Mister 220V

Электромагнитная мощность неявнополюсного синхронного генератора при его параллельной работе с сетью

где 0 — угол, на который продольная ось ротора смещена относительно продольной оси результирующего поля машины (рис. 21.4). Электромагнитная мощность явнополюсного синхронного генератора

где x_d — x_ad + х_г и x_q — x_ad + x_l — синхронные индуктивные сопротивления явнополюсной синхронной машины по продольной и поперечной осям соответственно, Ом.

Разделив выражения (21.7) и (21.8) на синхронную угловую скорость вращения w₁, получим выражения электромагнитных моментов синхронных машин:
неявнополюсной

где М — электромагнитный момент, Н м.

Анализ выражения (21.10) показывает, что электромагнитный момент явнополюсной синхронной машины имеет две составляющие: одна из них представляет собой основную составляющую электромагнитного момента

а другая — реактивную составляющую момента

Основная составляющая электромагнитного момента М_оси явно-полюсной синхронной машины зависит не только от напряжения сети (М_ОСн = U), но и от ЭДС Е₀, наведенной магнитным потоком вращающегося ротора Ф в обмотке статора:

Это свидетельствует о том, что основная составляющая электромагнитного момента М_осп зависит от магнитного потока ротора: М_осн = Ф. Отсюда следует, что в машине с невозбужденным ротором (Ф = 0) основная составляющая момента М_осн = 0.

Реактивная составляющая электромагнитного момента М_р не зависит от магнитного потока полюсов ротора. Для возникновения этой составляющей достаточно двух условий: во-первых, чтобы ротор машины имел явновыраженные полюсы (x_q = x_d) и, во-вторых, чтобы к обмотке статора было подведено напряжение сети (М_р = U₁²). Подробнее физическая сущность реактивного момента будет изложена в 23.2.

Максимальнбе значение электромагнитного момента М_mах соответствует критическому значению угла нагрузки 0_кр.

При нагрузке, соответствующей углу 0 > 0_кр, электромагнитный момент М_я уменьшается, что ведет к нарушению равенства вращающего и противодействующих моментов. При этом избыточная (неуравновешенная) часть вращающего момента первичного двигателя ДМ = m₁ — (М_я + М₀) вызывает увеличение частоты вращения ротора, что ведет к нарушению условий синхронизации (машина выходит из синхронизма).

Электромагнитный момент, соответствующий критическому значению угла нагрузки (0_кр), является максимальным М_mах. Для явнополюсных синхронных машин 0_кр = 60±80 эл. град. Угол нагрузки 0_кр можно определить по формуле

У неявнополюсных синхронных машин М_р = 0, а поэтому угловая характеристика представляет собой синусоиду и угол 0кр = 90°

Пренебрегая реактивной составляющей момента, можно записать

т. е. чем меньше угол 0_ноМ, соответствующий номинальной нагрузке синхронной машины, тем больше ее перегрузочная способность.

Рис. 21.6. Угловые характеристики моментов (к примеру 21.1)

В настоящей главе рассматривается трехфазный синхронный генератор, работающий на симметричную нагрузку так, что все фазы обмотки нагружены равномерно, т. е. в них наводятся одинаковые ЭДС и проходят равные по величине и сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 120° токи. Из гл. 9 известно, что в этих условиях трехфазная обмотка статора создает вращающуюся синхронно с ротором МДС, максимальное значение которой определяется выражением (9.16):

Как будет показано в 20.3, вектор МДС статора может занимать разные пространственные положения относительно оси полюсов ротора.

В неявнополюсной синхронной машине воздушный зазор равномерен, а поэтому пространственное положение вектора МДС статора относительно оси полюсов ротора не влияет на величину и график распределения магнитного поля статора.

В явнополюсной синхронной машине воздушный зазор неравномерен из-за наличия значительного межполюсного пространства, не заполненного сталью (рис. 20.3), и магнитное сопротивление потоку статора Ф_d по продольной оси dd намного меньше магнитного сопротивления потоку статора Ф_d по поперечной оси qq. Поэтому величина индукции магнитного поля статора и график ее распределения в воздушном зазоре в явнополюсных машинах зависят от пространственного положения вектора МДС обмотки статора Р_г или его составляющих.

Так, амплитуда основной гармоники индукции магнитного поля статора по продольной оси

где В₁ — амплитудное значение магнитной индукции поля статора при равномерном зазоре; k_d и k_q — коэффициенты формы поля статора (якоря) по продольной и поперечной осям.

Коэффициенты k_d и k_q определяют степень уменьшения амплитуды основной гармоники поля статора (якоря) по продольной и поперечной осям, обусловленную неравномерностью воздушного зазора в машинах с явнополюсным ротором.

Обмотка возбуждения синхронной машины при прохождении по ней тока L создает МДС на пару полюсов (А):

Обычно v = 0,67=0,80. Наименьшее содержание высших гармоник поля соответствует v = 0,75.

Для явнополюсного ротора при равномерном зазоре. О коэффициент формы поля возбуждения (рис. 20.4, б)

Увеличение зазора на краях полюсов приближает коэффициент k_fK единице, а форму кривой индукции поля — к синусоиде.

При неравномерном воздушном зазоре значения коэффициентов формы поля определяют по графикам, приводимым в руководствах по расчету синхронных машин [5].