Работа синхронного генератора в режиме холостого хода

Под холостым ходом будем принимать такой режим при котором с помощью приводного двигателя будем вращать индуктор синхронного генератора с частотой вращения n=n1.

Обмотку якоря оставим разомкнутой. В этом режиме магнитное поле в синхронном генераторе будет создаватся током возбуждения, протекающим по обмотке возбуждения.

𝑈_𝑏 => 𝐼_𝑏 => 𝐹_𝑏 = 𝐼_𝑏 ∗ 𝑊_𝑏 => Ф_𝑏 => Е₀ (1) В режиме холостого хода присутствует два магнитных потока.

Первый, это основной магнитный поток возбуждения, который сцепляется со всеми витками обмотки якоря и наводит в этой обмотке ЭДС Е0. Это ЭДС холостого хода обмотки якоря.

Если избавится в кривой этой ЭДС высшими гармониками, то тогда можно получить значение ЭДС Е0 для основной гармоники, изменяющейся по синусоидальному закону.

𝐸₀ = 4,44 ∗ 𝑓₁ ∗ 𝑊₁ ∗ 𝑘_об1 ∗ Ф_𝑏~Ф_𝑏 (2) Как видно из выражения эта ЭДС пропорциональна потоку возбуждения.

Для получения синусоидального ЭДС Е0 необходимо: распределить обмотку по фазам, выполнить укорочение обмотки, выполнить скос пазов на якоре.

Второй поток, это поток рассеивания Фов обмотки возбуждения. Этот поток сцеплен только с витками обмотки возбуждения.

В синхронных машинах к ЭДС и напряжениям предъявляются требования, что бы по форме эти величины приближались к синусоидальному распределению. В результате этого токи протекающие по фазам обмотки якоря будут также синусоидальны. В следствии этого суммарные потери генератора и потребителя будут минимальны, так как будут отсутствовать добавочные потери от высших гармоник.

В соответствии с ГОСТом ЭДС считается синусоидальным если коэффициент искажения равный

(𝟑). Для синхронных генераторов мощности до 100 кВ*А этот показатель составляет 10%.

Для получения синусоидального распределения ЭДС и напряжения необходимо что бы поле возбуждения приближалось также к синусоидальному распределению. Так как синхронные машины представлены двумя видами, то каждая из них конструктивно решается эта проблема.

Явнополюсная синхронная машина (рис. 3.5 методичка). Зазор между якорем и индуктором делается неравномерной, под срединой полюса зазор минимальный, а на краю полюса – максимальный.

 

Неявнополюсная синхронная машина (рис. 3.6 методичка). Как известно в этой конструкции воздушный зазор равномерный, между якорем и индуктором. Однако обмотка возбуждения укладывается, как известно, заполняя две третих всех пазов. В результате такой формы индуктора со свободной частью равной одной трети всех пазов. Распределение поля представляет трапецидальную форму, а огибающая этого поля приближается к синусоиде.

Амплитудное значение основных гармоник МДС и магнитной индукции в воздушном зазоре можно рассчитать по:

Для улучшения формы кривой поля возбуждения индуктор выполняет, как отмечалось, с неполным заполнением обмотки возбуждения в пазах индуктора. Кроме того, обмотку якоря выполняют с дробным числом пазов на полюс и фазу.

В режиме холостого хода важной характеристикой для синхронного генератора является характеристика холостого хода. Представляющая зависимость 𝐸₀ = 𝑓(𝐼_𝑏) или 𝐸₀ = 𝑓(𝐹_𝑏). Данная характеристика показана на (рис. 3.11 методичка). Данная характеристика носит нелинейный характер, что связано с насыщением магнитной системы в генераторе. При токе возбуждения равном нулю, в обмотке якоря наводится остаточная ЭДС 𝐸_ост = Ф_ост, которая наводится за счет наличия потока остаточного. Так как остаточный поток небольшой, то и ЭДС небольшая. Составляет 2-3% от номинального напряжения.

Используя характеристику холостого хода можно оценить степень насыщенности магнитной системы, для чего вводится понятие коэффициента насыщения (рис. 1).

Когда отрезок ab характеризует магнитодвижущую силу, которая необходима для проведения магнитного потока через воздушный зазор. Отрезок bc характеризует ту магнитодвижущую силу, которая необходима для проведения того же магнитного потока через стальные участки магнитной системы.

̅

Определив эти величины можно определить степень насыщения.