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)

Напряжение на выводах генератора, работающего с нагрузкой, отличается от напряжения этого генератора в режиме холостого хода. Это 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.

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_BO 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_ld создает магнитный поток Ф₀, который наводит в обмотке статора ЭДС реакции якоря E_ld [см. (20.22)], значение которой пропорционально индуктивному сопротивлению реакции якоря по продольной оси x_ad [см. (20.24)]. Это сопротивление характеризует степень влияния реакции якоря по продольной оси на работу синхронного генератора. Так, при насыщенной магнитной системе машины магнитный поток реакции якоря Ф_ы меньше, чем при ненасыщенной магнитной системе. Объясняется это тем, что поток Ф_и почти полностью проходит по стальным участкам магнитопровода, преодолевая небольшой воздушный зазор 8 (см. рис. 20.3, а), а поэтому при магнитном насыщении сопротивление этому потоку заметно возрастает. При этом индуктивное сопротивление х_ы уменьшается.

3. МДС реакции якоря по поперечной оси F_lq создает магнитный поток Ф_1?, наводящий в обмотке статора ЭДС E_lq [см. (20.23)], значение которой пропорционально индуктивному сопротивлению реакции якоря по поперечной оси х_ад [см. (20.25)]. Сопротивление х_щ не зависит от магнитного насыщения машины, так как при явнопо-люсном роторе поток Ф₁ проходит в основном по воздуху межполюсного пространства (см. рис. 20.3, б).

4. Магнитный поток рассеяния обмотки статора Ф₀₁ (см. рис. 11.4) наводит в обмотке статора ЭДС рассеяния E_al, значение которой пропорционально индуктивному сопротивлению рассеяния фазы обмотки статора х₁.

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

Выражения (20.28) и (20.29) представляют собой уравнения напряжений явно полюсного синхронного генератора.

В неявнополюсных синхронных генераторах реакция якоря характеризуется полной МДС статора без разделения ее по продольной и поперечной осям, так как в этих машинах магнитные сопротивления по этим осям одинаковы. Поэтому ЭДС статора в неявнополюсных машинах E_lt равная индуктивному падению напряжения в обмотке статора, пропорциональна индуктивному сопротивлению реакции якоря х_а [см. (20.19)], т. е.

Поток реакции якоря Ф_: и поток рассеяния статора Ф_ст1 создаются одним током [сравните (20.26) и (20.30)], поэтому индуктивные сопротивления можно рассматривать как суммарное индуктивное сопротивлениепредставляющее собой синхронное сопротивление неявнополюсной машины. С учетом этого, ЭДС реакции якоря E₁ и ЭДС рассеяния E_а1 следует рассматривать также как сумму

представляющую собой синхронную ЭДС неявнополюсного синхронного генератора.

С учетом изложенного уравнение напряжений неявнополюсного синхронного генератора имеет вид

В режиме холостого хода синхронной машины, т. е. при отсутствии тока I₁ в обмотке статора, магнитное поле создается лишь МДС обмотки возбуждения F_во. Форма графика распределения индукции в зазоре явнополюсной машины в этом случае зависит от конфигурации полюсных наконечников полюсов ротора. Для придания этому графику формы, близкой к синусоидальной, воздушный зазор делают неравномерным, увеличивая его на краях полюсных наконечников (см. рис. 6.2).

Основной магнитный поток явнополюсной синхронной машины, замыкаясь в магнитной системе машины, сцепляется с обмоткой статора. Как и в асинхронных неявнополюсных машинах (см. 11.1), магнитная система явнополюсной синхронной машины представляет собой разветвленную симметричную магнитную систему (рис. 20.1, а), состоящую из 2р параллельных ветвей. Каждая из этих ветвей представляет собой неразветвленную магнитную цепь, содержащую одну пару полюсов (рис. 20.1, б). Основной магнитный поток Ф, замыкаясь в магнитной цепи, проходит ряд участков (рис. 20.2): воздушный зазор 6, зубцовый слой статора , зубцовый слой ротора полюс ротора , спинку статора и спинку ротора (обод).

Сумма магнитных напряжений на всех перечисленных участках магнитной цепи определяет МДС обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме холостого хода (А):

Порядок расчета магнитных напряжений на участках магнитной цепи в принципе такой же, как и при расчете магнитной цепи асинхронной машины (см. гл. 11). При расчете магнитного напряжения полюсов и спинки ротора необходимо иметь в-виду, что магнитный поток на этих участках несколько больше основного магнитного потока Ф на величину потока рассеяния ротора Ф₀, представляющего собой небольшую часть общего потока полюсов Ф не проходящего через зазор 6, а замыкающегося в межполюсном пространстве.