего паза рассматриваемой обмотки. Известно (см. гл. 3), что в машинах переменного тока ось магнитного потока, создаваемого всеми фазами обмотки якоря, совпадает с осью той фазы, ток в которой максимален. Следовательно, в данный момент времени ось потока якоря совпадает с осью фазы АХ, т. е. отстает от оси потока ротора на 90 электрических градусов.

Для этого случая показаны диаграммы распределения основных гармонических магнитных полей. Кривая распределения индукции Ва = f(x) для двухполюсной машины смещена относительно кривой индукции Bв = f(x) в пространстве на 90°, т. е. поток якоря Фа действует в направлении, перпендикулярном действию потока возбуждения Фв (поперек оси полюсов). В теории синхронной машины ось, проходящую через середину полюсов, называют продольной и обозначают d-d; ось, проходящую между полюсами, называют поперечной и обозначают q-q. Следовательно, при ψ = 0 поток якоря действует по поперечной оси машины. Кривая распределения результирующей индукции Врез = f(x) при этом сдвигается относительно кривой Вв = f(x) против направления вращения ротора. В соответствии с пространственным сдвигом кривых распределения индукции сдвигаются и векторы потоков на временной векторной диаграмме, т. е. вектор Фа отстает от вектора Фв на 90°. При этом модуль вектора результирующего потока Фрез = √Фв2 + Фа2.

При ψ = 90° (рис. 6.19,б и 6.20,б) ток в фазе АХ достигает максимума на четверть периода позднее момента, соответ­ствующего максимуму ЭДС Е0 . За это время полюсы ротора перемещаются на половину полюсного деления, вследствие чего кривая Ва = f(x) смещается относительно кривой Вв = f(x) на 180°. При этом поток якоря Фа действует по продольной оси машины против потока возбуждения Фв ; результирующий поток Фрез = Фв - Фа сильно уменьшается, вследствие чего уменьшается и ЭДС якоря Е. Таким образом, при ψ = 90° реакция якоря действует на машину размагничивающим образом.

При ψ = - 90° (рис. 6.19, в и 6.20, в) поток якоря также действует по продольной оси машины, но совпадает по направлению с потоком возбуждения, т. е. Фрез = Фв + Фа . Следовательно, при ψ = - 90° реакция якоря действует на машину подмагничивающим образом, увеличивая ее результирующий поток Фрез и ЭДС Е.

Выводы, полученные на основании рассмотренных трех случаев, можно распространить и на общий случай, когда —90° < ψ < 90°. При этом характерным является то, что отстающий ток (активно-индуктивная нагрузка) размагничивает машину, а опережающий ток (активно-емкостная нагрузка) подмагничивает ее.

ЭДС Е при работе генератора под нагрузкой можно рассматривать как сумму двух составляющих

(6.7)
É = É0 + Éа .

ЭДС Еа пропорциональна потоку Фа , а при отсутствии насыщения и току Iа в обмотке якоря, поэтому ее можно рассматривать как ЭДС самоиндукции, индуцированную в обмотке якоря, и представить в виде Éа = -аХа , где Ха — индуктивное сопротивление синхронной машины, обусловленное потоком якоря.

Рис. 6.21. Кривые распределения МДС якоря и
создаваемой   ею   индукции   в   явнополюсной

машине

Реакция якоря в явнополюсной машине. В этой машине воздушный зазор между статором и ротором не остается постоянным — он расширяется по направлению к краям полюсов и резко увеличивается в зоне междуполюсного пространства. Следовательно, поток якоря здесь зависит не только от значения МДС якоря Fа , но и от положения кривой распределения этой МДС Fa = f(x) относительно полюсов ротора, так как одна и та же МДС якоря в зависимости от ее пространственного положения создает различные магнитные потоки.

Так, например, при угле ψ = 0 (рис. 6.21, а), когда поток якоря направлен по поперечной оси машины (q-q), кривая распределения индукции Ва = Ваq имеет седлообразную форму, хотя МДС якоря Fa распределена синусоидально. При этом максимуму МДС Fa соответствует небольшая индукция, так как магнитное сопротивление воздушного зазора максимально. При угле ψ = 90° (рис. 6.21,б), когда поток якоря направлен по продольной оси машины, кривая распределения индукции Ва = Bad расположена симметрично относительно оси полюсов d-d. В этом случае индукция имеет большее значение, чем при ψ = 0, так как магнитное сопротивление воздушного зазора в данном месте невелико. Соответственно различные максимальные значения имеют и первые гармо-нические Bad1 и Baq1 указанных кривых (штриховые линии).

