Стартовая >> Книги >> Оборудование >> Электрические машины

Уравнения напряжений и векторные диаграммы - Электрические машины

Оглавление
Электрические машины
Основные электромагнитные схемы электрических машин
Устройство многофазных обмоток
Магнитное поле и МДС многофазных обмоток
Электродвижущие силы, индуктируемые в обмотке
Асинхронные машины
Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе
Явления в асинхронной машине при вращающемся роторе
Уравнения, схема замещения и векторная диаграмма
Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
Механическая характеристика асинхронной машины
Статическая устойчивость асинхронной машины
Экспериментальное исследование асинхронных двигателей
Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
Пуск асинхронных двигателей
Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей
Однофазные асинхронные двигатели
Генераторный режим асинхронной машины
Трансформаторный режим асинхронной машины
Синхронные машины
Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе
Расчет магнитной цепи синхронной машины при хх
Магнитное поле синхронной машины при нагрузке
Приведение МДС обмотки статора к МДС возбуждения
Уравнения напряжений и векторные диаграммы
Уравнения векторные диаграммы с учетом насыщения
Работа на автономную нагрузку
Параллельная работа синхронных машин
Включение генератора в сеть
Регулирование активной мощности синхронной машины
Регулирование реактивной мощности синхронной машины
Угловая характеристика синхронной машины
Статическая устойчивость синхронной машины
U-образные характеристики
Синхронные двигатели
Синхронные компенсаторы
Несимметричные режимы синхронных генераторов
Внезапное трехфазное кз синхронного генератора
Качания и динамическая устойчивость синхронной машины
Машины постоянного тока
ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент
Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
Коммутация
Генераторы постоянного тока
Характеристики генераторов с самовозбуждением
Параллельная работа генераторов постоянного тока
Двигатели постоянного тока
Характеристики двигателя постоянного тока
Регулирование частоты вращения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнения напряжений и векторные диаграммы синхронного генератора без учета насыщения

Неявнополюсный генератор

В ненасыщенной машине магнитная цепь является линейной, поэтому при расчете результирующего магнитного поля можно применять метод наложения. МДС обмотки возбуждения  создает магнитный поток , который, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней ЭДС . МДС обмотки статора  создает поток реакции якоря  и поток рассеяния . Каждый из этих потоков сцеплен с обмоткой статора и наводит в ней ЭДС  и  соответственно. Сумма ЭДС, действующих в обмотке статора, определяет напряжение генератора за вычетом падения напряжения на активном сопротивлении,
.                                                (5.6)
Действующее значение ЭДС холостого хода  можно определить по спрямленной характеристике холостого хода (рис. 5.6), а ЭДС реакции якоря  можно выразить через ток якоря :
,
где  - индуктивное сопротивление реакции якоря.
Аналогичные выражения можно получить для ЭДС рассеяния :
,
где  - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора.
С учетом полученных выражений для ЭДС  и  уравнение (5.6) преобразуется к виду
,               (5.7)

синхронный генератор можно представить источником ЭДС

где  - полное индуктивное сопротивление якоря;  - внутреннее сопротивление генератора.
Согласно уравнению (5.7) синхронный генератор можно представить источником ЭДС  с внутренним сопротивлением  (рис. 5.11). Геометрической интерпретацией этого уравнения являются векторные диаграммы, приведенные на рис. 5.12.
Как следует из схемы замещения и векторных диаграмм, в нерегулируемом генераторе (,) напряжение  зависит от величины и характера нагрузки. Если нагрузка активно-индуктивная, то напряжение  снижается с увеличением нагрузки вследствие размагничивающего действия поля реакции якоря (рис. 5.12, а). Если нагрузка активно-емкостная, то напряжение генератора  возрастает, так как реакция якоря носит намагничивающий характер (рис. 5.12, б). Чтобы поддержать напряжение генератора  при изменении нагрузки постоянным, регулируют ток возбуждения , увеличивая его при активно-индуктивной нагрузке и уменьшая при активно-емкостной нагрузке.
Угол Q между векторами  и  называют углом нагрузки. В генераторном режиме вектор  всегда опережает вектор , и угол Q считается положительным.
При расчетах различных режимов генератора уравнение (5.7) записывают в относительных единицах, принимая в качестве базисного напряжения  номинальное фазное напряжения , а в качестве базисного тока  - номинальный фазный ток . Величина базисного сопротивления  определяется отношением
.
Для современных генераторов с неявновыраженными полюсами (турбогенераторы) параметры в относительных единицах имеют следующие значения:

;
;
.


Явнополюсный генератор

При составлении уравнения напряжений ненасыщенного явнополюсного генератора можно также использовать метод наложения. Здесь МДС обмотки возбуждения , как и в случае неявнополюсного генератора, создает поток , который, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней ЭДС . Магнитный поток обмотки статора представим в виде суммы трех составляющих -,  и . Каждый из этих потоков, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней ЭДС ,  и  соответственно. Напряжение генератора в этом случае будет равно геометрической сумме этих ЭДС минус падение напряжения на активном сопротивлении:
.                                              (5.8)
Модуль ЭДС  определяется по спрямленной характеристике холостого хода (рис.5.6) при заданном значении тока возбуждения . Для определения ЭДС реакции якоря  и  разложим ток статора  на продольную  и поперечную  составляющие:
,
где ; .
Току  соответствует МДС , определяющая поток продольной реакции якоря, а току  соответствует МДС , определяющая поток поперечной реакции якоря. Поэтому выражения для ЭДС  и  можно представить в виде
;
,
где  - индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси;  - индуктивное сопротивление реакции якоря по поперечной оси.
ЭДС рассеяния определяется полным током статора
.
Выразив ЭДС ,  и  через соответствующие индуктивные сопротивления и токи, преобразуем уравнение (5.8) к виду
.
Принимая во внимание, что , получим
,
или
,                                              (5.9)
где  - полное индуктивное сопротивление якоря по продольной оси;  - полное индуктивное сопротивление якоря по поперечной оси.
Уравнению (5.9) соответствуют векторные диаграммы для активно-индуктивной (рис. 5.13, а) и активно-емкостной (рис. 5.13, б) нагрузки.
Так же, как и в неявнополюсном генераторе, напряжение явнополюсного генератора  снижается с увеличением активно-индуктивной нагрузки и растет при увеличении активно-емкостной нагрузки. Формально уравнение (5.9) можно свести к уравнению неявнополюсной машины, заменив в нем ток  на :
,


Явнополюсный генератор

или
,                 (5.10)


где  - эквивалентная ЭДС явнополюсного генератора. Замена ЭДС  на  позволяет воспользоваться простой схемой замещения явнополюсного синхронного генератора (рис. 5.14) при аналитических расчетах его режимов работы.
Внутреннее сопротивление явнополюсного генератора в этом случае определяется величиной
.                                                                        


На рис. 5.15 приведена векторная диаграмма, построенная по уравнению (5.10) для активно-индуктивной нагрузки. При упрощенных расчетах ЭДС  принимают постоянной, пренебрегая ее изменением при изменении тока .
Параметры современных синхронных генераторов явнополюсного исполнения в относительных единицах имеют следующие значения:

;
;
;        
.



 
« Электрические аппараты и оборудование выше 1000В
электрические сети