Магнитное поле СМ при нагрузке

При нагрузке в обмотке якоря протекают симметричные токи, которые создают в воздушном зазоре вращающееся магнитное поле, неподвижное относительно поля обмотки возбуждения. Результирующее поле можно получить путем наложения поля якоря на поле возбуждения. Явления, связанные с изменением поля при нагрузке и влияющие па характеристики машины, называют реакцией якоря. Реакция якоря в синхронной машине зависит от нагрузки и cosфи нагрузки.

Рассмотрим реакцию якоря в генераторном режиме при активной нагрузке. При холостом ходе максимум кривой ЭДС в отдельных проводниках обмотки статора совпадает с серединой полюса. Можно считать с достаточной точностью, что при нагрузке и напряжение будет иметь максимум под серединой полюса, так как U ~ Е. При активной нагрузке cos <р = 1 и максимум тока совпадает с максимумом напряжения. Поле реакции якоря замыкается по полюсным наконечникам и магнитопроводу статора.

Магнитодвижущая сила поля реакции якоря при активной нагрузке направлена перпендикулярно направлению МДС обмотки возбуждения, действующей по продольной оси машины. Поэтому реакцию якоря при активной нагрузке принято называть поперечной реакцией якоря.

К основным параметрам синхронных генераторов относят: номинальные значения напряжения, силы тока нагрузки, мощности, силы тока возбуждения, коэффициента мощности, частоты.

1. Номинальное напряжение генератора соответствует одному из значений шкалы 230, 400, 690 В, 6,3 и 10,5 кВ. Следовательно, напряжение на зажимах генераторов принято на 5% выше стандартных напряжений токоприемников. Генераторы большей мощности изготавливают на напряжение от 3,15 до 24 кВ.

2. Номинальная сила тока нагрузки — это сила тока, на которую рассчитан тепловой режим генератора. Допускаются кратковременные перегрузки в аварийных режимах: на 10% продолжительностью 60 мин, на 15% — 15 мин, на 20% — 6 мин, на 25% — 5 мин, на 50% — 2 мин, на 100% — 1 мин. Более длительная перегрузка опасна для изоляции обмоток. Это относится и к току возбуждения.

3. Номинальная мощность — это длительно развиваемая мощность при номинальных значениях напряжения, силы тока и коэффициента мощности при номинальной нагрузке и температуре + 35 °С охлаждающего воздуха (входящего в генератор). Длительно допустимая температура нагрева обмоток указана в инструкции по эксплуатации генераторов. Она зависит от класса изоляции обмоток и в большинстве случаев должна превышать Ю0...120°С для статорных обмоток и 105...145°С для роторных.

4. Номинальный коэффициент мощности обычно равен 0,8. При боте генератора с меньшим коэффициентом мощности активная мощность его снижается, не полно используется мощность первичного двигателя.

5. Номинальная частота тока в нашей стране принята равной 50 Гц. В ряде установок применяют генераторы повышенной частоты (150, 200, 00 Гц и др.).

6. Заводы-изготовители прилагают к генераторам характеристики холостого хода и короткого замыкания. Эти характеристики необходимы в процессе проектирования и эксплуатации электростанций, в частности при решении вопросов об устойчивости параллельной работы синхронных генераторов, регулировании напряжения, а также при расчетах токов короткого замыкания в целях выбора необходимой релейной зашиты и т. д.

Параметры синхронной машины — это коэффициенты перед переменными в уравнениях, описывающих процессы преобразования энергии в синхронных машинах. Параметрами установившегося режима при симметричной нагрузке являются активные и индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора.

Активные сопротивления фазы обмотки якоря, обмотки возбуждения и демпферной обмотки — сопротивления, которые определяются по электрическим потерям соответственно в обмотках якоря, возбуждения и демпферной обмотке. Увеличение сопротивления на переменном токе зависит от частоты тока и размеров элементарного провода. Чтобы уменьшить вытеснение тока, применяют транспозицию проводников и выбирают проводники меньшей высоты.

В явнополюсных машинах различают активные сопротивления демпферной обмотки по продольной и поперечной осям машины.

К индуктивным сопротивлениям синхронной машины в установившемся режиме относятся индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям, а также индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки якоря.

При определении индуктивных сопротивлений предполагается существование рабочего потока, сцепленного с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения Ф„„ и потока рассеяния Ф_ст1, сцепленного только с обмоткой якоря.

В неявнополюсной машине главное индуктивное сопротивление якоря или сопротивление взаимной индукции якоря определяется по формуле

где L — индуктивность обмотки якоря;  — коэффициент проводимости равномерного зазора на один полюс.

Электродвижущая сила обмотки якоря от поля взаимной индукции якоря

В неявнополюсных машинах сопротивления в продольной и поперечной осях одинаковы. Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки якоря зависит от индуктивности рассеяния фазы якоря L_aa:

Индуктивное сопротивление рассеяния определяется магнитными сопротивлениями полей рассеяния. Поток рассеяния замыкается в пазовой и лобовой частях обмотки.

Полное индуктивное сопротивление неявнополюсной синхронной машины

В явнополюсных машинах индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям машины отличаются друг от друга, так как магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям машины из-за различия зазоров различны.

Индуктивное сопротивление по продольной оси

где x_ad — индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси машины.

Индуктивное сопротивление но поперечной оси

Где x_aq — индуктивное сопротивление реакции якоря в поперечной оси машины.

Электродвижущие силы, индуцируемые токами по продольной и поперечной осям, равны: 

При холостом ходе ноток в воздушном зазоре Ф _/т создается обмоткой возбуждения. Индуктивность обмотки возбуждения

Кроме поля в воздушном зазоре, существует поток рассеяния обмотки возбуждения. Полная индуктивность обмотки возбуждения

где L_aj — индуктивность рассеяния обмотки возбуждения.

В переходных режимах

и Ly определяет время затухания тока в обмотке возбуждения при разомкнутых других контурах машины.

Активное сопротивление обмотки возбуждения определяется и рассчитывается по методике, изложенной в параграфе 1.15.

При испытаниях синхронных машин большой мощности проводить опыт скольжения трудно, так как надо иметь специальный приводной двигатель и обеспечивать питание машины соответствующими токами.