Рис. 6.22. Продольные и поперечные составляющие векторов МДС Fa и тока якоря Iа

Рис.  6.23.  Векторная диаграмма  потоков  Фad и
Фаqи ЭДС Ead и Еаqявнополюсной машины и их

определение по характеристике холостого хода

В связи с изменением результирующего сопротивления воздушного зазора при различных режимах явнополюсной машины при анализе ее работы используют так называемый метод двух реакций. Согласно этому методу, МДС якоря Fa в общем случае представляют в виде суммы двух составляющих — продольной Fad = Fa sinψ и поперечной Faq = Fa cosψ (рис. 6.22, а), причем Fa = Fad + Faq . Продольная составляющая Fad создает продольный поток якоря Фad , индуцирующий в обмотке якоря ЭДС Ead , а поперечная составляющая Faq поперечный поток Фaq,индуцирующий ЭДС Еaq , причем принимают, что эти потоки не оказывают влияния друг на друга. В соответствии с принятым методом ток якоря Ia создающий МДС Fa , также представляют в виде двух составляющих — продольной Iа и поперечной Iq (рис. 6.22,б).

Магнитные потоки Фad и Фaq и индуцируемые ими ЭДС Еad и Еaq (рис. 6.23, а) можно определить по кривой намагничивания машины или по спрямленной характеристике (рис. 6.23,6). Однако кривая намагничивания строится для МДС возбуждения, имеющей не синусоидальное, а прямоугольное распределение вдоль окружности якоря. Чтобы воспользоваться этой кривой или спрямленной характеристикой, МДС Fad и Faq следует привести к прямоугольной МДС возбуждения Fв, т. е. найти их эквивалентные значения F'ad и F'aq.

Установление эквивалентных значении F'ad и F'aq производят на следующем основании: МДС Fad и Faq создают в воздушном зазоре машины индукции Вad и Вaq , распределенные вдоль окружности якоря так же, как и индукции, создаваемые МДС Fa соответственно при углах ψ = 0 и ψ = 90° (см. рис. 6.21, а, б). Первые гармонические Вadl и Вaq1 кривых Bad = f(x) и Вaq = f(x) образуют магнитные потоки

Фad = Fad /Rм ad ; Фaq = Faq /Rм aq ,

где Rм ad и Rм aq — магнитные сопротивления для соответствующих потоков, учитывающие не только форму воздушного зазора, но и синусоидальность кривой распределения МДС Fad и Faq вдоль окружности якоря. МДС возбуждения может создавать такие же потоки Фad и Фaq при меньших значениях МДС F'ad и F'aq :

Фad = Fad /Rм ad = F'ad /Rм.в ;

Фaq = Faq /Rм aq = F'aq /Rм.в .

Из последних выражений можно найти коэффициенты реакции якоря kd и kq , характеризующие уменьшение эффективных значений МДС якоря:

(6.8)

kd = F'ad /Fad = Rм.в /Rм ad ; kq = F'aq /Faq = Rм.в /Rм aq ,

где Rм.в — магнитное сопротивление потока возбуждения, учитывающее форму воздушного зазора по продольной оси машины и прямоугольное распределение МДС Fв вдоль окружности якоря. Коэффициенты kd и kq физически характеризуют уменьшение магнитного сопротивления для потока Фв по сравнению с потоками Фad и Фaq . Обычно kd = 0,80 ÷ 0,95; kq = 0,30 ÷ 0,65. В машине с явно выраженными полюсами ЭДС Е при работе генератора под нагрузкой можно представить как сумму трех составляющих:
(6.9)
É = É0 + Éad + Éaq .

ЭДС Ead и Еaq , индуцируемые продольным Фad и поперечным Фaq потоками якоря, представляют собой по существу ЭДС самоиндукции, так как потоки Фad и Фaq создаются МДС Fad и Faq , пропорциональными токам Id и Iq . Поэтому для ненасыщенной машины можно считать, что

(6.10)

Éad = -jÍd Xad ; Éaq = -jÍq Xaq ,

где Xad и Xaq — индуктивные сопротивления обмотки якоря, соответствующие полям продольной и поперечной реакции якоря.

Для машины с неявно выраженными полюсами МДС якоря приводятся к МДС обмотки возбуждения по формуле

(6.11)

F'a = kd Fa .

МЕСТО ДЛЯ РЕКЛАМЫ II